CVAVR生成的典型USART收发的接口程序
21ic 2024-05-15

一般教科书上提供的UART收发的程序往往是一段采用轮循(Polling)方式完成收发的简单代码。但对于高速的AVR来讲,采用这种方式大大降低了MUC的效率。在使用AVR时,应根据芯片本身的特点(片内大容量数据存储器RAM,更适合采用高级语言编写系统程序),编写高效可靠的UART收发接口(低层)程序。下面是一个典型的USART的接口程序。

//usart.h


//常量定义

#define BAUDRATE 9600 //波特率

//#define F_CPU 4000000 //晶振频率4.0MHz


#define RXB8 1

#define TXB8 0

#define PE 2 //M16

//#define UPE 2 //M128

#define OVR 3

#define FE 4

#define UDRE 5

#define RXC 7


//宏定义

#define FRAMING_ERROR (1

#define PARITY_ERROR (1

//#define PARITY_ERROR (1

#define DATA_OVERRUN (1

#define DATA_REGISTER_EMPTY (1

#define RX_COMPLETE (1


// USART Receiver buffer

// 全局变量,会在中断服务程序中被修改,须加volatile限定,不要就会出错啦

#define RX_BUFFER_SIZE 16 // 接收缓冲区大小,可根据需要修改

volatile char rx_buffer[RX_BUFFER_SIZE]; // 接收缓冲区,为char型变量组成的数组,该数组构成环形队列,个数为RX_BUFFER_SIZE

volatile unsigned char rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter;

// This flag is set on USART Receiver buffer overflow

volatile char rx_buffer_overflow; //接收缓冲区溢出标志


// USART Transmitter buffer

#define TX_BUFFER_SIZE 16

volatile char tx_buffer[TX_BUFFER_SIZE];

volatile unsigned char tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter;


// 函数声明

char get_c(void);

void put_c(char c);

void put_s(char *ptr);

void init_USART(void);

//usart.c


#include

#include

#include

#include "usart.h"


/*接收中断*/

ISR(USART_RXC_vect)

{

char status,data;

status=UCSRA; //读取接收状态标志位,必须先读,当读了UDR后,UCSRA便自动清零了

data=UDR; //读取USART数据寄存器,这句与上句位置不能颠倒的

if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0) //判断本接收到的数据是否有数据帧、校验或数据溢出错误(此处指USART的硬件接收溢出)

{

rx_buffer[rx_wr_index]=data; // 将数据填充到接收缓冲队列中

if (++rx_wr_index == RX_BUFFER_SIZE) //写指针指向下一个单元,并判断是否到了队列的尾部,(不表示接受缓冲区是否满!)

rx_wr_index=0; //到了尾部,则指向头部(构成环状)

if (++rx_counter == RX_BUFFER_SIZE) //队列中收到字符加1,并判断是否队列已满

{

rx_counter=0; // 队列满了,队列中收到字符个数为0,表示队列中所有以前的数据作废,因为最后的数据已经把最前边的数据覆盖了

rx_buffer_overflow=1; //置缓冲区溢出标志。在主程序中必要的地方需要判断该标志,以证明读到数据的完整性

};

};

}

/*接收单个字符*/

char get_c(void)

{

char data;

while (rx_counter==0); //接收数据队列中没有数据可以读取,等待......(注2)

data=rx_buffer[rx_rd_index]; //读取缓冲队列中的数据

if (++rx_rd_index == RX_BUFFER_SIZE) rx_rd_index=0; //读取指针指向下一个未读的数据,如果指到了队列尾部,则指回到队列头步

cli(); // 关中断!非常重要

--rx_counter; //队列中未读数据个数减1。因为该变量在接收中断中要改变的,为了防止冲突,所以改动前临时关闭中断。程序相当可靠了。

sei(); // 开中断

return data;

}


//发送中断

ISR(USART_TXC_vect)

{

if (tx_counter)

{

--tx_counter;

UDR=tx_buffer[tx_rd_index];

if (++tx_rd_index == TX_BUFFER_SIZE) tx_rd_index=0;

};

}

/*发送单个字符*/

void put_c(char c)

{

while (tx_counter == TX_BUFFER_SIZE); //发送数据队列中还有数据没有发送完,等待

cli();

if (tx_counter || ((UCSRA & DATA_REGISTER_EMPTY)==0)) //若发送数据队列有数据或者数据寄存器UDR非空时执行(因为队列先进先出的原因,所以,c要放进非空的发送数据队列里面)

{

tx_buffer[tx_wr_index]=c;

if (++tx_wr_index == TX_BUFFER_SIZE) tx_wr_index=0;

++tx_counter;

}

else

UDR=c;

sei();

}

/*发送字符串*/

void put_s(char *ptr)

{

while (*ptr)

{

put_c(*ptr++);

}

put_c(0x0D);

put_c(0x0A); //结尾发送回车换行

}


/*USART 初始化*/

void init_USART(void)

{


//USART 9600 8, n,1 PC上位机软件(超级终端等)也要设成同样的设置才能通讯

UCSRC = (1

UBRRL= (F_CPU/BAUDRATE/16-1)%256;

UBRRH= (F_CPU/BAUDRATE/16-1)/256;

UCSRA = 0x00;

//接收使能,发送使能,接收中断使能,发送中断使能

UCSRB=(1

}


/***********************************************

**** 名 称:AVR USART(RS232)低层驱动+中间层软件示例

****

**** 作 者:zhiyu

**** 编译器:WINAVR20070525

****

**** 参 考:http://www.ouravr.com/bbs/bbs_content.jsp?mother_form=bbs_content.jsp&bbs_id=1000&bbs_page_no=1&bbs_sn=147242

《高档8位单片机ATmega128原理与开发应用指南(上)》--马潮 P320

《嵌入式C编程与ATMEL AVR》-- 国外计算机经典教材 P141

**** 日 期:2007.07.19

****

**** 芯 片:M16L

**** 时钟源:外部4M晶振

****

**** 结 果:测试成功

**** 问 题:暂无

***********************************************/

//#include

//#include

#include

#include "usart.h"


int main(void)

{

init_USART();

sei(); //总中断允许

put_s("Hello!");

put_s("这是一个简单的高速的串口驱动程序");

put_s("请你输入任意的字符,单片机将返回你输入的字符");

while (1)

{

put_c(get_c());

}

}

//Makefile,主要的几项,只是针对我这里的程序,要灵活运用哦


MCU = atmega16


F_CPU = 4000000


TARGET = main


SRC = $(TARGET).c usart.c //多文件编译才会用到这一项,可以参考这个帖子:


http://www.mcublog.com/blog/user1/4266/archives/2006/6145.html


*****************************************************/

这段由CVAVR程序生成器产生的UART接口代码是一个非常好的、高效可靠,并且值得认真学习和体会的。其特点如下:

l.它采用两个8字节的接收和发送缓冲器来提高MCU的效率.当主程序调用getchar()函数时,按顺序执行到while (rx_counter==0)处,接收数据队列里面就没有数据,如果再没有数据输入,那么就只能死在那里等待.如果有数据输入的话,中断很快就响应,数据就会迅速地填充接收数据队列,rx_counter!=0,这个死等待也就给瓦解了,让程序执行接下来的那句data=rx_buffer[rx_rd_index]了.最后return data;,返回输入的值;如当主程序调用Putchar()发送数据时,如果UART口不空闲,就将数据放入发送缓冲器中,MCU不必等待,可以继续执行其它的工作。而UART的硬件发送完一个数据后,产生中断,由中断服务程序负责将发送缓冲器中数据依次自动送出。

C语言书本里有其中一段:

getchar()函数(字符输入函数)的作用是从终端(或系统隐含指定的输入设备)输入一个字符.getchar()函数没有参数.当你输入一个字符时候,比如'a'后,要按'Enter'键,字符才能送到内存!你一旦按了这个'Enter',上面的程序就会执行中断响应了,

2.数据缓冲器结构是一个线性的循环队列,由读、写和队列计数器3个指针控制,用于判断队列是否空、溢出,以及当前数据在

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