怎样用UART与PC通信

示意图

微控制器通信 - 什么是UART？

微控制器经常发现自己处于具有特定功能的专用电路中，例如测量，监控和控制。但是，有些情况下将微控制器连接到计算机可能非常有益甚至是必要的（例如，设备配置）。有几种方法可以实现PC-Microcontroller通信

通过Wi-Fi（如ESP8266模块）

以太网

USB

虽然这些形式的通信可能允许高数据传输速率，但它们很难使用，大多数微控制器都有另外一种类型的通信，称为UART，它代表通用异步接收器/发送器。

这是一个简单的串行连接，可以是用于以低速发送少量数据，并且使用和实现极其简单。使UART更加便捷的是，有USB转串口转换器可用于允许微控制器通过USB使用虚拟COM端口与PC通信。

串行概述

使用微控制器和计算机的串行通信可包括许多不同的设置，包括奇偶校验和停止位。但是，在本教程中，我们将介绍最简单的串行通信形式，这也是最常见的形式之一。所以我们首先要看的是如何发送串行数据。首先，我们来看看硬件！

微控制器上最简单形式的串行外设是一个美化的移位寄存器，它使用两个独立的I/O引脚来发送数据（TxDn）和接收数据（RxDn）

当需要从设备发送数据时，它会将数据发送到其发送移位寄存器中，然后逐位计时数据，直到所有数据都已发送完毕。当需要读取数据时，接收器首先需要检测是否正在接收某些数据。

一旦满足此条件，接收器就会将数据移入移位寄存器。完成后，可以从接收移位寄存器中读取器件，并以其认为合适的任何方式处理数据。

UART模块的简单框图

UART模块中使用的协议本身（有时称为RS-232）包含有助于数据传输/接收的选项和附加功能。下图显示了典型的UART传输，包括起始位，数据本身，奇偶校验位和停止位。

从ATmega168数据表中获取的图像

IDLE - 如果没有发生传输，则传输线必须保留逻辑1（5V，3.3V等）

起始位 - UART线上的下降沿表示传输即将开始

数据位 - 这些是我们的实际数据位发送，并且位首先发送到最低位（位0，位1 。..位7）

奇偶校验位 - 此可选位可用作错误检查的基本形式具有等于所有位组合的异或（XOR）的值

停止位 - 这是停止传输所必需的并且是逻辑1.有时，可以使用两个停止位，但通常只使用一个

ATmega上的UART

ATmega168上的UART模块非常复杂，因为它允许不同的操作模式（包括同步传输），但我们将配置UART以使用适用于99％基于UART的项目的最常见设置。

时钟源

我们需要配置的第一件事是UART模块的时钟源（这也配置了UART运行的模式） 。由于我们将使用异步传输（时钟不传输，只有数据），我们将使用“正常异步”。为此，我们在UCSRnC寄存器中将UMSEL位设置为0.

奇偶校验位和停止位

由于大多数传输不需要奇偶校验，我们将禁用该位。为此，我们需要将两个UPM位都设置为0，这可以在UCSR寄存器中找到。

对于停止位，我们只会使用一个停止位，通过清除UCSRnB寄存器中的USBS位来完成。

数据大小

UART模块能够以不同的位宽发送数据，但对于大多数项目，我们将使用8位数据大小，因为我们的微控制器是一个8位器件。为此，我们将寄存器UCSRnB和UCSRnC中的UCSZ位的值设置为011。

波特率

在谈到串行通信时，波特率通常是指每秒传输的数据位数，可以认为是连接速度。串行通信的典型波特率包括9600，115200和10417.

对于我们的串行设置，我们将使用9600的波特率（非常常见的波特率）。波特率可以使用下面的公式计算，但是，使用第163-165页上的表格更容易。

由于我们的ATmega168连接到8MHz振荡器，我们可以查看下表，看看我们将UBRR寄存器设置为什么值。

对于9600波特，我们将使用值51.请注意，您的CLKDIV8位可能已设置，如果是这种情况，那么您的波特率可能比您预期的慢8倍。如果是这种情况，请尝试使用UBRR值12而将U2X0设置为开，或使用更高的时钟速度。

启用接收/传输

我们需要设置几个启用位，其他启用位是可选的。我们需要使能的前两位是RXEN和TXEN，它们使能接收器和发送器。

我们可以设置两个中断使能位，这意味着当我们的UART模块完成发送或接收数据时，中断将触发（对实时应用程序有用）。

读/写UART

有趣的是，AVR UART外设对接收和发送寄存器使用相同的I/O地址。当写入UART数据寄存器（UDRn）时，数据被发送到UART发送器移位寄存器，当从UART数据寄存器读取时，返回来自UART接收器的数据。

一些有用的控制信号

一个寄存器UCSR0A可以帮助确定UART的状态模块，因为它有几个状态位。

RXC0，第7位，如果接收缓冲区中有需要读取的数据，则为1

TXC0，第6位，一旦传输将为1已完成

如果发送缓冲区为空，UDRE0，位5将为1

FE0，位4，发出帧错误警告

DOR0，第3位，发出数据溢出警告（当收到的数据太多且接收缓冲区已满时）

当奇偶校验时，UPE0，位2将为1在接收到的字节上检测到错误

一个简单的UART示例

此示例将介绍如何创建一个echo设备，该设备将等待连接的PC向UART线路发送一个字节。一旦检测到，AVR将立即发回相同的字节以回显消息。

/*

* AVR UART.c

*

* Created： 09/01/2018

* Author ： RobinLaptop

*/

// These are really useful macros that help to get rid of unreadable bit masking code

#define setBit（reg， bit） （reg = reg | （1 《《 bit））

#define clearBit（reg， bit） （reg = reg & ~（1 《《 bit））

#define toggleBit（reg， bit） （reg = reg ^ （1 《《 bit））

#define clearFlag（reg， bit） （reg = reg | （1 《《 bit））

#include

int main（void）

{

// Initialize Registers

// Configure register UCSRA

setBit（UCSR0A， U2X0）; // Double the BRG speed （since I am using a 8MHz crystal which is divided by 8）

clearBit（UCSR0A， MPCM0）; // Normal UART communication

// Configure register UCSRB

clearBit（UCSR0B， RXCIE0）; // We will not enable the receiver interrupt

clearBit（UCSR0B， TXCIE0）; // We will not enable the transmitter interrupt

clearBit（UCSR0B， UDRIE0）; // We will not enable the data register empty interrupt

setBit（UCSR0B， RXEN0）; // Enable reception

setBit（UCSR0B， TXEN0）; // Enable transmission

clearBit（UCSR0B， UCSZ02）; // 8 bit character size

// Configure register UCSRC

clearBit（UCSR0C， UMSEL00）; // Normal Asynchronous Mode

clearBit（UCSR0C， UMSEL01）;

clearBit（UCSR0C， UPM00）; // No Parity Bits

clearBit（UCSR0C， UPM01）; // No Parity Bits

clearBit（UCSR0C， USBS0）; // Use 1 stop bit

setBit（UCSR0C， UCSZ01）; // 8 bit character size

setBit（UCSR0C， UCSZ00）;

// Configure the baud rate register （this is a combination of both UBRR0L and UBRR0H）

// Despite using an 8MHz crystal my Fosc is 1MHz since the CLK8DIV fuse bit is dividing the clock

// by 8. When I try to change this fuse the AVR locks me out！

UBRR0 = 12;

while （1）

{

// Wait until data has been received

while（！（UCSR0A & （1 《《 RXC0）））;

// Now send the same byte back

UDR0 = UDR0;

// Wait until the Data Transmit Register is empty

while（！（UCSR0A & （1 《《 TXC0）））;

}

}