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AVR单片机教程——串口发送

本文隶属于AVR单片机教程系列。

 

到目前为止,我们的开发板只能处理很小量的数据:读取几个引脚电平,输出几个LED,顶多用数码管显示一个两位数字。至于输入一个指令、输出一条调试信息,甚至用scanfprintf来输入输出,在已经接触过的这些器件上是难以想象的。而本讲“串口发送”与下一讲“串口接收”,将打开这一扇大门。

硬件

本讲的主题是UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter,通用异步收发器),俗称串口。实际上串口是串行接口的统称,在单片机领域通常指UART。“串行”的意思是每次传输一个bit,而一个字节的数据被拆成8个bit传输;相比之下并行总线可以一次传输一个或多个字节(这并不意味着并行总线一定优于串行总线)。

AVR单片机提供的硬件组件不是UART,而是USART(S代表Synchronous,同步的),相比UART额外支持同步通信。所谓“同步”是指收发双方通过时钟同步,“异步”是指没有时钟来同步,但实际上双方还是由一些特殊信号同步的。

数据在UART总线上以“帧(frame)”为单位发送,如下图所示,带有方括号的位是可选的。

一帧包含一个起始位、5~9个数据位(常用8位;很多设备不支持9位)、可选的一个校验位(偶校验或奇校验,即所有数据位与0或1的异或结果)与1或2个终止位。起始位与终止位统称为同步位,用于在异步总线上起到同步的作用,这样接收方才能知道一帧何时开始。

波特率的定义是信息在通信信道上传输的速率。假如信号线上的波形允许1秒有9600个方框(方框表示高电平或低电平,实际电平是其中一个),那么波特率就是9600。常用的波特率有9600与115200(打开Serial Port Utility或类似软件,可选的波特率都是常用的)。

在开始通信之前,收发双方必须约定好波特率与帧格式。uart_init函数的配置是波特率38400,8数据位,偶校验,1停止位。相应地在电脑的串口调试软件中也要这样配置。

开发板的TX引脚发送数据,RX引脚接收数据。为了使开发板与电脑能通过UART通信,电脑上需要插一个USB转串口的工具。用杜邦线把开发板与工具的TXRX引脚交叉连接。本讲只涉及串口发送,所以只连接开发板的TX与串口工具的RX就可以了。在串口调试软件中打开端口,就可以通信了。

软件

由于printf是变参函数,不是很安全(如果格式串和参数对应错,程序可能直接跑飞),我倾向于使用类型安全的函数,即函数通过C的句法知道实参类型(写错就编译错误,而不是通过编译器无法检测的格式串)。不过,avr-gcc的<stdio.h>中还是提供了printf等函数,你可以了解一下

库中提供的发送函数都是同步阻塞的,即等待硬件组件把数据全部发送完,函数才返回。这里的“同步”与刚才的“异步总线”所指是不同的。关于“同步”与“异步”、“阻塞”与“非阻塞”的概念,可以参考:怎样理解阻塞非阻塞与同步异步的区别?

不难计算,总线发送一个字节的时间是几千个CPU周期,CPU会浪费大量时间在无用的等待上。这个问题直到我们讲到中断才会解决(也许我会把它封装起来放进库)。

实例

我们来写一个用串口发送按键与拨动开关信息的程序。如果你会相关的C#编程,就可以让电脑响应按键事件。

#include <ee1/delay.h>
#include <ee1/button.h>
#include <ee1/switch.h>
#include <ee1/uart.h>

int main(void)
{
    button_init(PIN_6, PIN_7);
    switch_init(PIN_4, PIN_5);
    uart_init(UART_TX);
    uart_print_string("start\n");
    while (1)
    {
        for (uint8_t i = 0; i != BUTTON_COUNT; ++i)
            if (button_pressed(i))
            {
                uart_print_string("button ");
                uart_print_int(i);
                uart_print_string("\n");
            }
        for (uint8_t i = 0; i != SWITCH_COUNT; ++i)
            if (switch_changed(i))
            {
                uart_print_string("switch ");
                uart_print_int(i);
                uart_print_string(switch_status(i) ? " on\n" : " off\n");
            }
        delay(1);
    }
}

程序首先将UART初始化为发送模式(UART_TX),然后打印"start"。在间隔一毫秒的循环中(实际上串口发送的时间远长于一毫秒,因为是阻塞的),程序检测每一个按键与开关的动作,如果有则发送相应数据。

printf一行就能解决的操作这里需要三行才能完成,这就是权衡吧。

作业

  1. 基于uart_print_char,实现my_print_int函数,在串口上打印一个int类型整数(在avr-gcc中,int类型默认是16位宽度;注意负号和0;你可以了解一下itoa,尽管它是非标准的)。

  2. 将旋转编码器的数据通过串口传输给电脑。将原始数据(pin_readrotary_status)与处理后的数据(rotary_rotated)一同打印,你可以更直观地感受数据处理的过程。

posted on 2019-12-23 21:50  jerry_fuyi  阅读(1208)  评论(0编辑  收藏  举报