atmega16串口通信

全雙工操作，可同時進行收發操作；

支持同步或異步操作；

支持5、6、7、8 和9 位數據位，1 位或者2 位停止位的串行數據幀結構；

三個完全獨立的中斷，TX 發送完成，TX 發送數據寄存器空，RX 接收完成；

支持多機通訊模式；

相關寄存器：

USART 數據寄存器—UDR；

USART 控制和狀態寄存器—UCSRA，UCSRB，UCSRC；

波特率寄存器—UBRRL 和UBRRH；

串口背景知識

（1）串行通訊簡介

串行同步通訊容易理解，約定一個同步時鐘，每一時刻傳輸線上的信息就是要傳送的信息單元。串行異步通訊是把 一個字符看作一個獨立的信息單元，每一個字符中的各位是以固定的時間傳送。因此，這種傳送方式在同一字節內部是同步的，而字符間是異步的。在異步通信中收 發雙方取得同步的方法是采用在字符格式中設置起始位，而在字符結束時發送1～2 個停止位。當接收器檢測到起始位時，便能知道經接著的是有效的字符位，于是開始接收字符，檢測到停止位時，就將接收到的有效字符裝載到接收緩沖器中。最簡單的串口通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發送數據同時在另一根線上接收數據。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通行的端口，這些參數必須匹配：

a，波特率：這是一個衡量通信速度的參數。它表示每秒鐘傳送的bit的個數。例如300波特表示每秒鐘發送300個bit。當我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數據線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設備的通信。

b，數據位：這是衡量通信中實際數據位的參數。當計算機發送一個信息包，實際的數據不會是8位的，標準的值是5、7和8位。如何設置取決于你想傳送的信息。比如，標準的ASCII碼是0～127（7位）。擴展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數據使用簡單的文本（標準 ASCII碼），那么每個數據包使用7位數據。每個包是指一個字節，包括開始/停止位，數據位和奇偶校驗位。由于實際數據位取決于通信協議的選取，術語“包”指任何通信的情況。

c，停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數據是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸的結束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數據傳輸率同時也越慢。

d，奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數據位后面的一位），用一個值確保傳輸的數據有偶個或者奇個邏輯高位。例如，如果數據是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數是偶數個。如果是奇校驗，校驗位位1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數據，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設備能夠知道一個位的狀態，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數據是否不同步

通常異步通信的格式如圖：

USART 接受以下30 種組合的數據幀格式：

• 1 個起始位

• 5、 6、 7、 8 或9 個數據位

• 無校驗位、奇校驗或偶校驗位

• 1或2 個停止位

數據幀以起始位開始；緊接著是數據字的最低位，數據字最多可以有9 個數據位，以數據的最高位結束。如果使能了校驗位，校驗位將緊接著數據位，最后是結束位。當一個完整的數據幀傳輸后，可以立即傳輸下一個新的數據幀，或使傳輸線處于空閑狀態。

數據幀的結構由UCSRB 和 UCSRC 寄存器中的UCSZ2:0、 UPM1:0、USBS 設定。接收與發送使用相同的設置。設置的任何改變都可能破壞正在進行的數據傳送與接收。

（2）串口的組成

串口由陰陽兩種接口組成。最常使用的信號引腳是TD、RD 和SG，因此最簡單的串口調試只需要包含3 條引線就可以了。在RS232（一種串行工業總線標準）標準中，利用RD、TD 作為接收、發送信號線，加入地線，約定好通訊的波特率，實現串行信號傳輸。

（3）串口電平轉換電路

PC 的串口工作TTL 信號是12V 的，而在我們一般使用的電路板上，電源信號和TTL電平是5V 的（在低功耗電路中是3.3V 的），為了將信號轉化為可用，需要做串口的電平轉換。這一部分電路已經有相應的生產廠商做出了各種集成芯片，例如MAXIM 公司的MAX232/MAX233 芯片，就是實現5V 電路中和PC 實現串口通信的電平轉換芯片，而MAX3232/MAX3233 可以實現3.3V 的電平轉換。