基于AT90S8515的串行通信及其應用

　　引　言

　　美國ATMEL公司推出的90系列單片機是增強RISC內(nèi)載Flash的高性能八位單片機，通稱為AVR單片機，設計上采用低功耗CMOS技術，而且在軟件上有效支持C高級語言（用IAR系統(tǒng)的ICC90C編譯器編譯）及匯編語言（用ATP匯編器編譯）。

　　其中AT90S8515是功能較強的一種型號，它有40引腳PDIP和44引腳PLCC、TQFP等多種封裝形式，具有120條功能強大的指令，而且大多數(shù)執(zhí)行時間為單時鐘周期，指令周期最短僅為125ns。它具有以下主要特征：片內(nèi)有8K字節(jié)可下載的Flash存儲器，程序下載采用其SPI串行接口，使用壽命為1000次；32條通用I／O線及32個通用8位寄存器R0～R31，64個I／O專用寄存器；512字節(jié)的EEPROM（使用壽命為10萬次）及512字節(jié)的內(nèi)部SRAM；供電電壓在VCC為4．0～6．0V內(nèi)可以全靜態(tài)工作范圍為0～8MHz；提供內(nèi)部及外部中斷源；帶片內(nèi)晶振器的可編程看門狗定時器；并有2種可通過軟件選擇的電源節(jié)電模式：閑置模式、掉電模式；可編程的全雙工串行通信接口UART；一個8位定時器／計數(shù)器T／C0，一個16位的帶預分頻及比較模式、捕獲模式及雙工8位、9位或10位的PWM輸出的定時器／計數(shù)器T／C1。本文著重介紹其片內(nèi)UART在實際中的應用。

　　1　串行接口UART的主要特征和工作原理

　　1．1　串行接口UART的主要特征

　　AT90S8515帶有一個全雙工的通用異步收發(fā)器（UART），特征如下：

　　（1）波特率發(fā)生器可以生成任何波特率；

　?。?）在XTAL低頻率下有高的波特率；

　　（3）8位和9位數(shù)據(jù)；

　?。?）噪聲濾波；

　?。?）超越誤差的檢測；

　?。?）幀錯誤檢測；

　　（7）錯誤起始位檢測；

　?。?）3個獨立的中斷，即TX完成，TX數(shù)據(jù)寄存器空，RX完成。

　　其數(shù)據(jù)發(fā)送通過把被傳送的數(shù)據(jù)寫入UART的I／O數(shù)據(jù)寄存器UDR來初始化，然后數(shù)據(jù)從UDR傳送到移位寄存器中。在波特率時鐘加載到移位寄存器的傳送操作時，起始位從TXD引腳移出，然后是數(shù)據(jù)最低位在先。當停止位被移出時，如果在傳送中有新數(shù)據(jù)寫入UDR中，則被裝入移位寄存器中，同時，UART的狀態(tài)寄存器USR的UDRE位（UART狀態(tài)寄存器空）被設置，直到UDR被重寫。當沒有新的數(shù)據(jù)被寫入時，而且停止位在TXD上保持了一位的長度，USR的TX完成標志位TXC被設置。

　　當UART的控制寄存器UCR中的TXEN位被置為1時，允許UART發(fā)送，此時PD1被作為發(fā)送線。

　　通過讀UDR寄存器，接收數(shù)據(jù)寄存器被訪問。接收器以16倍波特率采樣RXD引腳的信號，當線路閑置時，一個邏輯0的采樣將被轉(zhuǎn)換為起始位的下降沿，并且起始位的探測序列被初始化，然后，接受器在第8、9和10個采樣點采樣中，如果得到兩個或兩個以上是邏輯1，則認為起始位是噪聲尖峰而拒絕，繼續(xù)探測下一個1到0的轉(zhuǎn)換。如果起始位被發(fā)現(xiàn)后，開始采樣數(shù)據(jù)位，這些位也在第8、9和10個采樣點采樣，3取2作為該位的邏輯值，在采樣的同時被移入傳送寄存器。當停止位為邏輯0，則USR的FE（幀錯誤）標志被置1，在讀UDR前，用戶應檢查FE幀錯誤標志。在讀UDR后應檢查OR位來檢測任何的超越錯誤。

　　當UART的控制寄存器UCR中的RXEN位被置為1時，允許UART數(shù)據(jù)接收，此時PD0被作為接收線。

　　1．2　UART的主要寄存器及設置

　　UART的I／O數(shù)據(jù)寄存器UDR是兩個物理分離的寄存器分享相同的I／O地址，當寫入UDR寄存器時，UART的發(fā)送寄存器被寫入；當讀UDR寄存器時，讀的是UART的接收寄存器。

　　UART的波特率寄存器UBRR是8位可讀／寫的寄存器，用以確定波特率。用戶進行串行通信編程的重點是了解UCR及USR的使用。

　　1．2．1　UART控制寄存器———UCR

　　位7——RXCIE:RX完成中斷使能，當該位置1且SREG中的I位設為1時，在USR中設置RXC位將導致接收完成中斷被執(zhí)行；

　　位6———TXCIE：TX完成中斷使能，當該位置1且SREG中的I位設為1時，在USR中設置TXC位將導致發(fā)送完成中斷被執(zhí)行；

　　位5———UDRIE：UART數(shù)據(jù)寄存器空中斷使能，當該位置1且SREG中的I位設為1時，在USR中設置UDRIE位將導致發(fā)送UART數(shù)據(jù)寄存器空中斷被執(zhí)行；

　　位4———RXEN：接收使能，當該位被設置時允許UART接收，當接收器被禁止時，TXC、OR、FE位的狀態(tài)標志不能　　設置，否則，在把RXEN關閉時不能消除它們；

　　位3———TXEN：發(fā)送使能，當該位被設置時允許UART發(fā)送，如在發(fā)送數(shù)據(jù)時禁止發(fā)送器，則在移位寄存器的數(shù)據(jù)和后續(xù)UDR中的數(shù)據(jù)被全部發(fā)送完成之前，發(fā)遂器不會被禁止；

　　位2———CHR9：9位字符的發(fā)送或接收，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)是9位數(shù)據(jù)位和1位起始位、1位停止位。第9位通過UTP中的RXB8和TXB8位分別讀和寫；

　　位1———RXB8：當CHR9被設置時，RXB8是收到數(shù)據(jù)的第9數(shù)據(jù)位；

　　位0———TXB8：當CHR9被設置時，TXB8是發(fā)送數(shù)據(jù)的第9數(shù)據(jù)位。

　　1．2．2　UART狀態(tài)寄存器———USR

　　USR提供各種狀態(tài)信息，其格式如下：

　　位7——RXC:UART接收完成，當使用中斷數(shù)據(jù)接收時，接收完成中斷子程序必須讀UDR而消除RXC，否則在子程序完成時又引起新的中斷；

　　位6———TXC：UART發(fā)送完成，當發(fā)送移位寄存的全部數(shù)據(jù)被移出后且沒有新的數(shù)據(jù)寫入UDR時，該位置1，TXC在執(zhí)行相應的中斷向量時被硬件清除；

　　位5———UDRE：UART數(shù)據(jù)寄存器空，當寫入UDR的字符被傳送到發(fā)送移位寄存器中時該位被設置，表示發(fā)送器準備新的數(shù)據(jù)發(fā)送。

　　位4———FE：幀出錯，當收到的

　　數(shù)據(jù)的停止位為0時，該位置1，F(xiàn)E在收到的數(shù)據(jù)的停止們?yōu)?時被清除；

　　位3———OR：超越出錯，當UDR寄存器的數(shù)據(jù)沒有在新的數(shù)據(jù)被移入到接收移位寄存器之前被讀走，該位置1，即OR位被緩沖。意味著移入移位寄存器的最后數(shù)據(jù)字節(jié)不能被送到UDR中而丟失。

　　1．2．3　波特率發(fā)生器

　　依據(jù)以下等式的分頻器產(chǎn)生波特率： BAUD＝f／［16（UBRR＋1）］

　　BAUD表示波特率，f為晶振頻率；UBRR表示UART波特率寄存器的值（0～255）。例如，波特率確定為9600波特時，選用標準的晶振頻率1．8432MHz（誤差為0），則可計算出UBRR的初始化值為11；波特率確定為9600波特時選用晶振頻率為3．6864MHz，UBRR的初始化值為23。

　　2　AT90S8515與上位PC機的串行通信應用

　　2．1　與上位PC機的硬件連接

　　AT90S8515與上位PC機通信采用RS485總線，通過RS－485接收／發(fā)送器連接，使用MAXIM公司的MAX3080CPD芯片，為了使電磁干擾及終端末匹配的連接所產(chǎn)生的反射最小，MAX3080適合速率為115Kbps以下的應用，而且具有平衡發(fā)送，差分接收，抑制共模干擾和故障保護的特點，適合遠距離傳送。為提高系統(tǒng)可靠性，在MAX3080與CPU之間還可增加光電耦合器6N137，更好地與上位機電氣隔離。硬件連接原理圖如圖1所示。