基于AT90S8515的串行通信及其应用

　　引　言

　　美国ATMEL公司推出的90系列单片机是增强RISC内载Flash的高性能八位单片机，通称为AVR单片机，设计上采用低功耗CMOS技术，而且在软件上有效支持C高级语言（用IAR系统的ICC90C编译器编译）及汇编语言（用ATP汇编器编译）。

　　其中AT90S8515是功能较强的一种型号，它有40引脚PDIP和44引脚PLCC、TQFP等多种封装形式，具有120条功能强大的指令，而且大多数执行时间为单时钟周期，指令周期最短仅为125ns。它具有以下主要特征：片内有8K字节可下载的Flash存储器，程序下载采用其SPI串行接口，使用寿命为1000次；32条通用I／O线及32个通用8位寄存器R0～R31，64个I／O专用寄存器；512字节的EEPROM（使用寿命为10万次）及512字节的内部SRAM；供电电压在VCC为4．0～6．0V内可以全静态工作范围为0～8MHz；提供内部及外部中断源；带片内晶振器的可编程看门狗定时器；并有2种可通过软件选择的电源节电模式：闲置模式、掉电模式；可编程的全双工串行通信接口UART；一个8位定时器／计数器T／C0，一个16位的带预分频及比较模式、捕获模式及双工8位、9位或10位的PWM输出的定时器／计数器T／C1。本文着重介绍其片内UART在实际中的应用。

　　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带有一个全双工的通用异步收发器（UART），特征如下：

　　（1）波特率发生器可以生成任何波特率；

　　（2）在XTAL低频率下有高的波特率；

　　（3）8位和9位数据；

　　（4）噪声滤波；

　　（5）超越误差的检测；

　　（6）帧错误检测；

　　（7）错误起始位检测；

　　（8）3个独立的中断，即TX完成，TX数据寄存器空，RX完成。

　　其数据发送通过把被传送的数据写入UART的I／O数据寄存器UDR来初始化，然后数据从UDR传送到移位寄存器中。在波特率时钟加载到移位寄存器的传送操作时，起始位从TXD引脚移出，然后是数据最低位在先。当停止位被移出时，如果在传送中有新数据写入UDR中，则被装入移位寄存器中，同时，UART的状态寄存器USR的UDRE位（UART状态寄存器空）被设置，直到UDR被重写。当没有新的数据被写入时，而且停止位在TXD上保持了一位的长度，USR的TX完成标志位TXC被设置。

　　当UART的控制寄存器UCR中的TXEN位被置为1时，允许UART发送，此时PD1被作为发送线。

　　通过读UDR寄存器，接收数据寄存器被访问。接收器以16倍波特率采样RXD引脚的信号，当线路闲置时，一个逻辑0的采样将被转换为起始位的下降沿，并且起始位的探测序列被初始化，然后，接受器在第8、9和10个采样点采样中，如果得到两个或两个以上是逻辑1，则认为起始位是噪声尖峰而拒绝，继续探测下一个1到0的转换。如果起始位被发现后，开始采样数据位，这些位也在第8、9和10个采样点采样，3取2作为该位的逻辑值，在采样的同时被移入传送寄存器。当停止位为逻辑0，则USR的FE（帧错误）标志被置1，在读UDR前，用户应检查FE帧错误标志。在读UDR后应检查OR位来检测任何的超越错误。

　　当UART的控制寄存器UCR中的RXEN位被置为1时，允许UART数据接收，此时PD0被作为接收线。

　　1．2　UART的主要寄存器及设置

　　UART的I／O数据寄存器UDR是两个物理分离的寄存器分享相同的I／O地址，当写入UDR寄存器时，UART的发送寄存器被写入；当读UDR寄存器时，读的是UART的接收寄存器。

　　UART的波特率寄存器UBRR是8位可读／写的寄存器，用以确定波特率。用户进行串行通信编程的重点是了解UCR及USR的使用。

　　1．2．1　UART控制寄存器———UCR

　　

　　位7——RXCIE:RX完成中断使能，当该位置1且SREG中的I位设为1时，在USR中设置RXC位将导致接收完成中断被执行；

　　位6———TXCIE：TX完成中断使能，当该位置1且SREG中的I位设为1时，在USR中设置TXC位将导致发送完成中断被执行；

　　位5———UDRIE：UART数据寄存器空中断使能，当该位置1且SREG中的I位设为1时，在USR中设置UDRIE位将导致发送UART数据寄存器空中断被执行；

　　位4———RXEN：接收使能，当该位被设置时允许UART接收，当接收器被禁止时，TXC、OR、FE位的状态标志不能　　设置，否则，在把RXEN关闭时不能消除它们；

　　位3———TXEN：发送使能，当该位被设置时允许UART发送，如在发送数据时禁止发送器，则在移位寄存器的数据和后续UDR中的数据被全部发送完成之前，发遂器不会被禁止；

　　位2———CHR9：9位字符的发送或接收，发送和接收的数据是9位数据位和1位起始位、1位停止位。第9位通过UTP中的RXB8和TXB8位分别读和写；

　　位1———RXB8：当CHR9被设置时，RXB8是收到数据的第9数据位；

　　位0———TXB8：当CHR9被设置时，TXB8是发送数据的第9数据位。

　　1．2．2　UART状态寄存器———USR

　　

　　USR提供各种状态信息，其格式如下：

　　位7——RXC:UART接收完成，当使用中断数据接收时，接收完成中断子程序必须读UDR而消除RXC，否则在子程序完成时又引起新的中断；

　　位6———TXC：UART发送完成，当发送移位寄存的全部数据被移出后且没有新的数据写入UDR时，该位置1，TXC在执行相应的中断向量时被硬件清除；

　　位5———UDRE：UART数据寄存器空，当写入UDR的字符被传送到发送移位寄存器中时该位被设置，表示发送器准备新的数据发送。

　　位4———FE：帧出错，当收到的

　　数据的停止位为0时，该位置1，FE在收到的数据的停止们为1时被清除；

　　位3———OR：超越出错，当UDR寄存器的数据没有在新的数据被移入到接收移位寄存器之前被读走，该位置1，即OR位被缓冲。意味着移入移位寄存器的最后数据字节不能被送到UDR中而丢失。

　　1．2．3　波特率发生器

　　依据以下等式的分频器产生波特率： BAUD＝f／［16（UBRR＋1）］

　　BAUD表示波特率，f为晶振频率；UBRR表示UART波特率寄存器的值（0～255）。例如，波特率确定为9600波特时，选用标准的晶振频率1．8432MHz（误差为0），则可计算出UBRR的初始化值为11；波特率确定为9600波特时选用晶振频率为3．6864MHz，UBRR的初始化值为23。

　　2　AT90S8515与上位PC机的串行通信应用

　　2．1　与上位PC机的硬件连接

　　AT90S8515与上位PC机通信采用RS485总线，通过RS－485接收／发送器连接，使用MAXIM公司的MAX3080CPD芯片，为了使电磁干扰及终端末匹配的连接所产生的反射最小，MAX3080适合速率为115Kbps以下的应用，而且具有平衡发送，差分接收，抑制共模干扰和故障保护的特点，适合远距离传送。为提高系统可靠性，在MAX3080与CPU之间还可增加光电耦合器6N137，更好地与上位机电气隔离。硬件连接原理图如图1所示。