用于ATmega128的软件UART范例程序

一般教科书上提供的UART收发的程序往往是一段采用轮循(Polling)方式完成收发的简单代码。但对于高速的AVR来讲，采用这种方式大大降低了 MUC的效率。在使用AVR时，应根据芯片本身的特点(片内大容量数据存储器RAM，更适合采用高级语言编写系统程序)，编写高效可靠的UART收发接口(低层)程序。下面是一个典型的ATmega128的软件USART的接口程序。

#include

#define RXB8 1

#define TXB8 0

#define UPE 2

#define OVR 3

#define FE 4

#define UDRE 5

#define RXC 7

#define FRAMING_ERROR (1<

#define PARITY_ERROR (1<

#define DATA_OVERRUN (1<

#define DATA_REGISTER_EMPTY (1<

#define RX_COMPLEte (1<

// USART0 Receiver buffer

#define RX_BUFFER_SIZE0 8

char rx_buffer0[RX_BUFFER_SIZE0];

unsigned char rx_wr_index0,rx_rd_index0,rx_counter0;

// This flag is set ON USART0 Receiver buffer overflow

bit rx_buffer_overflow0;

// USART0 Receiver interrupt service routine

#pragma savereg-

interrupt [USART0_RXC] void uart0_rx_isr(void)

{

char status,data;

#asm

push r26

push r27

push r30

push r31

in r26,sreg

push r26

#endasm

status=UCSR0A;

data=UDR0;

if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0)

{

rx_buffer0[rx_wr_index0]=data;

if (++rx_wr_index0 == RX_BUFFER_SIZE0) rx_wr_index0=0;

if (++rx_counter0 == RX_BUFFER_SIZE0)

{

rx_counter0=0;

rx_buffer_overflow0=1;

};

};

#asm

pop r26

out sreg,r26

pop r31

pop r30

pop r27

pop r26

#endasm

}

#pragma savereg+

#ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_

// Get a character from the USART0 Receiver buffer

#define _ALTERNATE_GETCHAR_

#pragma used+

char getchar(void)

{

char data;

while (rx_counter0==0);

data=rx_buffer0[rx_rd_index0];

if (++rx_rd_index0 == RX_BUFFER_SIZE0) rx_rd_index0=0;

#asm("cli")

--rx_counter0;

#asm("sei")

return data;

}

#pragma used-

#endif

// USART0 Transmitter buffer

#define TX_BUFFER_SIZE0 8

char tx_buffer0[TX_BUFFER_SIZE0];

unsigned char tx_wr_index0,tx_rd_index0,tx_counter0;

// USART0 Transmitter interrupt service routine

#pragma savereg-

interrupt [USART0_TXC] void uart0_tx_isr(void)

{

#asm

push r26

push r27

push r30

push r31

in r26,sreg

push r26

#edasm

if (tx_counter0)

{

--tx_counter0;

UDR0=tx_buffer0[tx_rd_index0];

if (++tx_rd_index0 == TX_BUFFER_SIZE0) tx_rd_index0=0;

};

#asm

pop r26

out sreg,r26

pop r31

pop r30

pop r27

pop r26

#endasm

}

#pragma savereg+

#ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_

// Write a character to the USART0 Transmitter buffer

#define _ALTERNATE_PUTCHAR_

#pragma used+

void putchar(char c)

{

while (tx_counter0 == TX_BUFFER_SIZE0);

#asm("cli")

if (tx_counter0 || ((UCSR0A & DATA_REGISTER_EMPTY)==0))

{

tx_buffer0[tx_wr_index0]=c;

if (++tx_wr_index0 == TX_BUFFER_SIZE0) tx_wr_index0=0;

++tx_counter0;

}

else

UDR0=c;

#asm("sei")

}

#pragma used-

#endif

// Standard Input/Output functions

#include

// Declare your global variables here

void main(void)

{

// USART0 initialization

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity

// USART0 Receiver: On

// USART0 Transmitter: On

// USART0 Mode: Asynchronous

// USART0 Baud rate: 9600

UCSR0A=0x00;

UCSR0B=0xD8;

UCSR0C=0x06;

UBRR0H=0x00;

UBRR0L=0x67;

// Global enable interrupts

#asm("sei")

while (1)

{

// Place your code here

};

}

这段由CVAVR程序生成器产生的UART接口代码是一个非常好的、高效可靠，并且值得认真学习和体会的。其特点如下：

l. 它采用两个8字节的接收和发送缓冲器来提高MCU的效率，如当主程序调用Putchar()发送数据时，如果UART口不空闲，就将数据放入发送缓冲器中，MCU不必等待，可以继续执行其它的工作。而UART的硬件发送完一个数据后，产生中断，由中断服务程序负责将发送缓冲器中数据依次送出。

2.数据缓冲器结构是一个线性的循环队列，由读、写和队列计数器3个指针控制，用于判断队列是否空、溢出，以及当前数据在队列中的位置。

3. 用编译控制命令#pragma savereg-和#pragma savereg+，使得由CVAVR在生成的中断服务程序中不进行中断保护(CVAVR生成中断保护会将比较多的寄存器压入堆栈中)，而在中断中嵌入汇编，只将5个在本中断中必须要保护的寄存器压栈。这样提高了UART中断处理的速度，也意味着提高了MCU的效率。

4.由于在接口程序Putchar()、Getchar()和中断服务程序中都要对数据缓冲器的读、写和队列计数器3个指针判断和操作，为了防止冲突，在Putchar()、Getchar()中对3个指针操作时临时将中断关闭，提高了程序的可靠性。

建议读者能逐字逐句地仔细分析该段代码，真正理解和领会每一句语句(包括编译控制命令的作用)的作用，从中体会和学习如何编写效率高，可靠性好，结构优良的系统代码。这段程序使用的方法和技巧，对编写SPI、I2C的串行通信接口程序都是非常好的借鉴。

作为现在的单片机和嵌入式系统的工程师，不仅要深入全面的掌握芯片和各种器件的性能，具备丰富的硬件设计能力;同时也必须提高软件的设计能力。要学习和掌握有关数据结构、操作系统、软件工程、网络协议等方面的知识，具有设计编写大的复杂系统程序的能力。