基于Atmega16的串口通信实验

一、实验目的

1. 理解单片机串口的工作原理。

2. 掌握串口的编程方法。

二、实验内容

1. 验证课堂例题

编译下载运行课堂例题——“串口发送中断”（usart_ex1）和“串口接收中断”（usart_ex2），查看运行结果。理解程序的编程思想和程序执行过程。

2. 设计程序

参考上述例题的电路和编程思路，自行设计电路，包括六位数码管、4*4矩阵键盘、串口电路，完成按键定义值的数码管显示和串口通信，串口接收到的字符在数码管显示。

具体要求如下：

（1）上电复位后，数码管显示“000000”，单片机通过串口发送“Hello-Usart”握手信息；

（2）按下键盘数字键，相应数字字符在数码管最后一位显示，同时该按键的定义值以字符格式发送给串口；

（3）上位机向单片机发送’0’~’9’字符，单片机将接收到的字符在数码管最高位进行显示；

（4）要求串口发送不使用中断，串口接收使用中断。

在设计报告中，需进行总体设计思路描述，给出所涉及到的主程序、中断程序、关键功能子函数的流程图和设计代码。描述程序调试结果及出现的问题。

三、实验结果

1. 在下方贴出使用Proteus绘制的电路原理图。

图4-1 实验电路图

2. 描述所设计程序的总体设计思路

本程序分为主函数，串口发送函数，串口中断接收函数，数码管显示函数，按键检测与处理函数。

通过开启串口的接收中断，来触发中断回调函数。通过在串口中断回调函数中读取串口接收寄存器的数据来为数码管显示数组赋值。并且设置一个串口发送函数，将串口需要的发送的数据写入串口发送寄存器中，就可以实现将数据通过串口发送。

最后只需在主函数中通过检测按键是否按下来对数码管数组做相应的处理，并将要显示的数据通过串口发送出去。并且根据数码管数组刷新数码管即可。

3. 根据所设计的程序顶层结构，对主函数、中断函数、关键功能子函数的设计思路进行简单描述，并给出各函数的流程图

主函数：首先对需要使用到的IO口做相应的初始化，之后对串口进行初始化，并开启串口接收中断。在发送握手信息之后，在主循环中判断是否有按键按下，如果有按键按下，就对数码管显示数组赋值，并将按下的键对应的数据利用串口发送。最后刷新数目管。

串口发送函数：等待串口发送寄存器为空，在串口发送寄存器为空之后为串口缓冲区写入一个字节的数据。

串口接收中断回调函数：读取串口接收缓冲寄存器中的值，并将该值赋值给数码管显示数组。

按键处理函数：判断是否有按键按下，如果有按键按下的话，根据该按键对应的值赋值给串口待发送数据（这里需要注意的是串口发送的数据应该是ASCII码，所以对于数字而言需要再加上0x30），同时也根据该按键对应的值对返回值赋值。

4. 给出（3）中相关函数的实现代码（在ICCAVR中进行编程，以截屏贴图方式放入实验报告中，注意规范性，必须加注释）

#include <iom16v.h>
#include <macros.h>//宏定义
#define  uchar unsigned char
#define  uint  unsigned int//全局变量定义
//数码管使用
uchar const DuanXuan[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//共阴级数码管显示0-F
uchar const WeiXuan[6]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};//从左到右第0-5位数码管
uchar LEDBuf[6]={0,0,0,0,0,0};//存放数码管显示数据，0-9数字格式
uchar send_char[11]={'H','e','l','l','o','-','U','s','a','r','t'};
int i=0;
uchar send_key;
uchar rx_data;//函数声明
void delay(uint ms);             //延时函数
void LEDshow(uchar LEDBuf[6]);   //数码管显示函数
uchar key_press();               //按键检测函数
uchar key_where();               //按键定位函数
void uart_init();
void uart_send_1byte(uchar send_char);//**************************************************************************************
//主函数
//**************************************************************************************
void main(void)
{    //初始化//初始化数码管DDRC|=BIT(1);            //PC3设置为输出DDRC|=BIT(2);            //PC4设置为输出DDRB=0XFF;               //PB口设置为输出//初始化键盘DDRA=0x0F;                //高4位为输入，低4位为输出PORTA&=0xF0;         //低4位输出低电平CLI();                    //关总断 uart_init();          //串口初始化SEI();               //开总中断for(i=0;i<11;i++)               //循环发送握手信息uart_send_1byte(send_char[i]);    //发送握手信息while(1){if(key_press())            //判断键盘中是否有按键按下{         LEDBuf[5]=key_where(); //按下后显示在第五位uart_send_1byte(send_key);}LEDshow(LEDBuf);              //数码管刷新}
}//**************************************************************************************
//通用功能子函数
//**************************************************************************************//**************************************************************************************
//函数名：延时函数
//输入参数：ms
//**************************************************************************************
void delay(uint ms)
{uint p,q;for(p=0;p<ms;p++){for(q=0;q<1141;q++);}
}         //**************************************************************************************
//数码管模块子函数
//**************************************************************************************//**************************************************************************************
//函数名：LEDshow
//功能：在数码管上显示出对应的数字。0-5位数码管显示数据放在LEDBuf[]中，存放0-9数字格式
//输入参数：LEDBuf[]每个元素对应6位数码管每位的显示数字（0-F）
//**************************************************************************************void LEDshow(uchar LEDBuf[6])
{   uchar i;for(i=0;i<6;i++)              //循环扫描一次{   //数码管位选程序PORTB=WeiXuan[i];          //选择第i位数码管PORTC|=BIT(PC2);             //PA4输出高电平，位选端拉高PORTC&=~BIT(PC2);           //PA4输出低电平，位选端拉低，位选锁存//数码管段选程序 PORTB=DuanXuan[LEDBuf[i]];   //输出段选PORTC|=BIT(PC1);         //PA3输出高电平，段选端拉高PORTC&=~BIT(PC1);           //PA3输出低电平，段选端拉低，段选锁存  delay(1);}
}//**************************************************************************************
//矩阵键盘模块子函数
//**************************************************************************************//**************************************************************************************
//函数名：key_press
//功能：检测是否有低电平出现，来判断是否有按键按下
//返回值：1-有键按下，0-无键按下
//**************************************************************************************
uchar key_press(void)
{uchar temp;PORTA=0xF0;                //高4位输出高电平，低4位输出低电平temp=PINA;               //读取PA口if(temp==0xF0)         //输入端未出现低电平（没有按键按下） {return 0;            //输出0}else                  //有按键按下{         return 1;          //输出1}
}//**************************************************************************************
//函数名：key_where
//功能：读行线列线电平，根据按键键值进行定位
//返回值：按键代表的十六进制数字（0-F）
//**************************************************************************************
uchar key_where(void)
{uchar Code;            //存储PINC值，即引脚读入值uchar Hang=0X7F;    //行线输出值uchar Lie;           //列线值，4位 delay(10);if(key_press())       //调用按键检测函数{do{Hang=((Hang<<1)|(Hang>>7));  //循环左移，每一次只输出一个低电平PORTA=Hang;               //低四位在C口输出，行线逐位输出0        Code=PINA; Lie=Code&0xF0;            //读取key高四位(列线)}while(Lie==0xF0);          //列线出现全1为不在该行，列线出现0说明该键在该行while(key_press());         //等待按键松开 switch(Code)                //有16种情况{case 0xEE:               //1110 1110  第1行第1列(1,1){Code=0x1;     //显示1send_key=0x31;break;}case 0xDE:             //(1,2){ Code=0x2;send_key=0x32;break; }case 0xBE:             //(1,3){Code=0x3;send_key=0x33;break;}case 0x7E:             //(1,4){Code=0xA;send_key=0x41;break;}case 0xED:             //(2,1){Code=0x4;send_key=0x34;break;}case 0xDD:             //(2,2){Code=0x5;send_key=0x35;break;}case 0xBD:             //(2,3){Code=0x6;send_key=0x36;break;}case 0x7D:             //(2,4){Code=0xB;send_key=0x42;break;}case 0xEB:             //(3,1){Code=0x7;send_key=0x37;break;}case 0xDB:             //(3,2){Code=0x8;send_key=0x38;break;}case 0xBB:             //(3,3){Code=0x9;send_key=0x39;break;}case 0x7B:             //(3,4){Code=0xC;send_key=0x43;break;}case 0xE7:             //(4,1){Code=0xE;send_key=0x2A;break;}case 0xD7:             //(4,2){Code=0x0;send_key=0x30;break;}case 0xB7:             //(4,3){ Code=0xF;send_key=0x23;break;}case 0x77:             //(4,4){Code=0xD;send_key=0x44;break;}default:Code=16;        }}else//无按键按下{Code=16;}return Code;
}//**************************************************************************************
//函数名：uart_init
//功能：串口初始化
//**************************************************************************************
void uart_init(void)
{UCSRB=0x00;           //禁止发送器和接收器，禁止串口中断UCSRA=0b00100000;     //各标志位清零，双机通信模式，无加速波特率UCSRC=0b10000110;  //异步模式，无奇偶校验，1位停止位，8位数据位UBRRL=0x33;           //设置波特率9600bps,fosc=8MHz,UBRR=fosc/(16*baud)-1UBRRH=0x00;UCSRB=0x98;        //使能接收中断，使能发送器和接收器
}//**************************************************************************************
//函数名：uart_send_1byte
//功能：串口发送函数
//**************************************************************************************
void uart_send_1byte(uchar send_char)
{while(!(UCSRA&(1<<UDRE)));   //等待发送缓冲器为空UDR=send_char;              //向发送缓冲器写入1byte数据，启动发送
}//**************************************************************************************
//函数名：uart_rx_isr
//功能：串口接收中断回调函数。
//**************************************************************************************
#pragma interrupt_handler uart_rx_isr:12
void uart_rx_isr(void)
{rx_data=UDR;  LEDBuf[0]=rx_data;             //读接收缓冲器
}

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