AVR单片机USART异步串口与PC通信详解

本文档详细介绍了AVR单片机，特别是ATmega16型号，其串口USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，通用同步异步收发器）在通信中的应用。USART是单片机与PC之间进行数据传输的常见接口，支持异步串行通信，能够处理全双工和半双工通信模式。 在并行与串行通信的比较中，串行通信具有更高的抗干扰性，数据传输速度虽然不如并行快，但在实际应用中更易维护和可靠。串行通信协议如USART、SPI、TWI和1-Wire各有其特点，其中USART以其简单易用性和广泛兼容性而被广泛应用。 波特率是衡量串行通信速度的关键参数，单位是位/秒，例如9600波特率意味着每秒可传输9600个二进制位。收发双方必须保持一致的波特率才能确保通信顺利。全双工通信允许在任何时候都能同时发送和接收数据，而半双工通信则只能在某一时刻执行其中之一。 在硬件层面，ATmega16的串口结构包括TXD和RXD数据线，对应外部引脚PD1和PD0，通过UCSRA、UCSRB和UCSRC寄存器来控制和监控通信状态。其中，UDR是串口数据寄存器，用于存储和发送数据。UBRRH和UBRRL组成波特率寄存器发生器，它对系统时钟进行分频，例如在8MHz系统时钟下，设置为异步正常模式16分频和9600波特率时，UBRR应配置为8000。 为了使单片机与PC间的通信成为可能，需要解决电平差异问题。TTL电平（单片机常用）和RS-232电平（PC机串口）之间存在显著差距，通常通过MAX232这样的电平转换芯片来确保信号的正确传输。 AVR单片机的USART模块是实现嵌入式系统与外部设备间高效数据交换的重要工具，理解其工作原理、配置和电平转换是开发此类应用的基础。通过细致地调整波特率和控制寄存器，可以充分利用其异步通信特性，实现稳定且可靠的通信。