AVR单片机双机通信：SPI、USART与TWI原理与对比

本文主要探讨了基于AVR单片机ATmega16的三种常见通信方式：SPI、USART和TWI在实现双机通信中的原理分析与应用比较。作者施柏鑫，来自北京邮电大学信息工程学院，通过详细介绍这些通信接口的硬件内部结构、寄存器操作、数据传输流程以及各自的特点，旨在为设计者提供理论依据，帮助他们选择最适合的通信方式。 1. SPI (串行外设接口) SPI是一种同步串行接口，由Motorola公司提出，支持全双工、四线通信。ATmega16的SPI支持多种可编程比特率，且具备中断和错误检测功能。在双机通信中，一方为主机，负责提供时钟信号SCK，另一方为从机。通过直接连接SS、SCK、MOSI和MISO信号线，实现数据的双向传输。SPI内部有数据寄存器SPDR、控制寄存器SPCR和状态寄存器SPSR，其中SPDR用于数据暂存，SPCR控制数据传输方向和中断设置。 2. USART (通用异步收发传输) USART是通用异步收发传输，适用于异步通信场景。它通常包含RXD（接收数据）、TXD（发送数据）和RTS/CTS等控制信号。ATmega16的USART支持波特率自适应，数据帧格式灵活，但速度相对较慢。在双机通信中，双方通过轮询或中断来同步数据交换。 3. TWI (二线接口) TWI是一种二线半通信接口，适用于I²C总线协议，主要用于低速设备间的通信。它需要一条数据线SDA和一条时钟线SCL。ATmega16的TWI支持主从模式，适合于传感器和外围设备连接。数据传输是串行的，而且是单向的，从主设备到从设备。 通过对这三种通信方式的深入剖析，文章对比了它们的优缺点，包括速度、同步性、灵活性和所需线数等方面。设计师在选择通信方式时，需考虑实际应用中的具体需求，如数据传输速率、可靠性、成本和功耗等因素。本文的研究成果对于理解和优化基于AVR单片机的多机协作系统具有重要的参考价值。