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SPI中断实现单片机之间的通信
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SPI中断实现单片机之间的通信
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3秒自动关闭窗口日修订；单片机之间的通信，在老师的强烈要求下，我们决定整；资料（摘自校内教材）；在通信领域内，有两种数据通信方式：并行通信和串行；并行数据传输的特点：各数据位同时传输，传输速度快；串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次；串行数据传输的特点：；1）节省传输线，这是显而易见的；2）数据传送效率低；2、串行通讯制式；根据信息的传送方向，
单片机之间的通信，在老师的强烈要求下，我们决定整理我们所学过的东西，在这里所展现的并不一定很全面，只能是简单的入门级别，对于通信，一直以来都是方便，但实现起来困难。硬件要求高，软件相对复杂点。这里，我们通过介绍资料、介绍硬件、介绍接线、软件应用举例、注意事项等来收集和整理了单片机与单片机、pc机与单片机通信的简单应用，仅供单片机实验室设备使用。
资料（摘自校内教材）
在通信领域内，有两种数据通信方式：并行通信和串行通信。
并行数据传输的特点：各数据位同时传输，传输速度快、效率高，多用在实时、快速的场合。并行传输的数据宽度可以是1~128位，甚至更宽，但是有多少数据位就需要多少根数据线，因此传输的成本较高，且只适用于近距离（相距数米）的通讯。
串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。
串行数据传输的特点：
1）节省传输线，这是显而易见的。尤其是在远程通信时，此特点尤为重要。这也是串行通信的主要优点
2）数据传送效率低。与并行通信比，这也这是显而易见的。这也是串行通信的主要缺点。
2、串行通讯制式
根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。信息只能单向传送为单工；信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工；信息能够同时双向传送则称为全双工。
1）单工(Simplex)方式：通信双方设备中发送器与接收器分工明确，只能在由发送器向接收器的单一固定方向上传送数据。
2）半双式方式（half duplex）：若使用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可以在两个方向上传送，但通信双方不能同时收发数据，这样的传送方式就是半双工制。
半双工方式
3）全双工方式（full duplex）：当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工制。
全双工方式
3、串行数据传输的分类
而按照串行数据的时钟控制方式，串行通信又可分为同步通信和异步通信两种。
异步通信：接收器和发送器有各自的时钟；
同步通信：发送器和接收器由同一个时钟源控制。
同步通信---Synchronous Communication
同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。
图1.5 同步通信的字符帧格式
异步通信---Asynchronous Communication
数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。一帧数据均是低位在前，高位在后，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。
在异步通信中，接受端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送，何时结束发送的。字符帧格式是异步通信的一个重要指标。
1) 字符帧（Character Frame）
字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等4部分组成，如图1.6所示。
(a)无空闲位字符帧
(b) 有空闲位字符帧
图1.6 异步通信的字符帧格式
(1) 起始位：位于字符帧开头，只占一位，为逻辑0，低电平，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。
(2) 数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位在前，高位在后。
(3) 奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，用来表征串行通信中采用奇校验还是偶校验，由用户决定。
(4) 停止位：位于字符帧最后，为逻辑1，高电平。通常可取1位、1.5位、或2位，用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完，也为下一帧发送做准备。
在串行通信中，两相邻字符帧之间可以没有空闲位，也可以有若干空闲位，这由用户来决定。图1.6（b）表示有3个空闲位的字符帧格式。
2）波特率（baud rate）
异步通信的另一个重要指标为波特率。
波特率为每秒钟传送二进制数码的位数，也叫比特数，单位b/s，即位/秒。波特率用于表征数据传输的速度， 波特率越高数据传输速度越快。但波特率和字符的实际传输速率不同，字符的实际传输速率是每秒内所传字符帧的帧数，和字符帧格式有关。
通常，异步通信的波特率为50～9600b/s。
4、ATmega16单片机的串行口及相关寄存器
ATmega16单片机的串行口结构主要三个部分：时钟发生器，发送器和接收器。
1）数据缓冲器UDR
UDR数据缓冲器的格式图如图1.7所示：
图1.7 UDR数据缓冲器的格式图
ATmega16单片机USART 发送数据缓冲寄存器和USART 接收数据缓冲寄存器共享相同的I/O 地址，称为USART 数据寄存器或UDR。将数据写入UDR 时实际操作的是发送数据缓冲寄存器(TXB)，读UDR 时实际返回的是接收数据缓冲寄存器(RXB) 的内容。
只有当UCSRA寄存器的UDRE标志置位后才可以对发送缓冲器进行写操作。如果UDRE没有置位，那么写入UDR 的数据会被USART 发送器忽略。当数据写入发送缓冲器后，若移位寄存器为空，发送器将把数据加载到发送移位寄存器。然后数据串行地从TxD 引脚输出。
2）控制状态寄存器UCSRA、UCSRB、UCSRC
（1）控制状态寄存器UCSRA格式图如图1.8所示：
控制状态寄存器UCSRA格式图
RXC: USART 接收结束
接收缓冲器中有未读出的数据时RXC 置位，否则清零。接收器禁止时，接收缓冲器被刷新，导致RXC 清零。RXC 标志可用来产生接收结束中断(见对RXCIE位描述)。
TXC: USART 发送结束
发送移位缓冲器中的数据被送出，且当发送缓冲器 (UDR) 为空时TXC 置位。执行发送结束中断时TXC 标志自动清零，也可以通过写1 进行清除操作。TXC 标志可用来产生发送结束中断( 见对TXCIE 位的描述)。
UDRE: USART 数据寄存器空
UDRE标志指出发送缓冲器(UDR)是否准备好接收新数据。UDRE为1说明缓冲器为空，已准备好进行数据接收。UDRE标志可用来产生数据寄存器空中断(见对UDRIE位的描述)。复位后UDRE 置位，表明发送器已经就绪。
FE: 帧错误
如果接收缓冲器接收到的下一个字符有帧错误，即接收缓冲器中的下一个字符的第一个停止位为0，那么FE 置位。这一位一直有效直到接收缓冲器(UDR) 被读取。当接收到的停止位为1 时， FE 标志为0。对UCSRA 进行写入时，这一位要写0。
DOR: 数据溢出
数据溢出时DOR 置位。当接收缓冲器满( 包含了两个数据)，接收移位寄存器又有数据，若此时检测到一个新的起始位，数据溢出就产生了。这一位一直有效直到接收缓冲器(UDR) 被读取。对UCSRA 进行写入时，这一位要写0。
PE: 奇偶校验错误
当奇偶校验使能(UPM1 = 1)，且接收缓冲器中所接收到的下一个字符有奇偶校验错误时UPE 置位。这一位一直有效直到接收缓冲器 (UDR) 被读取。对UCSRA 进行写入时，这一位要写0。
U2X: 倍速发送
这一位仅对异步操作有影响。使用同步操作时将此位清零。此位置1 可将波特率分频因子从16 降到8，从而有效的将异步通信模式的传输速率加倍。
MPCM: 多处理器通信模式
设置此位将启动多处理器通信模式。MPCM 置位后， USART 接收器接收到的那些不包含地址信息的输入帧都将被忽略。发送器不受MPCM设置的影响。
（2）控制状态寄存器UCSRB格式图如图1.9所示：
控制状态寄存器UCSRB格式图
RXCIE: 接收结束中断使能
置位后使能RXC 中断。当RXCIE 为1，全局中断标志位SREG 置位， UCSRA 寄存器的RXC 亦为1 时可以产生USART 接收结束中断。
TXCIE: 发送结束中断使能
置位后使能TXC 中断。当TXCIE 为1，全局中断标志位SREG 置位，UCSRA 寄存器的TXC 亦为1 时可以产生USART 发送结束中断。
UDRIE: USART 数据寄存器空中断使能
置位后使能UDRE 中断。当UDRIE 为1，全局中断标志位SREG 置位，UCSRA 寄存器的UDRE 亦为1 时可以产生USART 数据寄存器空中断。
RXEN: 接收使能
置位后将启动USART 接收器。RxD 引脚的通用端口功能被USART 功能所取代。禁止接收器将刷新接收缓冲器，并使 FE、DOR 及PE 标志无效。
TXEN: 发送使能
置位后将启动将启动USART 发送器。TxD 引脚的通用端口功能被USART 功能所取代。TXEN 清零后，只有等到所有的数据发送完成后发送器才能够真正禁止，即发送移位寄存器与发送缓冲寄存器中没有要传送的数据。发送器禁止后，TxD引脚恢复其通用I/O功能。
UCSZ2: 字符长度
UCSZ2与UCSRC寄存器的UCSZ1:0结合在一起可以设置数据帧所包含的数据位数(字符长度)。
RXB8: 接收数据位 8
对9 位串行帧进行操作时，RXB8 是第9 个数据位。读取UDR 包含的低位数据之前首先要读取RXB8。
TXB8: 发送数据位8
对9 位串行帧进行操作时，TXB8 是第9 个数据位。写UDR 之前首先要对它进行写操作。
（3）控制状态寄存器UCSRC格式图如图1.10所示：
包含各类专业文献、各类资格考试、行业资料、中学教育、高等教育、幼儿教育、小学教育、单片机之间的通信20等内容。　
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基于单片机红外无线通信的抄表系统
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摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA&C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18&m CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte
&&&&&& 多台单片机的通信系统，已有很多资料做了介绍，在这些系统中的数据通讯一般采用的是串行通信方式。串行通信可采用有线与无线两种方式，作者根据单片机串行通信原理、脉冲编码调制(PCM)技术和红外无线通信技术，开发设计了单片机编解码红外无线通信接口。用该接口构成的新型无线抄表系统，利用红外线这种非电信号作为传输介质，来传送数据信息，可以在那些不适合或不方便架设电缆线及电磁干扰较强的工作环境，来实现单相电度表的抄表系统，完成电度表用电量的抄录、设置表底数、电度表校准等工作。本文就利用单片机红外通信技术实现无线抄表系统做一介绍。&&&&&& 1．红外线通信原理&&&&&&& &&&&&& 在抄表机数据通信系统中，单片机之间的数据通信采用一对多的主从模式，利用波长为940&m的远红外波通信。其原理示意图如图1。主机（即抄表机单片&机）负责发送从机（即电度表单片机）地址、控制命令及调度，从机则负责收集现场信息，进行一定的数据处理，根据主机的要求返回数据，并执行主机发出的命令。抄表机单片机与电度表单片机之间的信息交换是通过串行通信来实现。在采用主从式多机串行通信系统中，从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。由于发送和接收共用同一物理信道因此在任意时刻只允许一台从机处于发送状态，其余的从机不能发送。只有被主机呼叫的从机才能占用总线，对主机做出应答。&&&&&& 每台从机均分配有一个唯一的从机地址，主机与从机通信时，主机先呼叫某从机地址，唤醒被叫从机后，主、从两机之间进行数据交换，而未被呼叫的从机则继续处于等待状态。主机发送的信息可以传到多个从机或指定的从机，各从机发送的信息只能被主机接收。为了完成上述功能需通过设置单片机的串口控制寄存器SCON来实现，在此将单片机设置在工作方式3，即SM0=1、SM1=1。&&&&&& 通信的数据格式为每帧11位，包括1位起始位、8位数据位、1位奇偶校验位和1位停止位；片内定时器T1作为波特率发生器，选择传送的波特率为1200bps，则定时器T1的初值应设置为TL1=TH1=E8H，另外应禁止定时器T1中断，以免因定时器T1溢出而产生不必要的中断错误。当主机发送一帧地址信息时，应保持这帧数据的第9位TB8为&1&；发送一帧数据信息时，应保持这帧数据的第9位TB8为&0&，所有从机最初均处于接收状态，即SM2=1状态，当接收的一帧数据的9位为1，所有从机均产生中断，接收这一帧地址数据并与各自的从机地址进行比较，以判断主机是否要与本机通讯。接收到的地址数据与从机地址相等的为被呼叫从机，该从机将串行口控制寄存器SCON中的控制位SM2清0，去接收主机发来的数据帧（数据帧的第9位为0），此时不管接收到的第9位数据是否为1，都要产生串口中断，保证了主机与被叫从机间的正常数据通讯。通讯结束后，该从机又重新将串行口控制寄存器SCON中的控制位SM置为1，为下一次与主机进行通讯做好准备。其它从机则一直在SM2=1下继续自己的等待，不会受到其它从机与主机通讯的干扰。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 在通信协议中规定：&&&&&& （1）单片机以方式3进行通信，一帧数据的第9位为&1&代表地址帧，为&0&代表数据帧。&&&&& （2）设定通信波特率为1200bps。迎访问无由电子开发网（技术文章 在线阅读 在线商城&&&&& （3）00H是以地址帧形式发送的一条对所有从机起作用的控制命令，命令各从机恢复SM2=1，等待接收状态。&&&&&& （4）主机与从机的联络过程为；&&&&&& 主机下发地址帧，被呼叫从机向主机返回地址帧，以便主机确定与从机联络上了。&&&&&& 主机下发控制命令，从机根据命令或接收主机的数据块，或向主机发送数据块。&&&&&& （5）主机发送的控制命令代码为：&&&&&& AAH：设置表底数；BBH：读取表数；CCH：开表设置；DDH： 关表设置&&&&&& EEH：校验出错；EDH：传送结束符。&&&&&& （6）数据块组成格式为：数据块最后一帧为结束符EDH，结束符之前本数据块内容可以是操作码帧、地址码帧和数据帧。&&&&&& 为了实现多机通信，所有发射电路的振荡频率和所有的接收电路的振荡频率都必须调整一致，为保证正常通信，防止自己发自己接，数据传送方向必须为半双工传送，收发器在发射时，必须屏蔽自己的接收中断，发射结束后再开放中断。&&&&&& 多机通信过程为：&&&&&& （1）所有从机的SM2=1，处于地址帧接收状态。&&&&&& （2）主机发送一帧地址信息，其中包含8位地址，第9位为&1&，与所需的从机进行联络。&&&&&& （3）从机接收到地址信息后，各自将其与自己的地址相比较；对于地址相符的从机使RI=0，TB8=1，发送自身地址，并使SM2=0，TI=1，以等待接收主机随后发来的所有信息；对于地址不相符的从机仍保持SM2=1状态，对主机随后发来的数据不理睬直至发送新的一帧地址信息。&&&&&& （4）主机接收到地址后将SCON第9位TB8清&0&，然后进行地址校对，若地址校对通过，说明从机已经联络上，发送进一步的通信控制命令信号；地址校对出错，说明从机没有联络上，发送结束本次通信命令，修改SCON第9位，，将TB8置&1&。主机向被寻址的从机发送控制指令与数据，一帧数据的第9位为&0&，表示发送的是数据或控制指令。&&&&&& （5）被叫从机接收到命令后进行命令分析，收集现场信息，进行一定的数据处理，根据主机的要求返回数据，并执行主机发出的命令。若为结束通信的命令，则立即置ＳＭ2=1，结束本次通信，等待下一次通信，否则执行相应的动作，对于要求返回信息的命令，置TB8=0，返回正确的响应信息后置SM2=1，恢复其只接收地址帧数据状态。&&&&&& （6）主机接收结束通信命令的返回信息后修改SCON第9位，将TB8置&1&，准备进行下一轮的通信。&&&&&& 2．硬件构成&&&&&& 主要包括红外发射电路和红外接收电路两部分：&&&&&& 红外发射电路&&&&&& 在红外数据传输的信号调制方式上，采用脉冲调制的二进制不归零码。这种调制方式比较简单，编码解码都比较方便，有利于电路简化。红外发射电路如图2所示。&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&& 由455KHZ的晶振CRY，反相器74HC04及电阻、电容构成的振荡器产生455KHZ的方波信号。经脉冲分频器74LS92，六分频成为75.83KHZ的脉冲信号。再经过D触发器构成的2分频/整形电路变成38KHZ的方波信号。由单片机的异步串行口TX输出的串行数据信号，送到与非门74HC00的输入端。与非门的另一输入端接38KHZ的载波信号。与非门的输出信号用来控制三极管的开通或关断，从而控制红外发射管发送信息。这样就达到了用串行口TX输出的串行数据信号直接调制载波，进行红外数据传输的目的。发射电路的调制采用的是时分制幅度键控调制方式。因单片机在复位后，TXD脚为高电平，为满足同步的要求，采用低电平同步脉冲，经与非门(Ｕ3)后变成高电平同步脉冲。所以单片机TXD发送的编码应是反码。&&&&&& 红外接收电路&&&&&& 设计中采用一种高效能的红外接收器&&德律风根TFMS5380。德律风根所开发的微型接收器TFMS5380是近期市场上最高效能的红外接收器。同一组件内已装上了接收二级管和前置放大器。TFMS5380特点：(1)单一的接收器和前置放大器的组合。(2)超敏感度和传送距离。(3)内置PCM频率过滤器。(4)无外置组件需要。(5)特强光及电场干扰屏蔽。(6)TTL及CMOS兼容，适用于微处理器操作控制。(7)可选频率由30KHZ至56KHZ。(8)低功耗。(9)ISO9000认可。TFMS5380适用于数据传送、电视机、录像机、组合音响及卫星接收器等。TFMS5380的内部框图及构成的接收电路。如图3所示。&&&&&&&&&&&&& &&&&&& 该接收电路要求被接收的红外光波长在950&m左右，被调制信号的脉冲宽度不小于600&s。TFMS5380的应用电路非常简单。实验证明，TFMS5380的性能良好，完全可以满足数据传输的需要。S3C2410 ARM9开发板800元 SOC开发平台360元 豪华单片机开发系统498元 单片机学习板138 无线nRF-9E5模块100元 51单片机试验开发板238元 Genius NSP通用编程器260元 Mini ARM Debugger330元 LABTOOL-48UXP2800元 S3C2410 ARM9开发板800&&&&&& 3．软件设计&&&&&& 该系统软件设计主要包括手持抄表器主机软件和电度表端从机软件两部分。在本设计中手持抄表器单片机发送字符与接受字符均采用查询方式，发送前先读取通信状态寄存器，查询发送保持寄存器空否，接收前先读取通信状态寄存器，查询一帧数据收完否。电度表单片机采用中断方式，即接收到地址帧后就进行串行口中断申请，中断响应后，进入中断服务程序。&&&&&& 手持抄表器软件设计：&&&&&& 在红外通信过程中，手持抄表器作为主机，是通信的发起者，其发送和接收都是主动的，它的具体工作过程为：不断扫描键盘，若发现有命令键按下，则调用发送子程序发送相应的操作命令，发送结束后即启动接收子程序，以接收电度表回送的信息，然后对接收到的信息进行后续处理。手持抄表器通信程序包括初始化子程序和串行通讯程序，其流程如图4所示。&&&&&& 初始化子程序SP-INIA，主要是对通讯波特率及方式的设置，程序源代码如下：&&&&&& SP_INIA：MOV TMOD，#20H& ；选择定时器T1模式2，计时方式&&&&&& MOV TH1，#0E8H& ；预置时间常数&&&&&& MOV TL1，#0E8H&&&&&&& CLR& ET1&&&&&& ；禁止定时中断&&&&& SETB TR1&&&&&& ；启动计时器&&&&&& MOV PCON，#80H& ；SMOD=1&&&&&& MOV SCON，#0D8H& ；方式3，SM2=0，REN=1，TB8=1&&&&&& SETB EA& ；开总中断&&&&&& SETB ES& ；开串口中断&&&&&& RET&&&&&& 抄表机串行通讯程序略；&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&& 电度表端软件设计：电度表端作为从机，其软件程序包括主程序和中断服务程序，流程图如图5所示；&&&&&& 主程序源代码为：&&&&&& ORG 0023H&&&&&& LJMP SUB_COM ；串口中断服务程序入口&&&&&& ORG 0050H&&&&&& SM_COM：LCALL SP_INIB& ；调串口初始化子程序&&&&&& MOV 08H，#50H ；选工作寄存器区1&&&&&& MOV 09H，#60H&&&&&& SETB EA&& ；开总中断&&&&&& SETB ES&& ；开串口中断&&&&&& LOOP：SJMP $& ；等待中断&&&&&& SP_INIB：MOV TMOD，#20H& ；选择定时器T1模式2，计时方式&&&&&& MOV TH1，#0E8H&&&&&& MOV TL1，#0E8H&&&&&& CLR& ET1&&&&&& SETB TR1&&&&&& MOV PCON，#80H&&&&&& MOV SCON，#0F0H ；方式3，SM2=1，REN=1&&&&&& RET&&&&&& 中断服务程序：限于篇幅，略。&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&& 4．结束语&&&&&& 本文介绍的应用于电度表抄表系统中单片机红外串行通信接口，具有硬件电路简单、成本低廉、编程方便、通信可靠性高的特点。利用手持抄表器可以方便地完成对电度表的抄录和校准等工作，大大提高了抄表工作的效率，而且抄表准确度高并杜绝了估抄和误抄的问题。本文提出的通讯协议能够在多台单片机间安全地传送数据，实现了通信双方非接触式的数据传送，也可用于其他遥控、遥测的单片机应用场合。
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设计应用分类
电源电压监视器当电源电压超过设定的电平时，555电路发生振}