avr atmega16 单片机通用同步和异步串行接收器和转发器 (USART)
是一个高度灵活的串行通讯设备，其工作模式及其初始化，寄存器说明如下
*****************************USART 控制和状态寄存器A（UCSRA）********************************
USART 控制和状态寄存器A（UCSRA）
bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0
RXC TXC UDRE FE DOR PE U2X MPCM
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
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0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
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。
***************************USART控制和状态寄存器 B（UCSRB）*******************
USART控制和状态寄存器 B（UCSRB）
bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0
RXCIE TXCIE UDRIE RXEN TXEN UCSZ2 RXB8 TXB8
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。
****************************状态寄存器 C（UCSRC）*****************************
状态寄存器 C（UCSRC）
bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0
URSEL UMSEL UPM1 UPM0 USBS UCSZ1 UCSZ0 UCPOL
UCSRC寄存器与UBRRH寄存器共用相同的I/O地址。对该寄存器的访问。
URSEL: 寄存器选择
通过该位选择访问UCSRC寄存器或UBRRH寄存器。 当读UCSRC时，该位为1 ；当写UCSRC
时，URSEL为1。 URSEL 为 0 ，对UBRRH 值更新； 若 URSEL 为 1 ，对UCSRC 设置更新
UMSEL: USART 模式选择
通过这一位来选择同步或异步工作模式。
UMSEL设置
UMSEL 模式
0 异步操作
1 同步操作
UPM1:0: 奇偶校验模式
这两位设置奇偶校验的模式并使能奇偶校验。如果使能了奇偶校验，那么在发送数
据，发送器都会自动产生并发送奇偶校验位。对每一个接收到的数据，接收器都会
产生一奇偶值，并与UPM0 所设置的值进行比较。如果不匹配，那么就将UCSRA 中
的PE 置位。
UPM 设置
UPM1 UPM0 奇偶模式
0 0 禁止
0 1 保留
1 0 偶校验
1 1 奇校验
USBS: 停止位选择
通过这一位可以设置停止位的位数。接收器忽略这一位的设置。
USBS 设置
USBS 停止位位数
0 1
1 2
UCSZ1:0: 字符长度
UCSZ1:0与UCSRB寄存器的 UCSZ2结合在一起可以设置数据帧包含的数据位数(字
符长度)。
UCSZ 设置
UCSZ2 UCSZ1 UCSZ0 字符长度
0 0 0 5
0 0 1 6
0 1 0 7
0 1 1 8
1 0 0 保留
1 0 1 保留
1 1 0 保留
1 1 1 9
UCPOL: 时钟极性
这一位仅用于同步工作模式。使用异步模式时，将这一位清零。UCPOL 设置了输出
数据的改变和输入数据采样，以及同步时钟XCK 之间的关系。
UCPOL 设置
UCPOL 发送数据的改变(TxD引脚的输出) 接收数据的采样(RxD 引脚的输入)
0 XCK上升沿XCK 下降沿
1 XCK 下降沿XCK 上升沿
*********************************USART波特率寄存器（UBRRL和UBRRH）*************************
USART波特率寄存器（UBRRL和UBRRH）
bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8
URSEL – – – UBRR[11:8]
UBRR[7:0]
UCSRC寄存器与UBRRH寄存器共用相同的I/O地址。对该寄存器的访问。
URSEL: 寄存器选择
通过该位选择访问UCSRC 寄存器或UBRRH 寄存器。当读UBRRH时，该位为0；当写
UBRRH时， URSEL为0。
Bit 14:12 – 保留位
这些位是为以后的使用而保留的。为了与以后的器件兼容，写UBRRH时将这些位清零。
UBRR11:0: USART 波特率寄存器
这个12位的寄存器包含了USART的波特率信息。其中UBRRH包含了USART波特率高4
位，UBRRL包含了低8位。波特率的改变将造成正在进行的数据传输受到破坏。写UBRRL
将立即更新波特率分频器。
波特率定义为每秒的位传输速度 (bps)
BAUD 波特率 ( bps)
fOSC 系统时钟频率
UBRR UBRRH 与 UBRRL 的数值 (0-4095)
异步正常模式 (U2X = 0)
FOSC FOSC
BAUD = -------------- UBRR = ------------ -1
16( UBRR+ 1) 16BAUD
异步倍速模式 (U2X = 1)
fOSC fOSC
BAUD = -------------- UBRR = ------------ -1
8(UBRR+ 1) 8BAUD
同步主机模式
fOSC fOSC
BAUD = --------------- UBRR = ------------ -1
2(UBRR+ 1) 2BAUD
程序例子：
#include<iom16v.h>
#include<macros.h>
#pragma interrupt_handler UDR_empty:iv_USART_UDRE
#pragma interrupt_handler RXC_END:iv_USART_DRE
#pragma interrupt_handler TXC_END:iv_USART_TX
unsigned char UASART_DATA=0;
void USART_Init( unsigned int baud，unsigned char digit,unsigned char mode,unsigned char checkout)//详细初始化模式
{
SREG&=0x7F;
UCSRC&=~(1<<URSEL);//写UBRRH
/* 设置波特率 */
UBRRH = (unsigned char)(baud>>8);
UBRRL = (unsigned char)baud;
/* 接收器与发送器使能 */
UCSRB = (1<<RXEN)|(1<<TXEN);
/*UDR数据寄存器为空时中断使能 */
UCSRB = (1<<UDRIE);//最好不用。根据需要打开此中断使能
switch(mode)//异同模式选择
{
case 0:UCSRB&=~(1<<UMSEL);break;//异步模式
case 1:UCSRB|=1<<UMSEL;break;//同步模式
default :UCSRB&=~(1<<UMSEL);break;
}
UCSRC|=1<<URSEL;//写UCSRC。
/* 如果发送9位数据的数据帧(UCSZ = 7), 应先将数据的第9位写入寄存器UCSRB的TXB8, 然后再将低8位数据写入发送数据寄存器UDR, */
switch(digit)//// 设置帧格式 : digit数据位5-9,
{
case 5:UCSRB&=~(1<<UCSZ2);UCSRC&=~(3<<UCSZ0);break;
case 6:UCSRB&=~(1<<UCSZ2);UCSRC&=~(1<<UCSZ1);UCSRC|=1<<UCSZ0;break;
case 7:UCSRB&=~(1<<UCSZ2);UCSRC|=1<<UCSZ1;UCSRC&=~(1<<UCSZ0);break;
case 8:UCSRB&=~(1<<UCSZ2);UCSRC|=3<<UCSZ0;break;
case 9:UCSRB|=1<<UCSZ2;UCSRC|=3<<UCSZ0;break;
default:UCSRB&=~(1<<UCSZ2);UCSRC|=(3<<UCSZ0);break;
}
switch(checkout)//checkout校验模式
{
case 0:UCSRC&=~(1<<UPM1);UCSRC&=~(1<<UPM0);break;//禁止校验。
case 2:UCSRC|=1<<UPM1;UCSRC&=~(1<<UPM0);break;//偶校验
case 3:UCSRC|=(3<<UPM0);break;//奇校验
default:UCSRC&=~(1<<UPM1);UCSRC&=~(1<<UPM0);break;
}
UCSRC|=1<<USBS;//2个停止位
//UCSRC&=~(1<<USBS);//1个停止位
UCSRC&=~(1<<UCPOL); //时钟极性设置
//***************
//UCSRA|=1<<U2X;//打开此行倍速模式
//UCSRA|=1<<MPCM;//打开此行，是多处理器通信模式
SREG|=0x80;//使能全局中断
}
/************UBRR的baud设置参数表*****************************/
//U2X=0;8mhz晶振9600：UBRR=51;误差：0.2%。4800：UBRR=103;误差：0.2%.2400：UBRR=207;误差：0.2%
//U2X=1;8mhz晶振9600：UBRR=103;误差：0.2%。4800：UBRR=207;误差：0.2%.2400：UBRR=416;误差：-0.1%
//U2X=0;11.0592mhz晶振9600：UBRR=71;误差：0.0%。4800：UBRR=143;误差：0.0%.2400：UBRR=287;误差：0.0%
//U2X=1;11.0592mhz晶振9600：UBRR=143;误差：0.0%。4800：UBRR=287;误差：0.0%.2400：UBRR=575;误差：0.0%
void USART_Init_commonage(unsigned int baud)//通用初始化
{
/* 设置波特率 */
SREG&=0x7F;
UBRRH = (unsigned char)(baud>>8);
UBRRL = (unsigned char)baud;
/* 接收器与发送器使能 数据寄存器空使能禁止*/
UCSRB = (1<<RXEN)|(1<<TXEN)|(1<<RXCIE)|(1<<TXCIE);
/* 设置帧格式 : 8个数据位 , 2个停止位 ，禁止校验，XCK上升沿发送数据下降沿接收数据，异步模式*/
UCSRC = (1<<URSEL)|(1<<USBS)|(3<<UCSZ0);
//UCSRA=0;单机处理模式。中断标志清零，波特率的普通模式（非加倍，倍速模式）
SREG|=0x80;//使能全局中断
}
/*
USART数据寄存器空标志UDRE及传输结束标志TXC,两个标志位都可以产生中断。
*/
void UDR_empty()
//使能要求：全局中断使能，数据寄存器空中断使能位 UDRIE置位。 UDRE 被置位（自动）。
//对寄存器 UDR 执行写操作将清零 UDRE
{
unsigned char data;
UDR = data;
//add your code here
}
void TXC_END()
{
UDR =UASART_DATA;
//add your code here
}
void RXC_END()
{
UASART_DATA=UDR;
//add your code here
}
void USART_Transmit5_8( unsigned char data )//对 UDRE标志采用轮询方式发送数据(发送5-8位数据)
{
/* 等待发送缓冲器为空 */
while ( !( UCSRA & (1<<UDRE)) ) ;
/* 将数据放入缓冲器，发送数据 */
UDR = data;
}
void USART_Transmit_9( unsigned int data )//用查询法发送9位数据的数据帧
{
/* 等待发送缓冲器为空 */
while ( !( UCSRA & (1<<UDRE))) ;
/* 将第 9 位复制到 TXB8 */
UCSRB &= ~(1<<TXB8);
if ( data & 0x0100 )
UCSRB |= (1<<TXB8);
/* 将数据放入缓冲器，发送数据 */
UDR = data;
}
unsigned char USART_Receive5_8( void )//用查询RXC接受5-8位的数据
{
/*等待接收数据*/
while ( !(UCSRA & (1<<RXC)) );
/* 从缓冲器获得数据并返回数据*/
return UDR;
}
unsigned int USART_Receive_9( void )//接受9位的数据帧
{
unsigned char status, resh, resl;
/*等待接收数据 */
while ( !(UCSRA & (1<<RXC)) );
/*从缓冲器获得状态及其第九位数据*/
/* from buffer */
status = UCSRA;
resh = UCSRB;
resl = UDR;
/* 如果出错返回*/
if ( status & (1<<FE)|(1<<DOR)|(1<<PE) )
return 255;
/* 过滤第九位数据然后返回*/
resh = (resh >> 1) & 0x01;
return ((resh << 8) | resl);
}
/*
禁止接收器时缓冲器 FIFO 被刷新，缓冲器被清空。导致未读出的数据丢失。如果由于出错而必须在正常操作下刷新缓冲器?
则需要一直读取 UDR 直到 RXC 标志清零。
*/
void USART_Flush( void )
{
unsigned char dummy;
while ( UCSRA & (1<<RXC) ) dummy = UDR;
}