【程序】在AVR單片機中使用printf函數_AVR單片機吧

1樓巨大八爪鱼 2017-3-22 10:11

#include <avr/io.h>
#include <avr/sfr_defs.h>
#include <stdio.h>

// 晶片型號: ATMega16A
// 晶振: 外部11.0592MHz
// 熔絲位配置: CKSEL3~0=1110, CKOPT=0
// 只有使用外部晶振才能保證PC端接收到的內容不亂碼

int fputc(int ch, FILE *fp)
{
   if (fp == stdout)
   {
       if (ch == '\n')
       {
           // 自動添加\r
           UDR = '\r';
           while ((UCSRA & _BV(UDRE)) == 0);
       }
       UDR = ch;
       while ((UCSRA & _BV(UDRE)) == 0);
   }
   return ch;
}

int fgetc(FILE *fp)
{
   if (fp == stdout)
   {
       while ((UCSRA & _BV(RXC)) == 0);
       return UDR;
   }
   return 0;
}

void USART_WriteString(const char *s)
{
   while (*s)
   {
       UDR = *s++;
       while ((UCSRA & _BV(UDRE)) == 0);
   }
}

int main(void)
{
   char str[50];
   //UBRRL = 71; // 波特率: 9600
   UBRRL = 5; // 波特率: 115200
   UCSRB = _BV(RXEN) | _BV(TXEN);

   USART_WriteString("This is a string.\r\n");
   fdevopen((int (*)(char, FILE*))fputc, fgetc); // 進行類型轉換的目的是為了避免警告
   printf("Hello World!\nUBRRL=%d\n", UBRRL);
   while (1)
   {
       gets(str);
       puts(str);
   }
}

2樓巨大八爪鱼 2017-3-23 09:30

這個程序有一個問題，就是如果連續發送多行，那麼接收到的內容從第二行開始就會不完整。例如，發送：
This is a long string.
This is another paragraph.

接收到的卻是：
This is a long string.
Thph.

這是因為串行通信是收發同時進行的，而在上面的程序中卻是先接收(gets)後發送(puts)，這樣當gets獲取完第一行內容後，puts才開始發送，並且發送需要一定的時間。等puts發送完了gets才開始接收，此時單片機端早已發送了很多字符了，中間的內容都沒有收到而溢出（Overrun）了。所以第二行的內容就不完整。

3樓巨大八爪鱼 2017-3-23 09:55

上述問題的解決辦法是，創建一個FIFO緩衝區（隊列），並打開串口接收中斷。每接收到一個字符就放入該緩衝區中，而scanf, gets, fgetc等函數則是從緩衝區中讀取字符，如果沒有字符可讀取就一直阻塞。這樣就能做到收發同時進行，且可以正常使用標準輸入函數。
【改進後的程序】
#include <avr/interrupt.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/sfr_defs.h>
#include <stdio.h>

// 晶片型號: ATMega16A
// 晶振: 外部11.0592MHz
// 熔絲位配置: CKSEL3~0=1110, CKOPT=0
// 只有使用外部晶振才能保證PC端接收到的內容不亂碼

// 隊列結構體
struct fifo
{
    unsigned char buf[128];
    unsigned char front;
    unsigned char rear;
} usartbuf;

#define fifo_init(f) ((f)->front = (f)->rear = 0) // 初始化隊列
#define fifo_empty(f) ((f)->front == (f)->rear) // 隊空判定
#define fifo_full(f) ((f)->front == ((f)->rear + 1) % sizeof((f)->buf)) // 隊滿判定

// 入隊
unsigned char fifo_in(struct fifo *f, unsigned char data)
{
    if (fifo_full(f))
        return 0;
    f->buf[f->rear] = data;
    f->rear = (f->rear + 1) % sizeof(f->buf);
    return 1;
}

// 出隊
unsigned char fifo_out(struct fifo *f, unsigned char *data)
{
    if (fifo_empty(f))
        return 0;
    *data = f->buf[f->front];
    f->front = (f->front + 1) % sizeof(f->buf);
    return 1;
}

int fputc(int ch, FILE *fp)
{
    if (fp == stdout)
    {
        if (ch == '\n')
        {
            // 自動添加\r
            UDR = '\r';
            while ((UCSRA & _BV(UDRE)) == 0);
        }
        UDR = ch;
        while ((UCSRA & _BV(UDRE)) == 0);
    }
    return ch;
}

int fgetc(FILE *fp)
{
    unsigned char value = 0;
    if (fp == stdout)
        while (!fifo_out(&usartbuf, &value));
    return value;
}

int main(void)
{
    char str[101]; // 假定每一行最長不超過100個字符
    //UBRRL = 71; // 波特率: 9600
    UBRRL = 5; // 波特率: 115200
    UCSRB = _BV(RXEN) | _BV(TXEN) | _BV(RXCIE); // 開接收中斷
    sei(); // 開總中斷

    fdevopen((int (*)(char, FILE*))fputc, fgetc);
    while (1)
    {
        gets(str);
        puts(str);
    }
}

// 串口接收中斷
ISR(USARTRXC_vect)
{
    fifo_in(&usartbuf, UDR);
}

4樓巨大八爪鱼 2017-3-23 09:58

在main函數中最好先將front和rear的值清零：
int main(void)
{
    char str[101]; // 假定每一行最長不超過100個字符
    //UBRRL = 71; // 波特率: 9600
    UBRRL = 5; // 波特率: 115200
    UCSRB = _BV(RXEN) | _BV(TXEN) | _BV(RXCIE); // 開接收中斷
    sei(); // 開總中斷

    fifo_init(&usartbuf); // 將front和rear清零
    fdevopen((int (*)(char, FILE*))fputc, fgetc);
    while (1)
    {
        gets(str);
        puts(str);
    }
}

6樓巨大八爪鱼 2017-3-23 18:02

如果接收到的內容出現亂碼或字符丟失的現象，說明FIFO緩衝區的大小不夠，擴大緩衝區就行了：
struct fifo
{
unsigned char buf[512]; // 緩衝區的大小
unsigned int front, rear; // 這兩個變量要改用int類型
} usartbuf;

7樓巨大八爪鱼 2017-3-23 18:06

串口大師這個軟體本身可能有問題，發送同樣的內容，另一個串口調試工具就沒有出現亂碼。

8樓巨大八爪鱼 2017-3-23 18:22

回復6樓 @巨大八爪鱼的內容：

如果接收到的內容出現亂碼或字符丟失的現象，說明FIFO緩衝區的大小不夠，擴大緩衝區就行了：
struct fifo
{
unsigned...

同時還應該注意擴大main函數中str數組的大小。

9樓巨大八爪鱼 2017-3-23 18:24

在C程序里直接執行printf("// 只有使用外部晶振才能保證PC端接收到的內容不亂碼");（沒有換行符），串口大師接收到的內容都會亂碼。。。


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	1樓巨大八爪鱼 2017-3-22 10:11 #include <avr/io.h> #include <avr/sfr_defs.h> #include <stdio.h> // 晶片型號: ATMega16A // 晶振: 外部11.0592MHz // 熔絲位配置: CKSEL3~0=1110, CKOPT=0 // 只有使用外部晶振才能保證PC端接收到的內容不亂碼 int fputc(int ch, FILE fp) { if (fp == stdout) { if (ch == '\n') { // 自動添加\r UDR = '\r'; while ((UCSRA & _BV(UDRE)) == 0); } UDR = ch; while ((UCSRA & _BV(UDRE)) == 0); } return ch; } int fgetc(FILE fp) { if (fp == stdout) { while ((UCSRA & _BV(RXC)) == 0); return UDR; } return 0; } void USART_WriteString(const char s) { while (s) { UDR = s++; while ((UCSRA & _BV(UDRE)) == 0); } } int main(void) { char str[50]; //UBRRL = 71; // 波特率: 9600 UBRRL = 5; // 波特率: 115200 UCSRB = _BV(RXEN) \| _BV(TXEN); USART_WriteString("This is a string.\r\n"); fdevopen((int ()(char, FILE*))fputc, fgetc); // 進行類型轉換的目的是為了避免警告 printf("Hello World!\nUBRRL=%d\n", UBRRL); while (1) { gets(str); puts(str); } }
	2樓巨大八爪鱼 2017-3-23 09:30 這個程序有一個問題，就是如果連續發送多行，那麼接收到的內容從第二行開始就會不完整。例如，發送： This is a long string. This is another paragraph. 接收到的卻是： This is a long string. Thph. 這是因為串行通信是收發同時進行的，而在上面的程序中卻是先接收(gets)後發送(puts)，這樣當gets獲取完第一行內容後，puts才開始發送，並且發送需要一定的時間。等puts發送完了gets才開始接收，此時單片機端早已發送了很多字符了，中間的內容都沒有收到而溢出（Overrun）了。所以第二行的內容就不完整。
	3樓巨大八爪鱼 2017-3-23 09:55 上述問題的解決辦法是，創建一個FIFO緩衝區（隊列），並打開串口接收中斷。每接收到一個字符就放入該緩衝區中，而scanf, gets, fgetc等函數則是從緩衝區中讀取字符，如果沒有字符可讀取就一直阻塞。這樣就能做到收發同時進行，且可以正常使用標準輸入函數。【改進後的程序】 #include <avr/interrupt.h> #include <avr/io.h> #include <avr/sfr_defs.h> #include <stdio.h> // 晶片型號: ATMega16A // 晶振: 外部11.0592MHz // 熔絲位配置: CKSEL3~0=1110, CKOPT=0 // 只有使用外部晶振才能保證PC端接收到的內容不亂碼 // 隊列結構體 struct fifo { unsigned char buf[128]; unsigned char front; unsigned char rear; } usartbuf; #define fifo_init(f) ((f)->front = (f)->rear = 0) // 初始化隊列 #define fifo_empty(f) ((f)->front == (f)->rear) // 隊空判定 #define fifo_full(f) ((f)->front == ((f)->rear + 1) % sizeof((f)->buf)) // 隊滿判定 // 入隊 unsigned char fifo_in(struct fifo f, unsigned char data) { if (fifo_full(f)) return 0; f->buf[f->rear] = data; f->rear = (f->rear + 1) % sizeof(f->buf); return 1; } // 出隊 unsigned char fifo_out(struct fifo f, unsigned char data) { if (fifo_empty(f)) return 0; data = f->buf[f->front]; f->front = (f->front + 1) % sizeof(f->buf); return 1; } int fputc(int ch, FILE fp) { if (fp == stdout) { if (ch == '\n') { // 自動添加\r UDR = '\r'; while ((UCSRA & _BV(UDRE)) == 0); } UDR = ch; while ((UCSRA & _BV(UDRE)) == 0); } return ch; } int fgetc(FILE fp) { unsigned char value = 0; if (fp == stdout) while (!fifo_out(&usartbuf, &value)); return value; } int main(void) { char str[101]; // 假定每一行最長不超過100個字符 //UBRRL = 71; // 波特率: 9600 UBRRL = 5; // 波特率: 115200 UCSRB = _BV(RXEN) \| _BV(TXEN) \| _BV(RXCIE); // 開接收中斷 sei(); // 開總中斷 fdevopen((int ()(char, FILE))fputc, fgetc); while (1) { gets(str); puts(str); } } // 串口接收中斷 ISR(USARTRXC_vect) { fifo_in(&usartbuf, UDR); }
	4樓巨大八爪鱼 2017-3-23 09:58 在main函數中最好先將front和rear的值清零： int main(void) { char str[101]; // 假定每一行最長不超過100個字符 //UBRRL = 71; // 波特率: 9600 UBRRL = 5; // 波特率: 115200 UCSRB = _BV(RXEN) \| _BV(TXEN) \| _BV(RXCIE); // 開接收中斷 sei(); // 開總中斷 fifo_init(&usartbuf); // 將front和rear清零 fdevopen((int ()(char, FILE))fputc, fgetc); while (1) { gets(str); puts(str); } }
	6樓巨大八爪鱼 2017-3-23 18:02 如果接收到的內容出現亂碼或字符丟失的現象，說明FIFO緩衝區的大小不夠，擴大緩衝區就行了： struct fifo { unsigned char buf[512]; // 緩衝區的大小 unsigned int front, rear; // 這兩個變量要改用int類型 } usartbuf;
	7樓巨大八爪鱼 2017-3-23 18:06 串口大師這個軟體本身可能有問題，發送同樣的內容，另一個串口調試工具就沒有出現亂碼。
	8樓巨大八爪鱼 2017-3-23 18:22 回復6樓 @巨大八爪鱼的內容：如果接收到的內容出現亂碼或字符丟失的現象，說明FIFO緩衝區的大小不夠，擴大緩衝區就行了： struct fifo { unsigned... 同時還應該注意擴大main函數中str數組的大小。
	9樓巨大八爪鱼 2017-3-23 18:24 在C程序里直接執行printf("// 只有使用外部晶振才能保證PC端接收到的內容不亂碼");（沒有換行符），串口大師接收到的內容都會亂碼。。。

【程序】在AVR單片機中使用printf函數

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