如何修复Particle与ATMEGA8535之间的UART通信异常问题

问题背景 #

硬件连接：ATMEGA8535的RX、TX引脚通过双向逻辑电平转换器连接到Particle对应引脚，防止Particle被损坏。

异常现象 #

发送整数序列0、1、2、3……时，Particle初始能正确解析，但出现如下跳变：

• 计数到31后，下一个接收值变为0
• 第二个0之后计数到63，跳变为32
• 计数到95时跳变为64，127时跳变为96

两端代码 #

Particle端代码 #

void setup() {
  // Start the serial connection
  Serial1.begin(9600);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  if (Serial1.available()) {
    // Reading the received byte and publishing it to the particle cloud
    int in = Serial1.read();
    Particle.publish("test", String(in));
  }
}

ATMEGA8535端代码 #

#define F_CPU 1000720UL //CPU frequency

#include <xc.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <util/delay.h>

#define BAUD 9600 // baud
#define BRC ((F_CPU/16/BAUD) - 1)

int main(void) {
    
    /* Set baud rate */
    UBRRH = (BRC >> 8);
    UBRRL =  BRC;
    
    /* Enable receiver and transmitter and Set frame format: 9data, 2stop bit */
    UCSRB = (1<<RXEN)|(1<<TXEN)|(1<<UCSZ2);
    UCSRC = (1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0)|(1<<URSEL)|(1<<USBS);
    
    // The counter variable
    int i = 0;
    
    while(1){
        // Setting the UART data register to send the counter and incrementing the counter
        UDR = i;
        i++; 
        
        _delay_ms(400);
    }
}

已排查操作 #

• 示波器检测显示，跳变时ATMEGA发送的信号规律正常
• 修改帧格式：使用少于9位数据时异常更严重（8位数据时从128开始计数），停止位数量对异常无明显影响
• ATMEGA未连接晶振，通过_delay_ms()调整时钟频率

问题原因 #

ATMEGA配置了9位数据位（UCSRB的UCSZ2置1，UCSRC的UCSZ1和UCSZ0置1，对应9位数据帧），但Particle的Serial1.begin(9600)默认使用8位数据位，两端帧格式不匹配，导致高比特位被丢弃或解析错误，出现数值跳变。

解决方案 #

方案1：修改ATMEGA为8位数据位 #

调整ATMEGA的UART配置代码，去掉9位数据位的设置：

// 原UART配置代码
UCSRB = (1<<RXEN)|(1<<TXEN)|(1<<UCSZ2);
UCSRC = (1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0)|(1<<URSEL)|(1<<USBS);

// 修改为8位数据位、2停止位（保持停止位一致）
UCSRB = (1<<RXEN)|(1<<TXEN); // 移除UCSZ2位
UCSRC = (1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0)|(1<<URSEL)|(1<<USBS);

方案2：修改Particle为9位数据位 #

在Particle端初始化Serial1时指定9位数据位（Particle的Serial支持Serial1.begin(baud, config)格式）：

void setup() {
  // 配置9位数据位、2停止位、无校验，与ATMEGA匹配
  Serial1.begin(9600, SERIAL_9N2);
}

注意：优先选择方案1，因为8位数据位是UART通用格式，兼容性更好；若必须使用9位数据位，再选择方案2。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者M_Kotamech