本文隸屬於<a href="https://www.cnblogs.com/jerry-fuyi/p/avr_tutorial.html" target="_blank">AVR單片機教程</a>系列。
到目前爲止，我們的開發板只能處理很小量的數據：讀取幾個引腳電平，輸出幾個LED，頂多用數碼管顯示一個兩位數字。至於輸入一個指令、輸出一條調試信息，甚至用scanf和printf來輸入輸出，在已經接觸過的這些器件上是難以想象的。而本講“串口發送”與下一講“串口接收”，將打開這一扇大門。
硬件
本講的主題是UART（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter，通用異步收發器），俗稱串口。實際上串口是串行接口的統稱，在單片機領域通常指UART。“串行”的意思是每次傳輸一個bit，而一個字節的數據被拆成8個bit傳輸；相比之下並行總線可以一次傳輸一個或多個字節（這並不意味着並行總線一定優於串行總線）。
AVR單片機提供的硬件組件不是UART，而是USART（S代表Synchronous，同步的），相比UART額外支持同步通信。所謂“同步”是指收發雙方通過時鐘同步，“異步”是指沒有時鐘來同步，但實際上雙方還是由一些特殊信號同步的。
數據在UART總線上以“幀（frame）”爲單位發送，如下圖所示，帶有方括號的位是可選的。
一幀包含一個起始位、5~9個數據位（常用8位；很多設備不支持9位）、可選的一個校驗位（偶校驗或奇校驗，即所有數據位與0或1的異或結果）與1或2個終止位。起始位與終止位統稱爲同步位，用於在異步總線上起到同步的作用，這樣接收方纔能知道一幀何時開始。
波特率的定義是信息在通信信道上傳輸的速率。假如信號線上的波形允許1秒有9600個方框（方框表示高電平或低電平，實際電平是其中一個），那麼波特率就是9600。常用的波特率有9600與115200（打開Serial Port Utility或類似軟件，可選的波特率都是常用的）。
在開始通信之前，收發雙方必須約定好波特率與幀格式。uart_init函數的配置是波特率38400，8數據位，偶校驗，1停止位。相應地在電腦的串口調試軟件中也要這樣配置。
開發板的TX引腳發送數據，RX引腳接收數據。爲了使開發板與電腦能通過UART通信，電腦上需要插一個USB轉串口的工具。用杜邦線把開發板與工具的TX與RX引腳交叉連接。本講只涉及串口發送，所以只連接開發板的TX與串口工具的RX就可以了。在串口調試軟件中打開端口，就可以通信了。
軟件
由於printf是變參函數，不是很安全（如果格式串和參數對應錯，程序可能直接跑飛），我傾向於使用類型安全的函數，即函數通過C的句法知道實參類型（寫錯就編譯錯誤，而不是通過編譯器無法檢測的格式串）。不過，avr-gcc的<stdio.h>中還是提供了printf等函數，你可以<a href="https://www.nongnu.org/avr-libc/user-manual/group__avr__stdio.html" target="_blank">瞭解一下</a>。
庫中提供的發送函數都是同步阻塞的，即等待硬件組件把數據全部發送完，函數才返回。這裏的“同步”與剛纔的“異步總線”所指是不同的。關於“同步”與“異步”、“阻塞”與“非阻塞”的概念，可以參考：<a href="https://www.zhihu.com/question/19732473" target="_blank">怎樣理解阻塞非阻塞與同步異步的區別？</a>
不難計算，總線發送一個字節的時間是幾千個CPU週期，CPU會浪費大量時間在無用的等待上。這個問題直到我們講到中斷纔會解決（也許我會把它封裝起來放進庫）。
實例
我們來寫一個用串口發送按鍵與撥動開關信息的程序。如果你會相關的C#編程，就可以讓電腦響應按鍵事件。
#include <ee1/delay.h>
#include <ee1/button.h>
#include <ee1/switch.h>
#include <ee1/uart.h>
int main(void)
{
button_init(PIN_6, PIN_7);
switch_init(PIN_4, PIN_5);
uart_init(UART_TX);
uart_print_string("start\n");
while (1)
{
for (uint8_t i = 0; i != BUTTON_COUNT; ++i)
if (button_pressed(i))
{
uart_print_string("button ");
uart_print_int(i);
uart_print_string("\n");
}
for (uint8_t i = 0; i != SWITCH_COUNT; ++i)
if (switch_changed(i))
{
uart_print_string("switch ");
uart_print_int(i);
uart_print_string(switch_status(i) ? " on\n" : " off\n");
}
delay(1);
}
}
程序首先將UART初始化爲發送模式（UART_TX），然後打印"start"。在間隔一毫秒的循環中（實際上串口發送的時間遠長於一毫秒，因爲是阻塞的），程序檢測每一個按鍵與開關的動作，如果有則發送相應數據。
用printf一行就能解決的操作這裏需要三行才能完成，這就是權衡吧。
作業
-
基於
uart_print_char，實現my_print_int函數，在串口上打印一個int類型整數（在avr-gcc中，int類型默認是16位寬度；注意負號和0；你可以瞭解一下<a href="https://www.nongnu.org/avr-libc/user-manual/group__avr__stdlib.html#gaa571de9e773dde59b0550a5ca4bd2f00" target="_blank">itoa</a>，儘管它是非標準的）。 -
將旋轉編碼器的數據通過串口傳輸給電腦。將原始數據（
pin_read或rotary_status）與處理後的數據（rotary_rotated）一同打印，你可以更直觀地感受數據處理的過程。