串口通信原理和控制程序

出处:21ic 发布于:2018-09-04 15:07:22

  本节所提供程序的功能是,通过电脑串口调试助手下发三个不同的命令,条指令:buzz on 可以让蜂鸣器响;第二条指令:buzz off 可以让蜂鸣器不响;第三条指令:showstr ,这个命令空格后边,可以添加任何字符串,让后边的字符串在 1602 液晶上显示出来,同时不管发送什么命令,单片机收到后把命令原封不动的再通过串口发送给电脑,以表示“我收到了??你可以检查下对不对”。这样的感觉是不是更像是一个小项目了呢?
  对于串口通信部分来说,单片机给电脑发字符串好说,有多大的数组,我们就发送多少个字节即可,但是单片机接收数据,接收多少个才应该是一帧完整的数据呢?数据接收起始头在哪里,结束在哪里?这些我们在接收到数据前都是无从得知的。那怎么办呢?
  我们的编程思路基于这样一种通常的事实:当需要发送一帧(多个字节)数据时,这些数据都是连续不断的发送的,即发送完一个字节后会紧接着发送下一个字节,期间没有间隔或间隔很短,而当这一帧数据都发送完毕后,就会间隔很长一段时间(相对于连续发送时的间隔来讲)不再发送数据,也就是通信总线上会空闲一段较长的时间。于是我们就建立这样一种程序机制:设置一个软件的总线空闲定时器,这个定时器在有数据传输时(从单片机接收角度来说就是接收到数据时)清零,而在总线空闲时(也就是没有接收到数据时)时累加,当它累加到一定时间(例程里是 30ms)后,我们就可以认定一帧完整的数据已经传输完毕了,于是告诉其它程序可以来处理数据了,本次的数据处理完后就恢复到初始状态,再准备下的接收。那么这个用于判定一帧结束的空闲时间取多少合适呢?它取决于多个条件,并没有一个固定值,我们这里介绍几个需要考虑的原则:,这个时间必须大于波特率周期,很明显我们的单片机接收中断产生是在一个字节接收完毕后,也就是一个时刻点,而其接收过程我们的程序是无从知晓的,因此在至少一个波特率周期内你绝不能认为空闲已经时间达到了。第二,要考虑发送方的系统延时,因为不是所有的发送方都能让数据严格无间隔的发送,因为软件响应、关中断、系统临界区等等操作都会引起延时,所以还得再附加几个到十几个 ms 的时间。我们选取的 30ms 是一个折中的经验值,它能适应大部分的波特率(大于1200)和大部分的系统延时(PC 机或其它单片机系统)情况。
  我先把这个程序重要的 UART.c 文件中的程序贴出来,一点点给大家解析,这个是实际项目开发常用的用法,大家一定要认真弄明白。
  /*****************************Uart.c 文件程序源代码*****************************/
  #include
  bit flagFrame = 0; //帧接收完成标志,即接收到一帧新数据
  bit flagTxd = 0; //单字节发送完成标志,用来替代 TXD 中断标志位
  unsigned char cntRxd = 0; //接收字节计数器
  unsigned char pdata bufRxd[64]; //接收字节缓冲区
  extern void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len);
  /* 串口配置函数,baud-通信波特率 */
  void ConfigUART(unsigned int baud){
  SCON = 0x50; //配置串口为模式 1
  TMOD &= 0x0F; //清零 T1 的控制位
  TMOD |= 0x20; //配置 T1 为模式 2
  TH1 = 256 - (11059200/12/32)/baud; //计算 T1 重载值
  TL1 = TH1; //初值等于重载值
  ET1 = 0; //禁止 T1 中断
  ES = 1; //使能串口中断
  TR1 = 1; //启动 T1
  }
  /* 串口数据写入,即串口发送函数,buf-待发送数据的指针,len-指定的发送长度 */
  void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len){
  while (len--){ //循环发送所有字节
  flagTxd = 0; //清零发送标志
  SBUF = *buf++; //发送一个字节数据
  while (!flagTxd); //等待该字节发送完成
  }
  }
  /* 串口数据读取函数,buf-接收指针,len-指定的读取长度,返回值-实际读到的长度 */
  unsigned char UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len){
  unsigned char i;
  //指定读取长度大于实际接收到的数据长度时,
  //读取长度设置为实际接收到的数据长度
  if (len > cntRxd){
  len = cntRxd;
  }
  for (i=0; i
  *buf++ = bufRxd[i];
  }
  cntRxd = 0; //接收计数器清零
  return len; //返回实际读取长度
  }
  /* 串口接收监控,由空闲时间判定帧结束,需在定时中断中调用,ms-定时间隔 */
  void UartRxMonitor(unsigned char ms){
  static unsigned char cntbkp = 0;
  static unsigned char idletmr = 0;
  if (cntRxd > 0){ //接收计数器大于零时,监控总线空闲时间
  if (cntbkp != cntRxd){ //接收计数器改变,即刚接收到数据时,清零空闲计时
  cntbkp = cntRxd;
  idletmr = 0;
  }else{ //接收计数器未改变,即总线空闲时,累积空闲时间
  if (idletmr < 30){ //空闲计时小于 30ms 时,持续累加
  idletmr += ms;
  if (idletmr >= 30){ //空闲时间达到 30ms 时,即判定为一帧接收完毕
  flagFrame = 1; //设置帧接收完成标志
  }
  }
  }
  }else{
  cntbkp = 0;
  }
  }
  /* 串口驱动函数,监测数据帧的接收,调度功能函数,需在主循环中调用 */
  void UartDriver(){
  unsigned char len;
  unsigned char pdata buf[40];
  if (flagFrame){ //有命令到达时,读取处理该命令
  flagFrame = 0;
  len = UartRead(buf, sizeof(buf)); //将接收到的命令读取到缓冲区中
  UartAction(buf, len); //传递数据帧,调用动作执行函数
  }
  }
  /* 串口中断服务函数 */
  void InterruptUART() interrupt 4{
  if (RI){ //接收到新字节
  RI = 0; //清零接收中断标志位
  //接收缓冲区尚未用完时,保存接收字节,并递增计数器
  if (cntRxd < sizeof(bufRxd)){{
  bufRxd[cntRxd++] = SBUF;
  }
  }
  if (TI){ //字节发送完毕
  TI = 0; //清零发送中断标志位
  flagTxd = 1; //设置字节发送完成标志
  }
  }
  大家可以对照注释和前面的讲解分析下这个 Uart.c 文件,在这里指出其中的两个要点希望大家多注意下。
  1、接收数据的处理,在串口中断中,将接收到的字节都存入缓冲区 bufRxd 中,同时利用另外的定时器中断通过间隔调用 UartRxMonitor 来监控一帧数据是否接收完毕,判定的原则就是我们前面介绍的空闲时间,当判定一帧数据结束完毕时,设置 flagFrame 标志,主循环中可以通过调用 UartDriver 来检测该标志,并处理接收到的数据。当要处理接收到的数据时,先通过串口读取函数 UartRead 把接收缓冲区 bufRxd 中的数据读取出来,然后再对读到的数据进行判断处理。也许你会说,既然数据都已经接收到 bufRxd 中了,那我直接在这里面用不就行了嘛,何必还得再拷贝到另一个地方去呢?我们设计这种双缓冲的机制,主要是为了提高串口接收到响应效率:首先如果你在 bufRxd 中处理数据,那么这时侯就不能再接收任何数据,因为新接收的数据会破坏原来的数据,造成其不完整和混乱;其次,这个处理过程可能会耗费较长的时间,比如说上位机现在就给你发来一个延时显示的命令,那么在这个延时的过程中你都无法去接收新的命令,在上位机看来就是你暂时失去响应了。而使用这种双缓冲机制就可以大大改善这个问题,因为数据拷贝所需的时间是相当短的,而只要拷贝出去后,bufRxd 就可以马上准备去接收新数据了。
  2、串口数据写入函数 UartWrite,它把数据指针 buf 指向的数据块连续的由串口发送出去。虽然我们的串口程序启用了中断,但这里的发送功能却没有在中断中完成,而是仍然靠查询发送中断标志 flagTxd(因中断函数内必须清零 TI,否则中断会重复进入执行,所以另置了一个 flagTxd 来代替 TI)来完成,当然也可以采用先把发送数据拷贝到一个缓冲区中,
关键词:串口通信

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