蓝桥杯之单片机设计与开发（14）——串口通信机制（基于帧数据）

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-03-18 02:12 150阅读 0赞

对于串口通信部分来说，单片机给计算机发送字符串好说，有多大的数组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？数据接收的起点在哪里，结束在哪里？

我们编程的思路就是这样：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，再准备下一次的接收。

那么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：第一，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。

下面我将uart.c中的程序贴出来，可以参考一下思路。

/*******************************************************************************
    * 文件名：uart.c
    * 描  述：UART程序
    * 作  者：小默haa
    * 版本号：v1.0.0
    * 日  期: 2019年2月18日
    * 备  注：
    *         
    *******************************************************************************/
    #include "sys.h"
    
    uint8 cntRxd = 0;				//接收字节计数器
    uint8 bufRxd[64];				//接收字节缓冲区
    bit flagTxd = 0;			//单字节发送完成标志，用来替代TXD中断标志位
    bit flagFrame = 0;		//帧接收完成标志，即接收道一帧新数据
    
    /*******************************************************************************
    * 函数名	：UartInit
    * 输入值	：uint16 baud
    * 返回值	：none
    * 作者		：小默haa
    * 时间		：2019年2月18日
    * 功能描述：设置波特率
    * 备注		：
    *******************************************************************************/
    void UartInit(uint16 baud)
    {
      PCON &= 0x7F; 	//波特率不倍速
      SCON = 0x50;  	//8位数据,可变波特率
      AUXR &= 0xBF; 	//定时器1时钟为FOSC/12,即12T
      AUXR &= 0xFE; 	//串口1选择定时器1为波特率发生器
      TMOD &= 0x0F; 	//清除定时器1模式位
      TMOD |= 0x20;   //设定定时器1为8位自动重装方式
      TL1 = 256 - (FOSC / 12 / 32) / baud;     //设定定时初值
      TH1 = TL1;     	//设定定时器重装值
      ET1 = 0;        //禁止定时器1中断
      TR1 = 1;        //启动定时器1
    	ES = 1;					//使能串口中断
    }
    
    /*******************************************************************************
    * 函数名	：UART_Interrupt
    * 输入值	：none
    * 返回值	：none
    * 作者		：小默haa
    * 时间		：2019年2月18日
    * 功能描述：串口中断服务程序
    * 备注		：
    *******************************************************************************/
    void UART_Interrupt(void) interrupt 4
    {
    
    	if(RI)													//接收道新字节
    	{
    		RI = 0;												//清零接收中断标志位
    		if(cntRxd < sizeof(bufRxd))		//接收缓冲区尚未用完时
    		{
    				bufRxd[cntRxd++] = SBUF;	//保存接收字节，并递增计数器
    		}
    	}
    	
    	if(TI)
    	{
    		TI = 0;
    		flagTxd = 1;
    	}
    }
    
    /*******************************************************************************
    * 函数名	：UartWrite
    * 输入值	：uint8 *buf, uint8 len
    * 返回值	：none
    * 作者		：小默haa
    * 时间		：2019年2月18日
    * 功能描述：串口数据写入
    * 备注		：buf为待发送数据的指针，len为指定的发送长度
    *******************************************************************************/
    void UartWrite(uint8 *buf, uint8 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);			//等待该字节发送完毕
    	}
    }
    
    /*******************************************************************************
    * 函数名	：UartRead
    * 输入值	：uint8 *buf, uint8 len
    * 返回值	：len
    * 作者		：小默haa
    * 时间		：2019年2月18日
    * 功能描述：串口数据读取
    * 备注		：buf为待发送数据的指针，len为指定的发送长度，返回值为实际读到的长度
    *******************************************************************************/
    uint8 UartRead(uint8 *buf, uint8 len)
    {
    	uint8 i;
    	
    	if(len > cntRxd)					//指定读取长度大于实际接收到的数据长度时
    		len = cntRxd;						//读取长度设置为实际接收到的数据长度
    	for(i = 0; i < len; i++)	//复制接收到的数据到接收指针上
    	{
    		*buf++ = bufRxd[i];
    	}
    	cntRxd = 0;								//接收计数器清零
    	
    	return len;								//返回值为实际读取长度
    }
    
    /*******************************************************************************
    * 函数名	：UartDriver
    * 输入值	：none
    * 返回值	：none
    * 作者		：小默haa
    * 时间		：2019年2月18日
    * 功能描述：串口驱动函数，监测数据帧的接收，调度功能函数
    * 备注		：在主循环中调用
    *******************************************************************************/
    void UartDriver(void)
    {
    	uint8 len;
    	uint8 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
    	}
    }
    
    /*******************************************************************************
    * 函数名	：UartRxdMonitor
    * 输入值	：uint8 ms
    * 返回值	：none
    * 作者		：小默haa
    * 时间		：2019年2月18日
    * 功能描述：串口接收监控，由空闲时间判定帧结束
    * 备注		：在定时器中断中调用，ms为定时间隔
    *******************************************************************************/
    void UartRxdMonitor(uint8 ms)
    {
    	static uint8 idletmr = 0;
    	static uint8 cntbkp = 0;
    	
    	if(cntRxd > 0)						//接收计数器大于0时，监控总线空闲时间
    	{
    		if(cntRxd != cntbkp)		//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，持续增加
    			{
    				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;
    	}
    }