51單片機串口通信的發(fā)送與接收

當串行發(fā)送完畢后，將在標志位 TI 置 1，同樣，當收到了數據后，也會在 RI 置 1。
無論 RI 或 TI 出現(xiàn)了 1，只要串口中斷處于開放狀態(tài)，單片機都會進入串口中斷處理程序。
在中斷程序中，要區(qū)分出來究竟是發(fā)送引起的中斷，還是接收引起的中斷，然后分別進行處理。
看到過一些書籍和文章，在串口收、發(fā)數據的處理方法上，很多人都有不妥之處。
接收數據時，基本上都是使用“中斷方式”，這是正確合理的。
即：每當收到一個新數據，就在中斷函數中，把 RI 清零，并用一個變量，通知主函數，收到了新數據。
發(fā)送數據時，很多的程序都是使用的“查詢方式”，就是執(zhí)行 while(TI ==0); 這樣的語句來等待發(fā)送完畢。
這時，處理不好的話，就可能帶來問題。
看了一些網友編寫的程序，發(fā)現(xiàn)有如下幾條容易出錯：
１．有人在發(fā)送數據之前，先關閉了串口中斷！等待發(fā)送完畢后，再打開串口中斷。
這樣，在發(fā)送數據的等待期間內，如果收到了數據，將不能進入中斷函數，也就不會保存的這個新收到的數據。
這種處理方法，就會遺漏收到的數據。
２．有人在發(fā)送數據之前，并沒有關閉串口中斷，當 TI = 1 時，是可以進入中斷程序的。
但是，卻在中斷函數中，將 TI 清零!
這樣，在主函數中的while(TI ==0);，將永遠等不到發(fā)送結束的標志。
３．還有人在中斷程序中，并沒有區(qū)分中斷的來源，反而讓發(fā)送引起的中斷，執(zhí)行了接收中斷的程序。
對此，做而論道發(fā)表自己常用的方法：
接收數據時，使用“中斷方式”，清除 RI 后，用一個變量通知主函數，收到新數據。
發(fā)送數據時，也用“中斷方式”，清除 TI 后，用另一個變量通知主函數，數據發(fā)送完畢。
這樣一來，收、發(fā)兩者基本一致，編寫程序也很規(guī)范、易懂。
更重要的是，主函數中，不用在那兒死等發(fā)送完畢，可以有更多的時間查看其它的標志。


實例：
求一個PC與單片機串口通信的程序，要求如下：
1、如果在電腦上發(fā)送以$開始的字符串，則將整個字符串原樣返回（字符串長度不是固定的）。
2、如果接收到1，則將P10置高電平，接收到0，P10置低電平。（用來控制一個LED）
單片機是STC89C52RC/晶振11.0592/波特率要求是9600或4800。謝謝！
問題補充：可能會將這樣的字符串（字符串長度約為50-150個字符）傳送給單片機，只能能原樣返回。

最佳答案：下列程序，已經調試成功。#include sbit LED = P1^0;unsigned char UART_buff;bit New_rec = 0, Send_ed = 1, Money = 0;//----------------------------------------------void main (void){SCON = 0x50;   //串口方式1, 8-n-1, 允許接收.TMOD = 0x20;   //T1方式2TH1 = 0xFD;    [url=]//9600bps@11.0592MHz[/url]TL1 = 0xFD;TR1 = 1;                        ES  = 1;       //開中斷.EA  = 1;while(Money == 0);    //等著交費，，等著接收$.while(1)  { if ((New_rec == 1) && (Send_ed == 1))  {  //如果收到新數據及發(fā)送完畢SBUF = UART_buff; //那就發(fā)送.New_rec = 0;Send_ed = 0;} }}//----------------------------------------------void ser_int (void) interrupt 4 {if(RI == 1) {  //如果收到.RI = 0;      //清除標志.New_rec = 1;UART_buff = SBUF;  //接收.if(UART_buff == 1)  LED = 1;if(UART_buff == 0)  LED = 0;if(UART_buff == $)  Money = 1;}else  {        //如果送畢.TI = 0;      //清除標志.Send_ed = 1;}} //----------------------------------------------

http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3007162.HTM

串口接收程序是基于串口中斷的，單片機的串口每次接收到一字節(jié)數據產生一次中斷，然后再讀取某個寄存器就可以得到串口接收的數據了。然而在實際應用當中，基本上不會有單字節(jié)接收的情況。一般都是基于一定串口通信協(xié)議的多字節(jié)通信。在422或者485通信中，還可能是一個主機（一般是計算機）帶多個從機（相應的有單片機的板卡）。這就要求我們的單片機能夠在連續(xù)接收到的串口數據序列中識別出符合自己板卡對應的通信協(xié)議，來進行控制操作，不符合則不進行任何操作。簡而言之就是，單片機要在一串數據中找到符合一定規(guī)律的幾個字節(jié)的數據。

先來說下怎樣定串口協(xié)議吧。這個協(xié)議指的不是串口底層的協(xié)議，而是前面提到的數據幀協(xié)議。一般都是有幀頭（2~3個字節(jié)吧），數據（長度根據需要），結束位（1位，有時候設計成校驗字節(jié)，最簡單的校驗也就是前面所有數據求和）。

比如0xaa 0x55 +（數據部分省略）+校驗和（除了aa 55 之外數據的和），如果要是多板卡的話有時候還要在幀頭后面加一個板選字節(jié)（相當于3字節(jié)幀頭了）。

第一次寫串口接收程序的時候，我首先想到的就是定義一個全局變量（實際上最好是定義局部靜態(tài)變量），初始值設置為0，然后每進一次中斷+1，然后加到串口通信協(xié)議的長度的時候再清零。然后判斷幀頭、校驗。寫完了之后我自己都覺得不對，一旦數據錯開了一位，后面就永遠都接收不到數了。無奈看了一下前輩們的代碼，跟我的思路差不多，只不過那個計數值跟接收到的數據時同時判斷的，而且每次中斷都要判斷，一旦不對計數的那個變量就清零。

廢話少說，直接上一段代碼讓大家看看就明白了。（通信協(xié)議姑且按照簡單的aa 55 一個字節(jié)數據 一個字節(jié)校驗，代碼是基于51單片機的）。接收成功則在中斷程序中把串口接收成功標志位置1。

然后串口中斷部分void ser()interrupt 4{static unsigned char count;//串口接收計數的變量RI=0;//手動清某個寄存器，大家都懂的receive[count]=SBUF;if(count==0&&receive[count]==0xaa)//同時判斷count跟收到的數據{count=1;}else if(count==1&&receive[count]==0x55){count=2;}else if(count==2){count++;}else if(count==3&&receive[count]== receive [2])//判斷校驗和，數據多的話是求//和，或者其他的校驗方法，也可能是固定的幀尾{count=0;uart_flag =1;//串口接收成功標志，為1時在主程序中，然后清零ES=0;      //關中斷，完了再ES=1;}else{count=0;//判斷不滿足條件就將計數值清零}}

第一次做的串口大概就按照這個方法寫完了（我后來看過其他的代碼，有人用switch語句寫的，邏輯跟這個也差不多，不過我還是感覺用if else來寫清晰一些），

不過在測試的時候發(fā)現(xiàn)了bug，如果數據幀發(fā)送一半，然后突然停止，再來重新發(fā)，就會丟失一幀的數據。比如先接受到aa 55，然后斷了，再進來aa 55 01 01，就不受控制了。后來我也想到一個bug，如果在多設備通信中，屬于其他設備的的幀數據最后一位是aa（或者最后兩位為aa 55 ，或者最后3位為aa 55 板選），下一次通信的數據就接收不到了。

當時對于數據突然中斷的bug，沒有想到很好的解決辦法，不過這種情況幾率極小，所以一直用這個方法寫也沒有問題。多設備通信最后一位恰好是aa的幾率也很小，出問題的可能也很小。當時項目里面的控制數據跟校驗恰好不可能出現(xiàn)aa，于是我把if(count==0&&receive[count]==0xaa)改成了if(receive[count]==0xaa)其他都沒變，解決了，沒有bug了。

后來我又寫了幾次單片機程序，才想到了一些解決問題的方法——不過改天再接著寫吧，太累了，明天還要上班呢。

在后來的項目中，真的遇到了數據位跟校驗位都可能出現(xiàn)aa的情況。我考慮到每次數據都是連續(xù)發(fā)送的（至少我們用labwindows做的上位機程序是這樣的），成功接收到了一幀數據是要有一定時間的，也就是說如果接收到一半，但是很長時間沒接收到數據，把計數值count清零就ok啦。涉及時間的問題自然要用定時器來實現(xiàn)啦。

這次的通信協(xié)議如下，串口波特率19200,2個幀頭aa 55 ，一個板選，6字節(jié)數據，一個校驗字節(jié)（除幀頭外其他數據的和）。

全局變量定義unsigned char boardAddr;//板選地址，通過檢測幾個io引腳，具體怎么得到的就不寫了，很簡單的unsigned char g_DatRev [10]={0};//接收緩存bit retFlag=0；//為1代表串口接收到了一幀數據串口初始化函數，晶振22.1184void init_uart(){SCON = 0x50;                 //串口方式1允許接收TMOD = 0x21;                //定時器1，方式2，8位自動重載，同時配置定時器0，工作方式1PCON = 0x80;                // 波特率加倍TH1 = 0xfa;TL1 = 0xfa;               //寫入串口定時器初值TH0=(65536-2000)/256;    //寫入定時器0初值，串口傳輸一個字節(jié)時間為（1/19200）*10，計算得0.52msTL0=(65536-2000)%256;   //定時器0定時大約1ms多EA=1;ET0=1;                  //波特率：19200    22.1184M  初值：250(0xfa)IE |= 0x90;           TR1 = 1;                   }串口中斷函數void UART_INT(void) interrupt 4{ static unsigned char count;//串口接收計數的變量RI = 0;g_DatRev[count] = SBUF;if(g_DatRev[count]==0xaa&&count==0)             //幀頭{count=1;                                                 }else if(count==1&&g_DatRev[count]==0x55) {  count=2;          }else if (count==2&&g_DatRev[2] == boardAddr){ CK = g_DatRev[count];count=3;}else if(count>=3&&count<9){     CK += g_DatRev[count];count ++;}else if(count == 9&&CK==g_DatRev[9]){     ES = 0; retFlag = 1;count=0;            }            else{count=0;} resettimer();}//判斷count不為0的話就啟動定時器void resettimer(){TR0=0;TH0=(65536-2000)/256;TL0=(65536-2000)%256;if(count!=0){TR0=1;}}定時器中斷函數void T0_time()interrupt 1{     TR0=0;TH0=(65536-2000)/256;TL0=(65536-2000)%256;count=0;}

這種方法的確是本人自己想出來的，別人可能也這樣做過，但我這個絕對不是抄襲或者模仿來的。這樣寫的確可以避免前面提到過的bug，不過代價是多用了一個定時器的資源，而且中斷函數里的內容更多了，占用了更多的時間。

要是能把第一種方法改進一下就好了，主要是那個校驗不能為aa的那個bug，因為畢竟傳輸到一半突然斷了的可能性是非常小的。后來我想第一個判斷if(count==0&&receive[count]==0xaa)好像有點太嚴格了，考慮到第二字節(jié)的幀頭，跟板選地址不可能為aa，于是把這個改寫為if(count>=0&&count<=2&& receive[count]==0xaa),這樣就把bug出現(xiàn)的幾率降到了非常小，也只是在前一幀結尾數據恰好為 aa 55 板選 的時候才出現(xiàn)，幾率是多少大家自己算一下吧，。這樣我自己覺得，昨天寫的那種方法改進到這個程度，應該算可以啦，反正我是很滿意了。

實際上我還想過其他的方法，比如緩存的數組采用移位寄存的方式。拿前面的4個字節(jié)的協(xié)議為例。

void ser()interrupt 4{unsigned char i;RI=0;for(i=0;i<3;i++){receive[i]=receive[i+1];}receive[3]=SBUF;if(reveive[0]==0xaa&&receive[1]==0x55&&receive[2]==receive[3]){ret_flag=1;ES = 0;  }}

這段代碼看上去可是簡單明了，這樣判斷可是不錯啊，同時判斷幀頭跟校驗不會產生前面提到的bug。說實話當時我剛想出這種方法并寫出來的時候，馬上就被我給否了。那個for循環(huán)可真是很占時間的啊，延時函數都是這樣寫的。每次都循環(huán)一下，這延時太長，通信速度太快的話就不能接收到下一字節(jié)數據了。最要命的是這個時間的長度是隨著通信協(xié)議幀的字節(jié)數增加而增加的，如果一次要接收幾十個字節(jié)，肯定就玩完了。這種方法我一次都沒用過。

不過我居然又想出來了這種方法的改良措施，是前兩天剛想出來的，，還沒有實踐過呢。

下面代碼的協(xié)議就按第二段程序（定時器清零的那個協(xié)議，一共10字節(jié)）

全局變量

bit ret_flag;unsigned char receive[256]={0};unsigned char boardaddress;中斷函數void ser()interrupt 4{static unsigned char i=0;static unsigned char total=0;RI=0;receive[i]=SBUF;total=total-receive[i-7]+receive[i-1];if(receive[i-9]==0xaa&&receive[i-8]==0x55&&receive[i-7]==boardaddress&&receive[i]==total){ret_flag=1;ES = 0;  }i++;}

之所以要定義256個長度的數組，就是為了能夠讓數組“首尾相接”。因為0 -1 = 255 ， 255+1 = 0。而且我在計算校驗的時候也改進了算法，不會因為數據長度的增加而增加計算校驗值的時間。這種方法也是我不久前才想出來的，所以還沒有經過實際的驗證。上面的代碼可能會有邏輯上的錯誤，如果真有錯誤，有網友看出來的話，請在下面留言告訴我。這個方法也是我原創(chuàng)的哦，別人也肯能會想到，不過我這個絕對不是抄襲別人的。

上面的代碼最大的缺點就是變量定義的太多了，太占ram資源了，編譯的時候可能會出現(xiàn)錯誤，畢竟51單片機才128字節(jié)的ram（有的資源也很豐富的，比如c8051系列的），這一下子就是256字節(jié)的變量。不過對于資源多一些的單片機，這樣寫還是可以的。要是能有4bit在一起的數據類型就好了，，verilog代碼里面是可以的,C語言里貌似不行啊。

要想能在例如51單片機上運行，只能按照下面的折中方式了，也就是把i相關的量都與一個0x0f

全局變量bit ret_flag;unsigned char receive[16]={0};// 可以考慮在定義時加上idata,畢竟還可能是32//或者64長度的數組呢unsigned char idata receive[16]={0};unsigned char boardaddress;中斷函數void ser()interrupt 4{static unsigned char i=0;static unsigned char total=0;RI=0;receive[i&0x0f]=SBUF;total=total-receive[(i-7)&0x0f]+receive[(i-1)&0x0f];if(receive[(i-9)&0x0f]==0xaa&&receive[(i-8)&0x0f]==0x55&&receive[(i-7)&0x0f]==boardaddress&&receive[i&0x0f]==total){ret_flag=1;ES = 0;  }i++;}