第40節(jié)：常用的自定義串口通訊協(xié)議

上一節(jié)講了判斷數(shù)據(jù)頭的程序框架，但是在很多項目中，僅僅靠判斷數(shù)據(jù)頭還是不夠的，必須要有更加詳細的通訊協(xié)議，比如可以包含數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)地址，有效數(shù)據(jù)長度，有效數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校驗的通訊協(xié)議。這一節(jié)要教會大家三個知識點：

第一個：常用自定義串口通訊協(xié)議的程序框架。

第二個：累加校驗和的校驗方法。累加和的意思是前面所有字節(jié)的數(shù)據(jù)相加，超過一個字節(jié)的溢出部分會按照固定的規(guī)則自動丟棄，不用我們管。比如以下數(shù)據(jù)：

eb 00 55 01 00 02 0028 6b

其中eb 00 55為數(shù)據(jù)頭，01為數(shù)據(jù)類型，00 02為有效數(shù)據(jù)長度，00 28 分別為具體的有效數(shù)據(jù)，6b為前面所有字節(jié)的累加和。累加和可以用電腦系統(tǒng)自帶的計算器來驗證。打開電腦上的計算器，點擊“查看”下拉的菜單，選“科學(xué)型”，然后選左邊的“十六進制”，最后選右邊的“字節(jié)”，然后把前面所有的字節(jié)相加，它們的和就是6b，沒錯吧。

第三個：原子鎖的使用方法，實際上是借鑒了"紅金龍吸味"關(guān)于原子鎖的建議，專門用來保護中斷與主函數(shù)的共享數(shù)據(jù)。

具體內(nèi)容，請看源代碼講解。

(1)硬件平臺：

基于朱兆祺51單片機學(xué)習(xí)板。

(2)實現(xiàn)功能：

波特率是：9600.

通訊協(xié)議：EB 00 55 GG HH HH XX XX …YYYY CY

其中第1,2,3位EB 00 55就是數(shù)據(jù)頭

其中第4位GG就是數(shù)據(jù)類型。01代表驅(qū)動奉命，02代表驅(qū)動Led燈。

其中第5,6位HH就是有效數(shù)據(jù)長度。高位在左，低位在右。

其中第5,6位HH就是有效數(shù)據(jù)長度。高位在左，低位在右。

其中從第7位開始，到最后一個字節(jié)Cy之前，XX..YY都是具體的有效數(shù)據(jù)。

在本程序中，當(dāng)數(shù)據(jù)類型是01時，有效數(shù)據(jù)代表蜂鳴器鳴叫的時間長度。當(dāng)數(shù)據(jù)類型是02時，有效數(shù)據(jù)代表Led燈點亮的時間長度。

最后一個字節(jié)CY是累加和，前面所有字節(jié)的累加。

發(fā)送以下測試數(shù)據(jù)，將會分別控制蜂鳴器和Led燈的驅(qū)動時間長度。

蜂鳴器短叫發(fā)送：eb 00 55 01 00 02 00 28 6b

蜂鳴器長叫發(fā)送：eb 00 55 01 00 02 00 fa 3d

Led燈短亮發(fā)送：eb 00 55 02 00 02 00 28 6c

Led燈長亮發(fā)送：eb 00 55 02 00 02 00 fa3e

(3)源代碼講解如下：

#include "REG52.H"

/* 注釋一：

* 請評估實際項目中一串?dāng)?shù)據(jù)的最大長度是多少，并且留點余量，然后調(diào)整const_rc_size的大小。

* 本節(jié)程序把上一節(jié)的緩沖區(qū)數(shù)組大小10改成了20

*/

#define const_rc_size 20 //接收串口中斷數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)數(shù)組大小

#define const_receive_time 5 //如果超過這個時間沒有串口數(shù)據(jù)過來，就認(rèn)為一串?dāng)?shù)據(jù)已經(jīng)全部接收完，這個時間根據(jù)實際情況來調(diào)整大小

void initial_myself(void);

void initial_peripheral(void);

void delay_long(unsigned int uiDelaylong);

void T0_time(void); //定時中斷函數(shù)

void usart_receive(void); //串口接收中斷函數(shù)

void usart_service(void); //串口服務(wù)程序,在main函數(shù)里

void led_service(void); //Led燈的服務(wù)程序。

sbit led_dr=P3^5; //Led的驅(qū)動IO口

sbit beep_dr=P2^7; //蜂鳴器的驅(qū)動IO口

unsigned int uiSendCnt=0; //用來識別串口是否接收完一串?dāng)?shù)據(jù)的計時器

unsigned char ucSendLock=1; //串口服務(wù)程序的自鎖變量，每次接收完一串?dāng)?shù)據(jù)只處理一次

unsigned int uiRcregTotal=0; //代表當(dāng)前緩沖區(qū)已經(jīng)接收了多少個數(shù)據(jù)

unsigned char ucRcregBuf[const_rc_size]; //接收串口中斷數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)數(shù)組

unsigned int uiRcMoveIndex=0; //用來解析數(shù)據(jù)協(xié)議的中間變量

/* 注釋二：

* 為串口計時器多增加一個原子鎖，作為中斷與主函數(shù)共享數(shù)據(jù)的保護，實際上是借鑒了"紅金龍吸味"關(guān)于原子鎖的建議.

*/

unsigned char ucSendCntLock=0; //串口計時器的原子鎖

unsigned int uiVoiceCnt=0; //蜂鳴器鳴叫的持續(xù)時間計數(shù)器

unsigned char ucVoiceLock=0; //蜂鳴器鳴叫的原子鎖

unsigned char ucRcType=0; //數(shù)據(jù)類型

unsigned int uiRcSize=0; //數(shù)據(jù)長度

unsigned char ucRcCy=0; //校驗累加和

unsigned int uiRcVoiceTime=0; //蜂鳴器發(fā)出聲音的持續(xù)時間

unsigned int uiRcLedTime=0; //在串口服務(wù)程序中，Led燈點亮?xí)r間長度的中間變量

unsigned int uiLedTime=0; //Led燈點亮?xí)r間的長度

unsigned int uiLedCnt=0; //Led燈點亮的計時器

unsigned char ucLedLock=0; //Led燈點亮?xí)r間的原子鎖

void main()

{

initial_myself();

delay_long(100);

initial_peripheral();

while(1)

{

usart_service(); //串口服務(wù)程序

led_service(); //Led燈的服務(wù)程序

}

}

void led_service(void)

{

if(uiLedCnt

{

led_dr=1; //開Led燈

}

else

{

led_dr=0; //關(guān)Led燈

}

}

void usart_service(void) //串口服務(wù)程序,在main函數(shù)里

{

/* 注釋三：

* 我借鑒了朱兆祺的變量命名習(xí)慣，單個字母的變量比如i,j,k,h，這些變量只用作局部變量，直接在函數(shù)內(nèi)部定義。

*/

unsigned int i;

if(uiSendCnt>=const_receive_time&&ucSendLock==1) //說明超過了一定的時間內(nèi)，再也沒有新數(shù)據(jù)從串口來

{

ucSendLock=0; //處理一次就鎖起來，不用每次都進來,除非有新接收的數(shù)據(jù)

//下面的代碼進入數(shù)據(jù)協(xié)議解析和數(shù)據(jù)處理的階段

uiRcMoveIndex=0; //由于是判斷數(shù)據(jù)頭，所以下標(biāo)移動變量從數(shù)組的0開始向最尾端移動

while(uiRcregTotal>=5&&uiRcMoveIndex<=(uiRcregTotal-5))

{

if(ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+0]==0xeb&&ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+1]==0x00&&ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+2]==0x55) //數(shù)據(jù)頭eb 00 55的判斷

{

ucRcType=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+3]; //數(shù)據(jù)類型 一個字節(jié)

uiRcSize=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+4]; //數(shù)據(jù)長度 兩個字節(jié)

uiRcSize=uiRcSize<<8;

uiRcSize=uiRcSize+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+5];

ucRcCy=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]; //記錄最后一個字節(jié)的校驗

ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]=0; //清零最后一個字節(jié)的累加和變量

/* 注釋四：

* 計算校驗累加和的方法:除了最后一個字節(jié)，其它前面所有的字節(jié)累加起來，

* 溢出的不用我們管,C語言編譯器會按照固定的規(guī)則自動處理。

* 以下for循環(huán)里的(3+1+2+uiRcSize)，其中3代表3個字節(jié)數(shù)據(jù)頭，1代表1個字節(jié)數(shù)據(jù)類型，

* 2代表2個字節(jié)的數(shù)據(jù)長度變量，uiRcSize代表實際上一串?dāng)?shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)個數(shù)。

*/

for(i=0;i<(3+1+2+uiRcSize);i++) //計算校驗累加和

{

ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+i];

}

if(ucRcCy==ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]) //如果校驗正確，則進入以下數(shù)據(jù)處理

{

switch(ucRcType) //根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型來做不同的數(shù)據(jù)處理

{

case 0x01: //驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音，并且可以控制蜂鳴器持續(xù)發(fā)出聲音的時間長度

uiRcVoiceTime=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6]; //把兩個字節(jié)合并成一個int類型的數(shù)據(jù)

uiRcVoiceTime=uiRcVoiceTime<<8;

uiRcVoiceTime=uiRcVoiceTime+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+7];

ucVoiceLock=1; //共享數(shù)據(jù)的原子鎖加鎖

uiVoiceCnt=uiRcVoiceTime; //蜂鳴器發(fā)出聲音

ucVoiceLock=0; //共享數(shù)據(jù)的原子鎖解鎖

break;

case 0x02: //點亮一個LED燈，并且可以控制LED燈持續(xù)亮的時間長度

uiRcLedTime=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6]; //把兩個字節(jié)合并成一個int類型的數(shù)據(jù)

uiRcLedTime=uiRcLedTime<<8;

uiRcLedTime=uiRcLedTime+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+7];

ucLedLock=1; //共享數(shù)據(jù)的原子鎖加鎖

uiLedTime=uiRcLedTime; //更改點亮Led燈的時間長度

uiLedCnt=0; //在本程序中，清零計數(shù)器就等于自動點亮Led燈

ucLedLock=0; //共享數(shù)據(jù)的原子鎖解鎖

break;

}

}

break; //退出循環(huán)

}

uiRcMoveIndex++; //因為是判斷數(shù)據(jù)頭，游標(biāo)向著數(shù)組最尾端的方向移動

}

uiRcregTotal=0; //清空緩沖的下標(biāo)，方便下次重新從0下標(biāo)開始接受新數(shù)據(jù)

}

}

void T0_time(void) interrupt 1 //定時中斷

{

TF0=0; //清除中斷標(biāo)志

TR0=0; //關(guān)中斷

/* 注釋五：

* 此處多增加一個原子鎖，作為中斷與主函數(shù)共享數(shù)據(jù)的保護，實際上是借鑒了"紅金龍吸味"關(guān)于原子鎖的建議.

*/

if(ucSendCntLock==0) //原子鎖判斷

{

ucSendCntLock=1; //加鎖

if(uiSendCnt

{

uiSendCnt++; //表面上這個數(shù)據(jù)不斷累加，但是在串口中斷里，每接收一個字節(jié)它都會被清零，除非這個中間沒有串口數(shù)據(jù)過來

ucSendLock=1; //開自鎖標(biāo)志

}

ucSendCntLock=0; //解鎖

}

if(ucVoiceLock==0) //原子鎖判斷

{

if(uiVoiceCnt!=0)

{

uiVoiceCnt--; //每次進入定時中斷都自減1，直到等于零為止。才停止鳴叫

beep_dr=0; //蜂鳴器是PNP三極管控制，低電平就開始鳴叫。

}

else

{

; //此處多加一個空指令，想維持跟if括號語句的數(shù)量對稱，都是兩條指令。不加也可以。

beep_dr=1; //蜂鳴器是PNP三極管控制，高電平就停止鳴叫。

}

}

if(ucLedLock==0) //原子鎖判斷

{

if(uiLedCnt

{

uiLedCnt++; //Led燈點亮的時間計時器

}

}

TH0=0xfe; //重裝初始值(65535-500)=65035=0xfe0b

TL0=0x0b;

TR0=1; //開中斷

}

void usart_receive(void) interrupt 4 //串口接收數(shù)據(jù)中斷

{

if(RI==1)

{

RI = 0;

++uiRcregTotal;

if(uiRcregTotal>const_rc_size) //超過緩沖區(qū)

{

uiRcregTotal=const_rc_size;

}

ucRcregBuf[uiRcregTotal-1]=SBUF; //將串口接收到的數(shù)據(jù)緩存到接收緩沖區(qū)里

if(ucSendCntLock==0) //原子鎖判斷

{

ucSendCntLock=1; //加鎖

uiSendCnt=0; //及時喂狗，雖然在定時中斷那邊此變量會不斷累加，但是只要串口的數(shù)據(jù)還沒發(fā)送完畢，那么它永遠也長不大,因為每個串口接收中斷它都被清零。

ucSendCntLock=0; //解鎖

}

}

else //我在其它單片機上都不用else這段代碼的，可能在51單片機上多增加" TI = 0;"穩(wěn)定性會更好吧。

{

TI = 0;

}

}

void delay_long(unsigned int uiDelayLong)

{

unsigned int i;

unsigned int j;

for(i=0;i

{

for(j=0;j<500;j++) //內(nèi)嵌循環(huán)的空指令數(shù)量

{

; //一個分號相當(dāng)于執(zhí)行一條空語句

}

}

}

void initial_myself(void) //第一區(qū) 初始化單片機

{

led_dr=0; //關(guān)Led燈

beep_dr=1; //用PNP三極管控制蜂鳴器，輸出高電平時不叫。

//配置定時器

TMOD=0x01; //設(shè)置定時器0為工作方式1

TH0=0xfe; //重裝初始值(65535-500)=65035=0xfe0b

TL0=0x0b;

//配置串口

SCON=0x50;

TMOD=0X21;

TH1=TL1=-(11059200L/12/32/9600); //這段配置代碼具體是什么意思，我也不太清楚，反正是跟串口波特率有關(guān)。

TR1=1;

}

void initial_peripheral(void) //第二區(qū) 初始化外圍

{

EA=1; //開總中斷

ES=1; //允許串口中斷

ET0=1; //允許定時中斷

TR0=1; //啟動定時中斷

}

總結(jié)陳詞：

這一節(jié)講了常用的自定義串口通訊協(xié)議的程序框架，這種框架在判斷一串?dāng)?shù)據(jù)是否接收完畢的時候，都是靠“超過規(guī)定的時間內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)”來判定的，這是我做絕大多數(shù)項目的串口程序框架，但是在少數(shù)要求實時反應(yīng)非?？斓捻椖恐?，我會用另外一種響應(yīng)速度更快的串口程序框架，這種程序框架是什么樣的?欲知詳情，請聽下回分解-----在串口接收中斷里即時解析數(shù)據(jù)頭的特殊程序框架。