51單片機(jī)串口通信的發(fā)送與接收 字符串

當(dāng)串行發(fā)送完畢后，將在標(biāo)志位 TI 置 1，同樣，當(dāng)收到了數(shù)據(jù)后，也會(huì)在 RI 置 1。
無(wú)論 RI 或 TI 出現(xiàn)了 1，只要串口中斷處于開(kāi)放狀態(tài)，單片機(jī)都會(huì)進(jìn)入串口中斷處理程序。
在中斷程序中，要區(qū)分出來(lái)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(jìn)行處理。
看到過(guò)一些書(shū)籍和文章，在串口收、發(fā)數(shù)據(jù)的處理方法上，很多人都有不妥之處。
接收數(shù)據(jù)時(shí)，基本上都是使用“中斷方式”，這是正確合理的。
即：每當(dāng)收到一個(gè)新數(shù)據(jù)，就在中斷函數(shù)中，把 RI 清零，并用一個(gè)變量，通知主函數(shù)，收到了新數(shù)據(jù)。
發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，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(yǔ)句來(lái)等待發(fā)送完畢。
這時(shí)，處理不好的話，就可能帶來(lái)問(wèn)題。
看了一些網(wǎng)友編寫(xiě)的程序，發(fā)現(xiàn)有如下幾條容易出錯(cuò)：
１．有人在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先關(guān)閉了串口中斷！等待發(fā)送完畢后，再打開(kāi)串口中斷。
這樣，在發(fā)送數(shù)據(jù)的等待期間內(nèi)，如果收到了數(shù)據(jù)，將不能進(jìn)入中斷函數(shù)，也就不會(huì)保存的這個(gè)新收到的數(shù)據(jù)。
這種處理方法，就會(huì)遺漏收到的數(shù)據(jù)。
２．有人在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，并沒(méi)有關(guān)閉串口中斷，當(dāng) TI = 1 時(shí)，是可以進(jìn)入中斷程序的。
但是，卻在中斷函數(shù)中，將 TI 清零!
這樣，在主函數(shù)中的while(TI ==0);，將永遠(yuǎn)等不到發(fā)送結(jié)束的標(biāo)志。
３．還有人在中斷程序中，并沒(méi)有區(qū)分中斷的來(lái)源，反而讓發(fā)送引起的中斷，執(zhí)行了接收中斷的程序。
對(duì)此，做而論道發(fā)表自己常用的方法：
接收數(shù)據(jù)時(shí)，使用“中斷方式”，清除 RI 后，用一個(gè)變量通知主函數(shù)，收到新數(shù)據(jù)。
發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，也用“中斷方式”，清除 TI 后，用另一個(gè)變量通知主函數(shù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。
這樣一來(lái)，收、發(fā)兩者基本一致，編寫(xiě)程序也很規(guī)范、易懂。
更重要的是，主函數(shù)中，不用在那兒死等發(fā)送完畢，可以有更多的時(shí)間查看其它的標(biāo)志。


實(shí)例：
求一個(gè)PC與單片機(jī)串口通信的程序，要求如下：
1、如果在電腦上發(fā)送以$開(kāi)始的字符串，則將整個(gè)字符串原樣返回（字符串長(zhǎng)度不是固定的）。
2、如果接收到1，則將P10置高電平，接收到0，P10置低電平。（用來(lái)控制一個(gè)LED）
單片機(jī)是STC89C52RC/晶振11.0592/波特率要求是9600或4800。謝謝！
問(wèn)題補(bǔ)充：可能會(huì)將【$ABCD,123456,987654ccc,aasdasd,aaaa,sssd,4D】這樣的字符串（字符串長(zhǎng)度約為50-150個(gè)字符）傳送給單片機(jī)，只能能原樣返回。

串口接收程序是基于串口中斷的，單片機(jī)的串口每次接收到一字節(jié)數(shù)據(jù)產(chǎn)生一次中斷，然后再讀取某個(gè)寄存器就可以得到串口接收的數(shù)據(jù)了。然而在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，基本上不會(huì)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(gè)主機(jī)（一般是計(jì)算機(jī)）帶多個(gè)從機(jī)（相應(yīng)的有單片機(jī)的板卡）。這就要求我們的單片機(jī)能夠在連續(xù)接收到的串口數(shù)據(jù)序列中識(shí)別出符合自己板卡對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議，來(lái)進(jìn)行控制操作，不符合則不進(jìn)行任何操作。簡(jiǎn)而言之就是，單片機(jī)要在一串?dāng)?shù)據(jù)中找到符合一定規(guī)律的幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

先來(lái)說(shuō)下怎樣定串口協(xié)議吧。這個(gè)協(xié)議指的不是串口底層的協(xié)議，而是前面提到的數(shù)據(jù)幀協(xié)議。一般都是有幀頭（2~3個(gè)字節(jié)吧），數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度根據(jù)需要），結(jié)束位（1位，有時(shí)候設(shè)計(jì)成校驗(yàn)字節(jié)，最簡(jiǎn)單的校驗(yàn)也就是前面所有數(shù)據(jù)求和）。

比如0xaa 0x55 +（數(shù)據(jù)部分省略）+校驗(yàn)和（除了aa 55 之外數(shù)據(jù)的和），如果要是多板卡的話有時(shí)候還要在幀頭后面加一個(gè)板選字節(jié)（相當(dāng)于3字節(jié)幀頭了）。

第一次寫(xiě)串口接收程序的時(shí)候，我首先想到的就是定義一個(gè)全局變量（實(shí)際上最好是定義局部靜態(tài)變量），初始值設(shè)置為0，然后每進(jìn)一次中斷+1，然后加到串口通信協(xié)議的長(zhǎng)度的時(shí)候再清零。然后判斷幀頭、校驗(yàn)。寫(xiě)完了之后我自己都覺(jué)得不對(duì)，一旦數(shù)據(jù)錯(cuò)開(kāi)了一位，后面就永遠(yuǎn)都接收不到數(shù)了。無(wú)奈看了一下前輩們的代碼，跟我的思路差不多，只不過(guò)那個(gè)計(jì)數(shù)值跟接收到的數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)判斷的，而且每次中斷都要判斷，一旦不對(duì)計(jì)數(shù)的那個(gè)變量就清零。

廢話少說(shuō)，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(jiǎn)單的aa 55 一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) 一個(gè)字節(jié)校驗(yàn)，代碼是基于51單片機(jī)的）。接收成功則在中斷程序中把串口接收成功標(biāo)志位置1。

第一次做的串口大概就按照這個(gè)方法寫(xiě)完了（我后來(lái)看過(guò)其他的代碼，有人用switch語(yǔ)句寫(xiě)的，邏輯跟這個(gè)也差不多，不過(guò)我還是感覺(jué)用if else來(lái)寫(xiě)清晰一些），

不過(guò)在測(cè)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了bug，如果數(shù)據(jù)幀發(fā)送一半，然后突然停止，再來(lái)重新發(fā)，就會(huì)丟失一幀的數(shù)據(jù)。比如先接受到aa 55，然后斷了，再進(jìn)來(lái)aa 55 01 01，就不受控制了。后來(lái)我也想到一個(gè)bug，如果在多設(shè)備通信中，屬于其他設(shè)備的的幀數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)就接收不到了。

當(dāng)時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)突然中斷的bug，沒(méi)有想到很好的解決辦法，不過(guò)這種情況幾率極小，所以一直用這個(gè)方法寫(xiě)也沒(méi)有問(wèn)題。多設(shè)備通信最后一位恰好是aa的幾率也很小，出問(wèn)題的可能也很小。當(dāng)時(shí)項(xiàng)目里面的控制數(shù)據(jù)跟校驗(yàn)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(méi)變，解決了，沒(méi)有bug了。

后來(lái)我又寫(xiě)了幾次單片機(jī)程序，才想到了一些解決問(wèn)題的方法——不過(guò)改天再接著寫(xiě)吧，太累了，明天還要上班呢。

在后來(lái)的項(xiàng)目中，真的遇到了數(shù)據(jù)位跟校驗(yàn)位都可能出現(xiàn)aa的情況。我考慮到每次數(shù)據(jù)都是連續(xù)發(fā)送的（至少我們用labwindows做的上位機(jī)程序是這樣的），成功接收到了一幀數(shù)據(jù)是要有一定時(shí)間回復(fù)的，也就是說(shuō)如果接收到一半，但是很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)接收到數(shù)據(jù)，把計(jì)數(shù)值count清零就ok啦。涉及時(shí)間的問(wèn)題自然要用定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)啦。

這次的通信協(xié)議如下，串口波特率19200,2個(gè)幀頭aa 55 ，一個(gè)板選，6字節(jié)數(shù)據(jù)，一個(gè)校驗(yàn)字節(jié)（除幀頭外其他數(shù)據(jù)的和）。

這種方法的確是本人自己想出來(lái)的，別人可能也這樣做過(guò)，但我這個(gè)絕對(duì)不是抄襲或者模仿來(lái)的。這樣寫(xiě)的確可以避免前面提到過(guò)的bug，不過(guò)代價(jià)是多用了一個(gè)定時(shí)器的資源，而且中斷函數(shù)里的內(nèi)容更多了，占用了更多的時(shí)間。

要是能把第一種方法改進(jìn)一下就好了，主要是那個(gè)校驗(yàn)不能為aa的那個(gè)bug，因?yàn)楫吘箓鬏數(shù)揭话胪蝗粩嗔说目赡苄允欠浅Ｐ〉?。后?lái)我想第一個(gè)判斷if(count==0&&receive[count]==0xaa)好像有點(diǎn)太嚴(yán)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(gè)改寫(xiě)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(jié)尾數(shù)據(jù)恰好為 aa 55 板選 的時(shí)候才出現(xiàn)，幾率是多少大家自己算一下吧，呵呵。這樣我自己覺(jué)得，昨天寫(xiě)的那種方法改進(jìn)到這個(gè)程度，應(yīng)該算可以啦，反正我是很滿意了。

實(shí)際上我還想過(guò)其他的方法，比如緩存的數(shù)組采用移位寄存的方式。拿前面的4個(gè)字節(jié)的協(xié)議為例。

這段代碼看上去可是簡(jiǎn)單明了，這樣判斷可是不錯(cuò)啊，同時(shí)判斷幀頭跟校驗(yàn)不會(huì)產(chǎn)生前面提到的bug。說(shuō)實(shí)話當(dāng)時(shí)我剛想出這種方法并寫(xiě)出來(lái)的時(shí)候，馬上就被我給否了。那個(gè)for循環(huán)可真是很占時(shí)間的啊，延時(shí)函數(shù)都是這樣寫(xiě)的。每次都循環(huán)一下，這延時(shí)太長(zhǎng)，通信速度太快的話就不能接收到下一字節(jié)數(shù)據(jù)了。最要命的是這個(gè)時(shí)間的長(zhǎng)度是隨著通信協(xié)議幀的字節(jié)數(shù)增加而增加的，如果一次要接收幾十個(gè)字節(jié)，肯定就玩完了。這種方法我一次都沒(méi)用過(guò)。

不過(guò)我居然又想出來(lái)了這種方法的改良措施，是前兩天剛想出來(lái)的，呵呵，還沒(méi)有實(shí)踐過(guò)呢。

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

全局變量

之所以要定義256個(gè)長(zhǎng)度的數(shù)組，就是為了能夠讓數(shù)組“首尾相接”。因?yàn)? -1 = 255 ， 255+1 = 0。而且我在計(jì)算校驗(yàn)的時(shí)候也改進(jìn)了算法，不會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)長(zhǎng)度的增加而增加計(jì)算校驗(yàn)值的時(shí)間。這種方法也是我不久前才想出來(lái)的，所以還沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)際的驗(yàn)證。上面的代碼可能會(huì)有邏輯上的錯(cuò)誤，如果真有錯(cuò)誤，有網(wǎng)友看出來(lái)的話，請(qǐng)?jiān)谙旅媪粞愿嬖V我。這個(gè)方法也是我原創(chuàng)的哦，別人也肯能會(huì)想到，不過(guò)我這個(gè)絕對(duì)不是抄襲別人的。

上面的代碼最大的缺點(diǎn)就是變量定義的太多了，太占ram資源了，編譯的時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，畢竟51單片機(jī)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(guò)對(duì)于資源多一些的單片機(jī)，這樣寫(xiě)還是可以的。要是能有4bit在一起的數(shù)據(jù)類型就好了，呵呵，verilog代碼里面是可以的,C語(yǔ)言里貌似不行啊。

要想能在例如51單片機(jī)上運(yùn)行，只能按照下面的折中方式了，也就是把i相關(guān)的量都與一個(gè)0x0f