第40節(jié)：常用的自定義串口通訊協(xié)議
從業(yè)近十年!手把手教你單片機(jī)程序框架 第40講
開場白：
上一節(jié)講了判斷數(shù)據(jù)頭的程序框架，但是在很多項(xiàng)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(xì)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(yàn)的通訊協(xié)議。這一節(jié)要教會(huì)大家三個(gè)知識(shí)點(diǎn)：
第一個(gè)：常用自定義串口通訊協(xié)議的程序框架。
第二個(gè)：累加校驗(yàn)和的校驗(yàn)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(gè)字節(jié)的溢出部分會(huì)按照固定的規(guī)則自動(dòng)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(jì)算器來驗(yàn)證。打開電腦上的計(jì)算器，點(diǎn)擊“查看”下拉的菜單，選“科學(xué)型”，然后選左邊的“十六進(jìn)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(cuò)吧。
第三個(gè)：原子鎖的使用方法，實(shí)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(hù)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(tái)：
基于朱兆祺51單片機(jī)學(xué)習(xí)板。
(2)實(shí)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(dòng)奉命，02代表驅(qū)動(dòng)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(gè)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(shí)，有效數(shù)據(jù)代表蜂鳴器鳴叫的時(shí)間長度。當(dāng)數(shù)據(jù)類型是02時(shí)，有效數(shù)據(jù)代表Led燈點(diǎn)亮的時(shí)間長度。
最后一個(gè)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(huì)分別控制蜂鳴器和Led燈的驅(qū)動(dòng)時(shí)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?jiān)u估實(shí)際項(xiàng)目中一串?dāng)?shù)據(jù)的最大長度是多少，并且留點(diǎn)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(gè)時(shí)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(gè)時(shí)間根據(jù)實(shí)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(shí)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(dòng)IO口
sbit beep_dr=P2^7; //蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)IO口
unsigned int uiSendCnt=0; //用來識(shí)別串口是否接收完一串?dāng)?shù)據(jù)的計(jì)時(shí)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(gè)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(jì)時(shí)器多增加一個(gè)原子鎖，作為中斷與主函數(shù)共享數(shù)據(jù)的保護(hù)，實(shí)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(jì)時(shí)器的原子鎖
unsigned int uiVoiceCnt=0; //蜂鳴器鳴叫的持續(xù)時(shí)間計(jì)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(yàn)累加和
unsigned int uiRcVoiceTime=0; //蜂鳴器發(fā)出聲音的持續(xù)時(shí)間
unsigned int uiRcLedTime=0; //在串口服務(wù)程序中，Led燈點(diǎn)亮?xí)r間長度的中間變量
unsigned int uiLedTime=0; //Led燈點(diǎn)亮?xí)r間的長度
unsigned int uiLedCnt=0; //Led燈點(diǎn)亮的計(jì)時(shí)器
unsigned char ucLedLock=0; //Led燈點(diǎn)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(gè)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(shí)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(jìn)來,除非有新接收的數(shù)據(jù)
//下面的代碼進(jìn)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(dòng)變量從數(shù)組的0開始向最尾端移動(dòng)
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(gè)字節(jié)
uiRcSize=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+4]; //數(shù)據(jù)長度 兩個(gè)字節(jié)
uiRcSize=uiRcSize<<8;
uiRcSize=uiRcSize+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+5];
ucRcCy=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]; //記錄最后一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)
ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]=0; //清零最后一個(gè)字節(jié)的累加和變量
/* 注釋四：
* 計(jì)算校驗(yàn)累加和的方法:除了最后一個(gè)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(huì)按照固定的規(guī)則自動(dòng)處理。
* 以下for循環(huán)里的(3+1+2+uiRcSize)，其中3代表3個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)頭，1代表1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)類型，
* 2代表2個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)長度變量，uiRcSize代表實(shí)際上一串?dāng)?shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。
*/
for(i=0;i<(3+1+2+uiRcSize);i++) //計(jì)算校驗(yàn)累加和
{
ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+i];
}
if(ucRcCy==ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]) //如果校驗(yàn)正確，則進(jìn)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(dòng)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(shí)間長度
uiRcVoiceTime=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6]; //把兩個(gè)字節(jié)合并成一個(gè)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(diǎn)亮一個(gè)LED燈，并且可以控制LED燈持續(xù)亮的時(shí)間長度
uiRcLedTime=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6]; //把兩個(gè)字節(jié)合并成一個(gè)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(diǎn)亮Led燈的時(shí)間長度
uiLedCnt=0; //在本程序中，清零計(jì)數(shù)器就等于自動(dòng)點(diǎn)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?yàn)槭桥袛鄶?shù)據(jù)頭，游標(biāo)向著數(shù)組最尾端的方向移動(dòng)
}
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(shí)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(gè)原子鎖，作為中斷與主函數(shù)共享數(shù)據(jù)的保護(hù)，實(shí)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(gè)數(shù)據(jù)不斷累加，但是在串口中斷里，每接收一個(gè)字節(jié)它都會(huì)被清零，除非這個(gè)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(jìn)入定時(shí)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(gè)空指令，想維持跟if括號(hào)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(diǎn)亮的時(shí)間計(jì)時(shí)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(shí)喂狗，雖然在定時(shí)中斷那邊此變量會(huì)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(yuǎn)也長不大,因?yàn)槊總€(gè)串口接收中斷它都被清零。
ucSendCntLock=0; //解鎖
}
}
else //我在其它單片機(jī)上都不用else這段代碼的，可能在51單片機(jī)上多增加" TI = 0;"穩(wěn)定性會(huì)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(gè)分號(hào)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(jī)
{
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(shí)不叫。
//配置定時(shí)器
TMOD=0x01; //設(shè)置定時(shí)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(shí)中斷
TR0=1; //啟動(dòng)定時(shí)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(shí)候，都是靠“超過規(guī)定的時(shí)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(xiàng)目的串口程序框架，但是在少數(shù)要求實(shí)時(shí)反應(yīng)非?？斓捻?xiàng)目中，我會(huì)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(shí)解析數(shù)據(jù)頭的特殊程序框架。
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