第40节：常用的自定义串口通讯协议

从业近十年!手把手教你单片机程序框架 第40讲

开场白：

上一节讲了判断数据头的程序框架，但是在很多项目中，仅仅靠判断数据头还是不够的，必须要有更加详细的通讯协议，比如可以包含数据类型，数据地址，有效数据长度，有效数据，数据校验的通讯协议。这一节要教会大家三个知识点：

第一个：常用自定义串口通讯协议的程序框架。

第二个：累加校验和的校验方法。累加和的意思是前面所有字节的数据相加，超过一个字节的溢出部分会按照固定的规则自动丢弃，不用我们管。比如以下数据：

eb 00 55 01 00 02 0028 6b

其中eb 00 55为数据头，01为数据类型，00 02为有效数据长度，00 28 分别为具体的有效数据，6b为前面所有字节的累加和。累加和可以用电脑系统自带的计算器来验证。打开电脑上的计算器，点击“查看”下拉的菜单，选“科学型”，然后选左边的“十六进制”，最后选右边的“字节”，然后把前面所有的字节相加，它们的和就是6b，没错吧。

第三个：原子锁的使用方法，实际上是借鉴了"红金龙吸味"关于原子锁的建议，专门用来保护中断与主函数的共享数据。

具体内容，请看源代码讲解。

(1)硬件平台：

基于朱兆祺51单片机学习板。

(2)实现功能：

波特率是：9600.

通讯协议：EB 00 55 GG HH HH XX XX …YYYY CY

其中第1,2,3位EB 00 55就是数据头

其中第4位GG就是数据类型。01代表驱动奉命，02代表驱动Led灯。

其中第5,6位HH就是有效数据长度。高位在左，低位在右。

其中第5,6位HH就是有效数据长度。高位在左，低位在右。

其中从第7位开始，到最后一个字节Cy之前，XX..YY都是具体的有效数据。

在本程序中，当数据类型是01时，有效数据代表蜂鸣器鸣叫的时间长度。当数据类型是02时，有效数据代表Led灯点亮的时间长度。

最后一个字节CY是累加和，前面所有字节的累加。

发送以下测试数据，将会分别控制蜂鸣器和Led灯的驱动时间长度。

蜂鸣器短叫发送：eb 00 55 01 00 02 00 28 6b

蜂鸣器长叫发送：eb 00 55 01 00 02 00 fa 3d

Led灯短亮发送：eb 00 55 02 00 02 00 28 6c

Led灯长亮发送：eb 00 55 02 00 02 00 fa3e

(3)源代码讲解如下：

#include "REG52.H"

/* 注释一：

* 请评估实际项目中一串数据的最大长度是多少，并且留点余量，然后调整const_rc_size的大小。

* 本节程序把上一节的缓冲区数组大小10改成了20

*/

#define const_rc_size 20 //接收串口中断数据的缓冲区数组大小

#define const_receive_time 5 //如果超过这个时间没有串口数据过来，就认为一串数据已经全部接收完，这个时间根据实际情况来调整大小

void initial_myself(void);

void initial_peripheral(void);

void delay_long(unsigned int uiDelaylong);

void T0_time(void); //定时中断函数

void usart_receive(void); //串口接收中断函数

void usart_service(void); //串口服务程序,在main函数里

void led_service(void); //Led灯的服务程序。

sbit led_dr=P3^5; //Led的驱动IO口

sbit beep_dr=P2^7; //蜂鸣器的驱动IO口

unsigned int uiSendCnt=0; //用来识别串口是否接收完一串数据的计时器

unsigned char ucSendLock=1; //串口服务程序的自锁变量，每次接收完一串数据只处理一次

unsigned int uiRcregTotal=0; //代表当前缓冲区已经接收了多少个数据

unsigned char ucRcregBuf[const_rc_size]; //接收串口中断数据的缓冲区数组

unsigned int uiRcMoveIndex=0; //用来解析数据协议的中间变量

/* 注释二：

* 为串口计时器多增加一个原子锁，作为中断与主函数共享数据的保护，实际上是借鉴了"红金龙吸味"关于原子锁的建议.

*/

unsigned char ucSendCntLock=0; //串口计时器的原子锁

unsigned int uiVoiceCnt=0; //蜂鸣器鸣叫的持续时间计数器

unsigned char ucVoiceLock=0; //蜂鸣器鸣叫的原子锁

unsigned char ucRcType=0; //数据类型

unsigned int uiRcSize=0; //数据长度

unsigned char ucRcCy=0; //校验累加和

unsigned int uiRcVoiceTime=0; //蜂鸣器发出声音的持续时间

unsigned int uiRcLedTime=0; //在串口服务程序中，Led灯点亮时间长度的中间变量

unsigned int uiLedTime=0; //Led灯点亮时间的长度

unsigned int uiLedCnt=0; //Led灯点亮的计时器

unsigned char ucLedLock=0; //Led灯点亮时间的原子锁

void main()

{

initial_myself();

delay_long(100);

initial_peripheral();

while(1)

{

usart_service(); //串口服务程序

led_service(); //Led灯的服务程序

}

}

void led_service(void)

{

if(uiLedCnt

{

led_dr=1; //开Led灯

}

else

{

led_dr=0; //关Led灯

}

}

void usart_service(void) //串口服务程序,在main函数里

{

/* 注释三：

* 我借鉴了朱兆祺的变量命名习惯，单个字母的变量比如i,j,k,h，这些变量只用作局部变量，直接在函数内部定义。

*/

unsigned int i;

if(uiSendCnt>=const_receive_time&&ucSendLock==1) //说明超过了一定的时间内，再也没有新数据从串口来

{

ucSendLock=0; //处理一次就锁起来，不用每次都进来,除非有新接收的数据

//下面的代码进入数据协议解析和数据处理的阶段

uiRcMoveIndex=0; //由于是判断数据头，所以下标移动变量从数组的0开始向最尾端移动

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

{

if(ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+0]==0xeb&&ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+1]==0x00&&ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+2]==0x55) //数据头eb 00 55的判断

{

ucRcType=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+3]; //数据类型 一个字节

uiRcSize=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+4]; //数据长度 两个字节

uiRcSize=uiRcSize<<8;

uiRcSize=uiRcSize+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+5];

ucRcCy=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]; //记录最后一个字节的校验

ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]=0; //清零最后一个字节的累加和变量

/* 注释四：

* 计算校验累加和的方法:除了最后一个字节，其它前面所有的字节累加起来，

* 溢出的不用我们管,C语言编译器会按照固定的规则自动处理。

* 以下for循环里的(3+1+2+uiRcSize)，其中3代表3个字节数据头，1代表1个字节数据类型，

* 2代表2个字节的数据长度变量，uiRcSize代表实际上一串数据中的有效数据个数。

*/

for(i=0;i<(3+1+2+uiRcSize);i++) //计算校验累加和

{

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

}

if(ucRcCy==ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]) //如果校验正确，则进入以下数据处理

{

switch(ucRcType) //根据不同的数据类型来做不同的数据处理

{

case 0x01: //驱动蜂鸣器发出声音，并且可以控制蜂鸣器持续发出声音的时间长度

uiRcVoiceTime=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6]; //把两个字节合并成一个int类型的数据

uiRcVoiceTime=uiRcVoiceTime<<8;

uiRcVoiceTime=uiRcVoiceTime+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+7];

ucVoiceLock=1; //共享数据的原子锁加锁

uiVoiceCnt=uiRcVoiceTime; //蜂鸣器发出声音

ucVoiceLock=0; //共享数据的原子锁解锁

break;

case 0x02: //点亮一个LED灯，并且可以控制LED灯持续亮的时间长度

uiRcLedTime=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6]; //把两个字节合并成一个int类型的数据

uiRcLedTime=uiRcLedTime<<8;

uiRcLedTime=uiRcLedTime+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+7];

ucLedLock=1; //共享数据的原子锁加锁

uiLedTime=uiRcLedTime; //更改点亮Led灯的时间长度

uiLedCnt=0; //在本程序中，清零计数器就等于自动点亮Led灯

ucLedLock=0; //共享数据的原子锁解锁

break;

}

}

break; //退出循环

}

uiRcMoveIndex++; //因为是判断数据头，游标向着数组最尾端的方向移动

}

uiRcregTotal=0; //清空缓冲的下标，方便下次重新从0下标开始接受新数据

}

}

void T0_time(void) interrupt 1 //定时中断

{

TF0=0; //清除中断标志

TR0=0; //关中断

/* 注释五：

* 此处多增加一个原子锁，作为中断与主函数共享数据的保护，实际上是借鉴了"红金龙吸味"关于原子锁的建议.

*/

if(ucSendCntLock==0) //原子锁判断

{

ucSendCntLock=1; //加锁

if(uiSendCnt

{

uiSendCnt++; //表面上这个数据不断累加，但是在串口中断里，每接收一个字节它都会被清零，除非这个中间没有串口数据过来

ucSendLock=1; //开自锁标志

}

ucSendCntLock=0; //解锁

}

if(ucVoiceLock==0) //原子锁判断

{

if(uiVoiceCnt!=0)

{

uiVoiceCnt--; //每次进入定时中断都自减1，直到等于零为止。才停止鸣叫

beep_dr=0; //蜂鸣器是PNP三极管控制，低电平就开始鸣叫。

}

else

{

; //此处多加一个空指令，想维持跟if括号语句的数量对称，都是两条指令。不加也可以。

beep_dr=1; //蜂鸣器是PNP三极管控制，高电平就停止鸣叫。

}

}

if(ucLedLock==0) //原子锁判断

{

if(uiLedCnt

{

uiLedCnt++; //Led灯点亮的时间计时器

}

}

TH0=0xfe; //重装初始值(65535-500)=65035=0xfe0b

TL0=0x0b;

TR0=1; //开中断

}

void usart_receive(void) interrupt 4 //串口接收数据中断

{

if(RI==1)

{

RI = 0;

++uiRcregTotal;

if(uiRcregTotal>const_rc_size) //超过缓冲区

{

uiRcregTotal=const_rc_size;

}

ucRcregBuf[uiRcregTotal-1]=SBUF; //将串口接收到的数据缓存到接收缓冲区里

if(ucSendCntLock==0) //原子锁判断

{

ucSendCntLock=1; //加锁

uiSendCnt=0; //及时喂狗，虽然在定时中断那边此变量会不断累加，但是只要串口的数据还没发送完毕，那么它永远也长不大,因为每个串口接收中断它都被清零。

ucSendCntLock=0; //解锁

}

}

else //我在其它单片机上都不用else这段代码的，可能在51单片机上多增加" TI = 0;"稳定性会更好吧。

{

TI = 0;

}

}

void delay_long(unsigned int uiDelayLong)

{

unsigned int i;

unsigned int j;

for(i=0;i

{

for(j=0;j<500;j++) //内嵌循环的空指令数量

{

; //一个分号相当于执行一条空语句

}

}

}

void initial_myself(void) //第一区 初始化单片机

{

led_dr=0; //关Led灯

beep_dr=1; //用PNP三极管控制蜂鸣器，输出高电平时不叫。

//配置定时器

TMOD=0x01; //设置定时器0为工作方式1

TH0=0xfe; //重装初始值(65535-500)=65035=0xfe0b

TL0=0x0b;

//配置串口

SCON=0x50;

TMOD=0X21;

TH1=TL1=-(11059200L/12/32/9600); //这段配置代码具体是什么意思，我也不太清楚，反正是跟串口波特率有关。

TR1=1;

}

void initial_peripheral(void) //第二区 初始化外围

{

EA=1; //开总中断

ES=1; //允许串口中断

ET0=1; //允许定时中断

TR0=1; //启动定时中断

}

总结陈词：

这一节讲了常用的自定义串口通讯协议的程序框架，这种框架在判断一串数据是否接收完毕的时候，都是靠“超过规定的时间内，没有发现串口数据”来判定的，这是我做绝大多数项目的串口程序框架，但是在少数要求实时反应非常快的项目中，我会用另外一种响应速度更快的串口程序框架，这种程序框架是什么样的?欲知详情，请听下回分解-----在串口接收中断里即时解析数据头的特殊程序框架。