2020年01月21日 | STM8S003F使用IO口模拟串口（三）使用中断方式发送和接收数据

在前两篇文章中我们介绍了IO口模拟串口发送数据和接收数据，前两种方法都是使用定时器来进行发送和接收，没有用到中断，优点是逻辑简单，但是缺点很明显，只能进行单个字节的发送和接收，而且不能同时工作。因此在实际工程中没有什么作用，仅供学习使用。使用中断方式我们可以发送和接收多个字节的数据。

1、使用中断方式进行IO口模拟串口发送和接收数据的原理

这篇文章我将使用中断的方式进行发送和接收，同样的，由于原理缺陷，这篇文章介绍的方法无法同时接收和发送，而且由于发送会延时，是一个不太好的方法，仅供学习使用。

注意：这篇文章实现的IO口模拟串口无法同时接收和发送数据！如有需要在实际项目中使用IO口模拟串口工作，请移步：

1.1、发送数据的原理

我们使用定时器更新中断来进行数据的发送，首先在发送函数中开启中断，然后在中断函数中逐位发送，直到发送10位（一个字节，我们暂时没有使用校验位）后关闭更新中断。

1.2、接收数据的原理

我们使用单片机的外部中断（IO中断）来开启比较中断，在比较中断中逐位接收，直到接收了10位后关闭比较中断，并保存接收的有效字节个数。

2、实现过程

同样的，在实现过程中，我们在工程文件夹SimUART中共分了4个文件夹（分别为System：存放系统文件；Project：存放项目文件；User：存放main.c和UserApp.c；My_Lib：存放其它常用的文件）。根据我们将用到的单片机的资源，我们在My_Lib中分了二个文件夹，分别是——IO：存放与IO口相关函数的文件；Time：与定时器和中断相关函数的文件。下面我贴出相关函数的.c文件，而.h文件省略不写，有需要的同学可以根据文章后面的网址下载使用。我的编程环境是IAR，需要自己建立IAR工程。下面详细介绍（Project和System省略不写，其中System只用了stm8s.h）。

2.1、一切从main()函数开始

同样的，我们建立完工程后需要从main()函数开始，为便于理解，我将使用逻辑伪代码，逻辑伪代码如下：

int main( void )

{

单片机时钟初始化;

IO口初始化;

定时器初始化;

中断初始化;

while(1)

{

if( 需要发送的数据数 > 0 )

{

发送;

需要发送的数据数 = 0;

}

}

}

我们首先需要进行初始化的配置All_Config()【在UserApp.c中】，代码如下：

//head file 

#include "UserApp.h"

#include "IO.h"

#include "User.h"

#include "Time.h"

#include "Delay.h"

u16 SimUART_SendData = 0xFF;

u8 SimUART_SendData_BitNum = 10;

u8  RxData_ValidNum = 0;

u16 RxDataValue_Temp = 0x0000;

//初始化函数

void All_Config( void )

{

    Clock_Config();

    IO_Init();  

    TIM2_Init();

    EXTI_Init();

}

其中User.h是我将自己常用的宏写在了一个文件里面，对应于main.c。在没有接外部时钟的时候，STM8S003F在启动时主时钟默认为HSI RC时钟的8分频，我们这里的初始化仅指定为16MHZ高速内部RC振荡器（HSI），也可以省略不写，Clock_Config()【在UserApp.c中】函数代码如下：

//初始化时钟 选择内部16M晶振

void Clock_Config()

{

    CLK->CKDIVR &= ~( BIT(4) | BIT(3) );

}

我选择单片机的PD2作为我的模拟串口的数据发送口，选择PD3作为我的模拟串口的数据接收口，IO_Init()【在IO.c中】函数代码如下：

//head file

#include "IO.h"

#include "User.h"

void IO_Init()

{

    //TXD:TXD位推挽输出  PD2

    SimUART_PORT->ODR |=  SimUART_PIN_TX; //0000 0100

    SimUART_PORT->DDR |=  SimUART_PIN_TX; //0000 0100

    SimUART_PORT->CR1 |=  SimUART_PIN_TX; //0000 0100  

    SimUART_PORT->CR2 &= ~SimUART_PIN_TX; //0000 0100

    //RXD:悬浮输入 高电平 PD3

    SimUART_PORT->IDR |=  SimUART_PIN_RX; //0000 1000

    SimUART_PORT->DDR &= ~SimUART_PIN_RX; //0000 1000

    SimUART_PORT->CR1 &= ~SimUART_PIN_RX; //0000 1000

    SimUART_PORT->CR2 &= ~SimUART_PIN_RX; //0000 1000

}

其中在IO.h中的宏定义为：

//宏定义

#define SimUART_PORT GPIOD

#define SimUART_PIN_TX 0X04   //PD2

#define SimUART_PIN_RX 0X08   //PD3

#define SimUART_PIN_RX_0 0X00 //PD3

#define SimUART_PIN_RX_1 0X08 //PD3

定时器的初始化和前面一样，具体操作可以见这里。代码如下：

void TIM2_Init()

{

    CLK->PCKENR1 |= CLK_PCKENR1_TIM2; //使能 TIM2 

    TIM2->PSCR    = 0x04;                //16分频 1MHZ 1us

    TIM2->ARRH    = ARRValue_9600 >> 8;  //自动装载 每52us复位一次TIM2

    TIM2->ARRL    = ARRValue_9600;        //每1us递减1

    TIM2->CNTRH = 0;              //定时器清零

    TIM2->CNTRL = 0; 

    TIM2->CR1 |= TIM2_CR1_CEN;    //开启定时器

}

其中Time.h中的宏定义为：

#define ARRValue_9600   104

中断初始化EXTI_Init()【在UserApp.c中】代码如下：

//初始化中断

void Interrupt_Init()

{

    //允许更新中断

    //TIM2->CR1 &= ~TIM2_CR1_UDIS;      //允许更新  可以不管默认为0

    TIM2->IER |= TIM2_IER_UIE;          //更新中断使能

    //IO口下降中断 初始化

    SimUART_PORT->CR2 |= 0x08;          //使能外部中断

    EXTI->CR1 = 0x80;                   //仅下降沿触发    

    //禁止比较中断

    TIM2->IER &= ~TIM2_IER_CC1IE;       //禁止捕获/比较1

}

根据上面的原理，我们知道：更新中断是在发送函数中打开的，因此更新初始化中使能；IO中断是通过下降沿（串口数据的起始位为低电平）打开的，因此设置成使能和下降沿触发；比较中断实在IO中断中打开的，因此设置成禁止。

2.2、模拟串口发送数据

完成时钟、IO口、定时器、中断的初始化以后我们就可以开始主体程序的设计了，逻辑伪代码如下：

//发送 函数

void SimUART_SendByte(u8 SendData)

{

等待一个字节发送完毕;

第一步：清除 更新更新中断标志位（保证不进入更新中断）;

第二步：数据调整（起始位为0，数据位不变，停止位和其它位为1）;

第三步： 开启更新中断;

}

//定时器更新中断  发送接收到的数据

#pragma vector = 对应向量标志位

__interrupt void SimUART_Update_IRQHandler(void)

{

第一步：清除 更新中断标志位（保证不进入更新中断）;

发送一个位计数;

if( 发送位为1 )

{

发送高电平;

}

esle

{

发送低电平;

}

移位，发送下一个位;

//完成了一个位的发送

if( 发送了10个位 )

{

关闭中断;

}

}

进入发送函数，首先应该清除更新中断标志位，然后写功能代码，结束前需要打开更新中断，从而去执行更新中断的代码。我们需要考虑为何需要一个延时来等待一个字节完成发送。在中断函数中我们是让一个字节发送完成以后才关闭中断的，如果不延时，可能发生一个字节还没有发送完成，却进入下一个更新中断的情况，因此需要等待，我们直接用一个标志位就能解决。对应向量标志位通过查芯片手册和头文件可以得到。发送函数在UserApp.c中，更新中断在Time.c中，发送部分代码如下：

void SimUART_SendByte(u8 SendData)

{   

    while( SimUART_SendData_BitNum < 10 );

    //清 更新中断标志位

    TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_UIF;

    //0000 0000 0000 0000 保证最低位（起始）为0，除数据位后全部为1

    SimUART_SendData = ( ( SendData << 1 )| (0xFE00) );

    SimUART_SendData_BitNum = 0;

    //开启更新中断

    TIM2-> IER |= TIM2_IER_UIE;    

}

//定时器更新中断  发送接收到的数据

#pragma vector = TIM2_Updata_vector

__interrupt void SimUART_Update_IRQHandler(void)

{

    //第一步，清中断标志位

    TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_UIF;

    //发送一个位 计数

    SimUART_SendData_BitNum++;

    if( ((SimUART_SendData) & 0X0001) )  //如果是高电平，发高电平

    {

        SimUART_PORT->ODR |= SimUART_PIN_TX;

    }

    else                                        //如果是低电平，发低电平

    { 

        SimUART_PORT->ODR &= ~SimUART_PIN_TX;

    }

    //发送一个位 

    SimUART_SendData >>= 1;

    if( 10 <= SimUART_SendData_BitNum )

    {      

        TIM2-> IER &= ~TIM2_IER_UIE;

    }

}

2.3、模拟串口接收数据

接收字节也是一个字节一个字节的接收的，由于单片机的始终可能存在误差（这是不可避免的），因此我们需要像个方法来除去这个误差，我们可以增大采样速度（减少采样时间）来排除，比如：我采集5次（发送数据波特率为9600，采集就要是这个的5倍速度），如果有三个是高电平我们就认为该位是高电平。另一种方法是，我们让采样点始终在一个电平的中间，这就用到了IO中断来开启比较中断。具体实现的逻辑伪代码如下：

//接收数据

//判断一个数据的开始  IO外部中断

#pragma vector = 对应向量标志位

__interrupt void SimUART_IO_IRQHandler(void)

{

关闭 IO中断 ;

设置 比较中断 ;

清除 比较中断 中断标志位;

打开 比较中断 ;

}

//接收数据  比较中断

#pragma vector = 对应向量标志位

__interrupt void SimUART_Capture_IRQHandler(void)

{

清除 比较中断 标志位;

接收位个数计数;

if( 接收位为1 )

{

将相应的位置1;

}

if( 接收了10个位 )

{

接收位个数清零;

关 比较中断;

清除 IO中断标志位;

开 IO中断;

接收到的有效字节个数计数;

}

}

两个中断函数均在Time.c中，具体实现代码如下：

//判断一个数据的开始  IO外部中断

#pragma vector = EXTI3_PD_vector

__interrupt void SimUART_IO_IRQHandler(void)

{

    //关闭IO中断

    SimUART_PORT->CR2 &= ~0x08;

    //设置比较中断

    TIM2-> CCMR1 &= 0x00;       //还是有问题

    //TIM2-> CCR1H = 0;

    TIM2-> CCR1L = TIM2->CNTRL + ( ARRValue_9600/2 );

    RxDataValue = 0x0000;

    //TIM2->CCER1 |= 0x00;

    TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_CC1IF;  //清中断标志位    

    TIM2->IER |=  TIM2_IER_CC1IE;  //使能 捕获/比较中断1  

}

//接收数据  比较中断

#pragma vector = TIM2_Capture_vector

__interrupt void SimUART_Capture_IRQHandler(void)

{

    //第一步，清中断标志位（防止始终进入中断）

    TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_CC1IF;  //清中断标志位

    RxDataNum++;

    if( SimUART_PIN_RX_1 == (SimUART_PORT->IDR & SimUART_PIN_RX_1 ) )//其次，接收10个位

    {

        RxDataValue |= ( 0x01 << (RxDataNum) );//该位 置1       

    }

    //第二步，读IO输入     

    //首先，判断是否接收了10个位             

    if(10 == RxDataNum)                 //如果是则

    {

        RxDataNum = 0;

        TIM2->IER &=  ~TIM2_IER_CC1IE;    //1、关 比较中断

        //STM8S没有外中断标志位，STM8L有标志位,因此暂时不需要清中断标志位

        SimUART_PORT->CR2 |= 0x08;        //2、开 IO中断

        //处理有效数据

        if(  (RxDataValue & 0x0402) == 0x0400 )

        {

            RxDataValue_Temp = ( RxDataValue >> 2 );

            RxData_ValidNum++;//接收字有效 节数

        }

    }

}

2.4、补全main()函数

int main( void )

{

    All_Config();       //初始化

    _asm("rim");        //开总中断

    while(1)           //发送循环

    {

        if( RxData_ValidNum > 0x00 )

        {

            SimUART_SendByte( RxDataValue_Temp );

            RxData_ValidNum = 0x00;

        }       

    }

    //return 0;

}

3、结束语

至此我们使用中断的方法来进行IO口模拟串口（未使用库函数）收发数据的功能已经实现，在本文章中，为了方便，我使用我的发送数据来验证我接收数据的正确性，因此先写的发送数据，再写的接收数据。正如前面所说，我是一个位一个位的发送和接受，在发送过程中有发送延时，这样的后果是如果是一个字符串的收发是没问题的，但是由于没有使用缓存区（即一个数组），导致我们收发数据不能分布于各个任务中，代码在实际项目中可能会出现一些问题，例如已接受就得发送，否则会出现错误，这回影响单片机在执行任务时产生问题。我将在后面进行介绍我们在实际工程中能够使用的全双工串口程序。值得注意的是，收发应该是单独存在的，我这里是为了方便反而让我的发送程序发送接收到的数据。