2021年11月08日 | 51单片机实现常用的自定义串口通讯协议

一、使用proteus绘制简单的电路图，用于后续仿真

二、编写程序

/********************************************************************************************************************

---- @Project: USART

---- @File: main.c

---- @Edit: ZHQ

---- @Version: V1.0

---- @CreationTime: 20200711

---- @ModifiedTime: 20200711

---- @Description:

---- 波特率是：9600 。

---- 通讯协议：EB 00 55  GG HH HH XX XX …YY YY 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 fa 3e 

---- 单片机：AT89C52

********************************************************************************************************************/

#include "reg52.h"

/*——————宏定义——————*/

#define FOSC 11059200L

#define BAUD 9600

#define T1MS (65536-FOSC/12/500)   /*0.5ms timer calculation method in 12Tmode*/

#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*/

/*——————变量函数定义及声明——————*/

/*蜂鸣器的驱动IO口*/

sbit BEEP = P2^7;

/*LED*/

sbit LED = P3^5;

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*/

/*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*/

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

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

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

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 uiVoiceCnt = 0; /*蜂鸣器鸣叫的持续时间计数器*/

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*/

/**

* @brief  定时器0初始化函数

* @param  无

* @retval 初始化T0

**/

void Init_T0(void)

{

TMOD = 0x01;                    /*set timer0 as mode1 (16-bit)*/

TL0 = T1MS;                     /*initial timer0 low byte*/

TH0 = T1MS >> 8;                /*initial timer0 high byte*/

}

/**

* @brief  串口初始化函数

* @param  无

* @retval 初始化T0

**/

void Init_USART(void)

{

SCON = 0x50;

TMOD = 0x21;                    

TH1=TL1=-(FOSC/12/32/BAUD);

}

/**

* @brief  外围初始化函数

* @param  无

* @retval 初始化外围

* 让数码管显示的内容转移到以下几个变量接口上，方便以后编写更上一层的窗口程序。

* 只要更改以下对应变量的内容，就可以显示你想显示的数字。

**/

void Init_Peripheral(void)

{

ET0 = 1;/*允许定时中断*/

TR0 = 1;/*启动定时中断*/

TR1 = 1;

ES = 1; /*允许串口中断*/

EA = 1;/*开总中断*/  

}

/**

* @brief  初始化函数

* @param  无

* @retval 初始化单片机

**/

void Init(void)

{

LED  = 0;

BEEP = 1;

Init_T0();

Init_USART();

}

/**

* @brief  延时函数

* @param  无

* @retval 无

**/

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*/

          }

   }

}

///**

//* @brief  延时函数

//* @param  无

//* @retval 无

//**/

//void Delay_Short(unsigned int uiDelayShort)

//{

//   unsigned int i;

//   for(i=0;i//   {

// ; /*一个分号相当于执行一条空语句*/

//   }

//}

/**

* @brief  Led灯的服务程序

* @param  无

* @retval 无

**/

void led_service(void)

{

if(uiLedCnt < uiLedTime)

{

LED = 1; /*LED亮*/

}

else

{

LED = 0;

}

}

/**

* @brief  串口服务程序

* @param  无

* @retval 在main函数里

* 识别一串数据是否已经全部接收完了的原理:

* 在规定的时间里，如果没有接收到任何一个字节数据，那么就认为一串数据被接收完了，然后就进入数据协议

* 解析和处理的阶段。这个功能的实现要配合定时中断，串口中断的程序一起阅读，要理解他们之间的关系。

**/

void usart_service(void)

{

/*局部变量定义*/

unsigned int i;

/*如果超过了一定的时间内，再也没有新数据从串口来*/

if(uiSendCnt >= const_receive_time && ucSendLock == 1)

{

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*/

/*

* 判断数据头，进入循环解析数据协议必须满足两个条件:

* 第一：最大接收缓冲数据必须大于一串数据的长度（这里是5。包括2个有效数据，3个数据头）

* 第二：游标uiRcMoveIndex必须小于等于最大接收缓冲数据减去一串数据的长度（这里是5。包括2个有效数据，3个数据头）

*/

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

{

/*数据头的判断*/

if(ucRcregBuf[uiRcMoveIndex + 0] == 0xeb && ucRcregBuf[uiRcMoveIndex + 1] == 0x00 && ucRcregBuf[uiRcMoveIndex + 2] == 0x55)

{

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 = 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*/

/* 

* 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 + 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 += 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 += 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*/

}

}

/**

* @brief  定时器0中断函数

* @param  无

* @retval 无

**/

void ISR_T0(void) interrupt 1

{

TF0 = 0;  /*清除中断标志*/

TR0 = 0; /*关中断*/

/* 

* 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

*/

if(ucSendCntLock == 0) /*原子锁判断*/

{

ucSendCntLock = 1; /*加锁*/

if(uiSendCnt < const_receive_time) /*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*/

{

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 --;

BEEP = 0;

}

else

{

;

BEEP = 1;

}

}

if(ucLedLock == 0) /*原子锁判断*/

{

if(uiLedCnt < uiLedTime)

{

uiLedCnt ++; /*Led灯点亮的时间计时器*/

}

}

TL0 = T1MS;                     /*initial timer0 low byte*/

TH0 = T1MS >> 8;                /*initial timer0 high byte*/

  TR0 = 1; /*开中断*/

}

/**

* @brief  串口接收数据中断

* @param  无

* @retval 无

**/

void usart_receive(void) interrupt 4

{

if(RI == 1)

{

RI = 0;

++ uiRcregTotal;

if(uiRcregTotal > const_rc_size)

{

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main函数那边不断在累加，但是只要串口的数据还没发送完毕，那么它永远也长不大,因为每个中断都被清零。*/

ucSendCntLock = 0; /*解锁*/

}

}

else

{

TI = 0;

}

}

/*————————————主函数————————————*/

/**

* @brief  主函数

* @param  无

* @retval 实现LED灯闪烁

**/

void main()

{

/*单片机初始化*/

Init();

/*延时，延时时间一般是0.3秒到2秒之间，等待外围芯片和模块上电稳定*/

Delay_Long(100);

/*单片机外围初始化*/

Init_Peripheral();

while(1)

{

usart_service(); /*串口服务程序*/

led_service(); /*Led灯的服务程序*/

}

}

三、仿真实现