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关于串口数据的发送和接收(调试必备)

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楼主
对于串口的数据发送和接收,大多是都是利用串口中断来进行的,但是这样对于编程方面有一定要求,并且程序也不太好写,比如说,如果让你随意接收一段数据,然后利用串口将它发送出来,第一个需要考虑的问题就是接收数据的长度,怎么才知道一段数据是否结束?或者说如果串口助手上面没有可以在数据末尾加上结束标志的时候,你如何知道数据的结束?,这必然牵涉到一定的编程技巧。但是,之前在接触C语言的时候,我们就利用过printf和Scanf,那么我们能否利用它们?如果能够利用的话,那么就很方便了。

串口接收和发送机理
首先我们要知道的是串口的工作机理,串口是通过数据帧的发送,这里我就不多去牵扯那些基础的知识,假定我们使用的如下设置,波特率为9600,8位数据。其它的什么奇偶校验都不用。那么它与PC机之间的通信流程是怎么样的呢?第一,数据帧的大小是10位,包含起始位和结束位,起始位固定为0,结束位固定为1。比如现在PC机要向单片机传递数据,首先单片机检测到数据开始位0,那么单片机开始接受后面的数据,通过移位寄存器,一位一位将数据送入,当8位后,接收到结束标志,这个时候RI置位,单片机进入中断程序,软件置零RI,在最快的时间将SBUF中的值读取了,然后退出中断,等待下一个数据接收完毕,就这样将数据一个一个的传送进来。那么发送又是怎么样的呢?首先单片机将数据发送,然后在最后一位发送完毕后,TI置位,进入中断服务程序,将TI清零,接着发送下一个字节的数据,并且退出中断,等待发送完毕,就这样将数据一位一位发送出去。printf函数的使用

了解的串口的收发机理后,就可以思考编程的思路了,首先我们可以利用数组元素来一个字节一个字节的发送和接收,当然程序上的功夫是一定要的,既要保证数据完全发送出去,也要保证数据完整的被接受。这样是最复杂,但是却符合中断的机理,在字符间能够去做主程序得到事情。完全不浪费时间。但是,为了我们数据的收发简便,便于调试,我们需要这样的机理,比如需要发送数据的时候,那么一次性发送完,需要接收数据的时候,一次性接收完,在对于时间要求不高的情况下,这样是可行的!那么我们来看一下keil中STDIO.h的头文件里面自带的函数printf是如何工作的。首先printf中的函数是看不到的,其中的源码也没办法知道,但是我知道的是,它调用了一下库中的PUTCHAR的文件,大家可以点击进去看一下。



它最简单的版本就是一下显示的函数



那么,它采用了一种什么思想呢?就是查询发,也就是如果要发送的话,那么这段时间就只做发送这一件事。它在TI为1后,就将TI = 0 , 然后将数据放在SBUF中,然后在函数while( !TI )中等待数据发送完毕( TI就会置位 ),然后利用这个基本的函数,将数据全部发送出去,当然,这个只是它调用的一个函数,那么大部分还有看不到的,我们不用理会,只用知道一件事情就可以了,就是在调用printf这个函数的时候,我们一定要先将TI置位,那么printf才会正常运行,并且在\0的时候结束。所以,要想使用printf的话,就先设置好串口的波特率,不用开启中断,因为用的是查询法。



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沙发
喂什么玩意|  楼主 | 2023-9-24 01:03 | 只看该作者
下面就用程序来说明一下printf的使用方法!

首先设置好一切需要的必须寄存器



设置好寄存器后,就可以包含头文件进来STDIO.h,调用函数printf就可以了,下面是效果图




掌握了这个技巧,就可以随时通过printf的方便性,将程序的寄存值,或者内存变量的值输出出来,人机交互非常方便。今天就暂时写在这里,后面会更新关于数据的接收的程序思路。



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板凳
喂什么玩意|  楼主 | 2023-9-24 01:03 | 只看该作者
串口数据接收的程序设计
  在学习串口数据的接收之前,首先我们总结一下之前的printf的发送程序。

1、需要包含STDIO.h库文件

2、需要配置串口波特率等基本设置,并且只是输出的话就将ES置为0

3、在使用printf之前一定要将TI置为1

好了,现在来学习串口数据的接收,串口数据的接收一定会需要串口中断,因为串口数据的发送可以根据意愿去调用,可以不用中断,但是串口数据的接收就非常需要串口中断了,因为你不知道什么时候数据发送过来,如果用查询法的话,每次都要去轮训,并且在没有操作系统的时候,轮训带来的时间延迟是接收数据所不能接受的。因此我们必须将ES置为1

我们来看一下串口中断的向量表



由此可以看见当ES置为1的时候,即ES开关闭合,则RI和TI(接收完成标志和发送完成标志) 都能够触发串口中断,它们都共用串口中断4.但是根据我们之前的发送程序描述,我们的发送是根据printf查询发送的,是根据查询TI是否为1来查询发送。但是如果ES也开启了,TI为1就会造成串口中断的发生,这样对发送的程序会有所影响,因此需要在串口中断中用程序加以避免。具体方法后面介绍。这样接收所需要的第一个步骤就清楚了,即ES = 1.接下来谈一下后面的思路。在打开串口中断允许后,数据来的时候,就会触发接收串口中断,RI会置为1。数据开始接收,但是由于我们不知道数据到底接收到好久才截止,因此不知道什么时候才可以拿完整的数据来用。这个时候,我们可以采用一种定时的思路,比如当接收开始后,即开启一个200ms或者100ms的定时(如果波特率是9600的话,在1s最多可以接收到960个字节(起始位+数据位+停止位 = 10bit),而100ms可以传输96个字节)

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地板
喂什么玩意|  楼主 | 2023-9-24 01:04 | 只看该作者
在定时结束后就可以给一个标志位,表示接收完成,这个时候就可以拿数据用了。不过仔细想想的话,如果数据只有2个字,但是定时为100ms,那么就有大量的时间被延迟,不能保证数据快速就可以使用,并且如果发送端数据间隔短的话,就会导致数据重叠,让数据失效!所以这种方法是用在安全性和响应要求不严的场合,不建议使用。那么我们就另外想一个办法,因为串口中断接收的时候都会触发中断,那么如果在接收到第一个字节进入中断的时候就清除RI并且开启一个时间更小的定时,然后在里面查询RI是否被置为1(因为一个字节接收完成后RI就会置1,注意从这里开始已经用查询法了)如果在这个小的定时器间隔内再次来数据了,就将重置定时,并且处理数据,清除RI位,重复上面的步骤,直到接收到一个字节后,启动定时后,没有数据来了,这个时候就会超时,超时后就可以置位接收完成标志并推出中断!这样就解决了上一个方法,定时时间过长,延迟过长的问题。我画一个简单的图来说明



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5
喂什么玩意|  楼主 | 2023-9-24 01:04 | 只看该作者
我们来总结一下法二

1、ES = 1开启串口中断

2、第一个字节是以中断形式产生,后面的字节都是在中断中通过查询RI来接收

3、需要在接收每个字节后设置小定时,来判断是否接收结束,如果在小定时时间内RI = 1则继续接收重复上面的步骤,如果超时,则表示接收结束!

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6
喂什么玩意|  楼主 | 2023-9-24 01:04 | 只看该作者
接下来是程序设计部分

 


全局变量
bit RxOK = 0; //接收完成标志
uchar Rx[RX_MAX];

//串口初始化
void UartInit(void)                //9600bps@11.0592MHz
{
        SCON = 0x50;                //8位数据,可变波特率,不使用多机通信,允许接收
        PCON = 0; //波特率不加倍
        TMOD |= 0x20; //定时器1工作在八位自动重载模式下
        TH1 = 0xFD;                //设定定时初值
        TL1 = 0xFD;                //设定定时初值
        TR1 = 1;     //启动R1
        ES = 1;

        for(i = 0; i < RX_MAX; i++)
        {
                Rx[i] = '\0';
        }

}


void UartHandle() interrupt 4
{
    if( RI )
    {
     //只要是进入RI说明一次数据的接收开始了(注意是一次性全部接收完)
     //首先初始化要用到的变量
     //数组索引i、一个字节之前用到的定时UartCnt,以及超时标志UartCntOK
     uchar i;uint UartCnt = 0;bit UartCntOK = 0;
     //首先进入for循环来接收数据
     for( i = 0; i < RX_MAX; i++ ) //R_MAX是接收数组的最大值.
     {  
        //将RI置零,以告诉串口发送端,我即将接收你发来的一个字节!
        RI = 0;
        Rx[i] = SBUF;//将数据接收
        while( !RI ) //当RI为零的时候,表示没有数据发来,在while循环中等待数据发来,并开始计时
        {
            UartCnt++; //在里面等待的时候一直计时
            //如果计时等于3000(注:这里的3000可以灵活更改)
            //计算3000表示的计时时间大致为:3000*( 1(自加程序需要一个周期) + 2(判断程序需要两个周期) )*( 1/11.0592M )
            //大概为:3000*3*1/(11.0592*1000000)秒 ------- 换算为us为813us
            //(这个时间根据波特率更改,如果波特率高,则时间可以减少,如果波特率低,则时间可以增加)
            if( UartCnt == 5000 )
            {
                UartCntOK = 1; //如果超时,则置位超时标志,退出while循环
                break;
            }
        }
        if( UartCntOK )
        {
            RxOK= 1; //如果是超时的话,则退出For循环,并置位接收完成标志
            break;
        }
     }
        
    }
        if(TI)
        {
                TI = 0;
        }
}

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喂什么玩意|  楼主 | 2023-9-24 01:04 | 只看该作者
这里只是提供一种思路,大家知道这样一种过程就可以了,但是我分析之前写这文章的时候的思路,这个是不建议在项目或者比赛中使用的,最多就拿来调试程序那种,因为在使用中,对于波特率而设置时间的把控还是很难的。具体还是看使用的具体情况,具体情况具体分析吧。

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8
公羊子丹| | 2024-2-21 07:01 | 只看该作者

主电路那些环路产生的噪声会加到控制信号上

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9
万图| | 2024-2-21 08:04 | 只看该作者

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Uriah| | 2024-2-21 09:07 | 只看该作者

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帛灿灿| | 2024-2-21 11:03 | 只看该作者

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12
Bblythe| | 2024-2-21 12:06 | 只看该作者

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周半梅| | 2024-2-21 14:02 | 只看该作者

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Pulitzer| | 2024-2-21 15:05 | 只看该作者

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15
童雨竹| | 2024-2-21 17:01 | 只看该作者

交流电压在发射EMI

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16
Wordsworth| | 2024-2-21 18:04 | 只看该作者

中断产生于单片机内部和外部的各种设备

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17
Clyde011| | 2024-2-21 19:07 | 只看该作者

这样的设定只需在setup()中定义一次便能在整个程序中有效

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