13.5 串口通信原理和控制程序

/*****************************Uart.c 文件程序源代码*****************************/
#include <reg52.h>
bit flagFrame = 0; //帧接收完成标志，即接收到一帧新数据
bit flagTxd = 0; //单字节发送完成标志，用来替代 TXD 中断标志位
unsigned char cntRxd = 0; //接收字节计数器
unsigned char pdata bufRxd[64]; //接收字节缓冲区
extern void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len);
/* 串口配置函数，baud-通信波特率 */
void ConfigUART(unsigned int baud){
    SCON = 0x50; //配置串口为模式 1
    TMOD &= 0x0F; //清零 T1 的控制位
    TMOD |= 0x20; //配置 T1 为模式 2
    TH1 = 256 - (11059200/12/32)/baud; //计算 T1 重载值
    TL1 = TH1; //初值等于重载值
    ET1 = 0; //禁止 T1 中断
    ES = 1; //使能串口中断
    TR1 = 1; //启动 T1
}
/* 串口数据写入，即串口发送函数，buf-待发送数据的指针，len-指定的发送长度 */
void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len){
    while (len--){ //循环发送所有字节
        flagTxd = 0; //清零发送标志
        SBUF = *buf++; //发送一个字节数据
        while (!flagTxd); //等待该字节发送完成
    }
}
/* 串口数据读取函数，buf-接收指针，len-指定的读取长度，返回值-实际读到的长度 */
unsigned char UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len){
    unsigned char i;
    //指定读取长度大于实际接收到的数据长度时，
    //读取长度设置为实际接收到的数据长度
    if (len > cntRxd){
        len = cntRxd;
    }
    for (i=0; i<len; i++){ //拷贝接收到的数据到接收指针上
        *buf++ = bufRxd[i];
    }
    cntRxd = 0; //接收计数器清零
    return len; //返回实际读取长度
}
/* 串口接收监控，由空闲时间判定帧结束，需在定时中断中调用，ms-定时间隔 */
void UartRxMonitor(unsigned char ms){
    static unsigned char cntbkp = 0;
    static unsigned char idletmr = 0;
   
    if (cntRxd > 0){ //接收计数器大于零时，监控总线空闲时间
        if (cntbkp != cntRxd){ //接收计数器改变，即刚接收到数据时，清零空闲计时
            cntbkp = cntRxd;
            idletmr = 0;
        }else{ //接收计数器未改变，即总线空闲时，累积空闲时间
            if (idletmr < 30){ //空闲计时小于 30ms 时，持续累加
                idletmr += ms;
                if (idletmr >= 30){ //空闲时间达到 30ms 时，即判定为一帧接收完毕
                    flagFrame = 1; //设置帧接收完成标志
                }
            }
        }
    }else{
        cntbkp = 0;
    }
}
/* 串口驱动函数，监测数据帧的接收，调度功能函数，需在主循环中调用 */
void UartDriver(){
    unsigned char len;
    unsigned char pdata buf[40];
    if (flagFrame){ //有命令到达时，读取处理该命令
        flagFrame = 0;
        len = UartRead(buf, sizeof(buf)); //将接收到的命令读取到缓冲区中
        UartAction(buf, len); //传递数据帧，调用动作执行函数
    }
}
/* 串口中断服务函数 */
void InterruptUART() interrupt 4{
    if (RI){ //接收到新字节
        RI = 0; //清零接收中断标志位
        //接收缓冲区尚未用完时，保存接收字节，并递增计数器
        if (cntRxd < sizeof(bufRxd)){{
            bufRxd[cntRxd++] = SBUF;
        }
    }
    if (TI){ //字节发送完毕
        TI = 0; //清零发送中断标志位
        flagTxd = 1; //设置字节发送完成标志
    }
}

/*****************************main.c 文件程序源代码******************************/
#include <reg52.h>
sbit BUZZ = P1^6; //蜂鸣器控制引脚
bit flagBuzzOn = 0; //蜂鸣器启动标志
unsigned char T0RH = 0; //T0 重载值的高字节
unsigned char T0RL = 0; //T0 重载值的低字节
void ConfigTimer0(unsigned int ms);
extern void UartDriver();
extern void ConfigUART(unsigned int baud);
extern void UartRxMonitor(unsigned char ms);
extern void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len);
extern void InitLcd1602();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);
extern void LcdAreaClear(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char len);
void main(){
    EA = 1; //开总中断
    ConfigTimer0(1); //配置 T0 定时 1ms
    ConfigUART(9600); //配置波特率为 9600
    InitLcd1602(); //初始化液晶
    while (1){
        UartDriver(); //调用串口驱动
    }
}
/* 内存比较函数，比较两个指针所指向的内存数据是否相同，
ptr1-待比较指针 1，ptr2-待比较指针 2，len-待比较长度
返回值-两段内存数据完全相同时返回 1，不同返回 0 */
bit CmpMemory(unsigned char *ptr1, unsigned char *ptr2, unsigned char len){
    while (len--){
        if (*ptr1++ != *ptr2++){ //遇到不相等数据时即刻返回 0
            return 0;
        }
    }
    return 1; //比较完全部长度数据都相等则返回 1
}
/* 串口动作函数，根据接收到的命令帧执行响应的动作
buf-接收到的命令帧指针，len-命令帧长度 */
void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len){
    unsigned char i;
    unsigned char code cmd0[] = "buzz on"; //开蜂鸣器命令
    unsigned char code cmd1[] = "buzz off"; //关蜂鸣器命令
    unsigned char code cmd2[] = "showstr "; //字符串显示命令
    unsigned char code cmdLen[] = { //命令长度汇总表
        sizeof(cmd0)-1, sizeof(cmd1)-1, sizeof(cmd2)-1,
    };
   
    unsigned char code *cmdPtr[] = { //命令指针汇总表
        &cmd0[0], &cmd1[0], &cmd2[0],
    };
    for (i=0; i<sizeof(cmdLen); i++){ //遍历命令列表，查找相同命令
        if (len >= cmdLen[i]){ //首先接收到的数据长度要不小于命令长度
            if (CmpMemory(buf, cmdPtr[i], cmdLen[i])){ //比较相同时退出循环
                break;
            }
        }
    }
    switch (i){ //循环退出时 i 的值即是当前命令的索引值
        case 0:
            flagBuzzOn = 1; //开启蜂鸣器
            break;
        case 1:
            flagBuzzOn = 0; //关闭蜂鸣器
            break;
        case 2:
            buf[len] = ‘\0‘; //为接收到的字符串添加结束符
            LcdShowStr(0, 0, buf+cmdLen[2]); //显示命令后的字符串
            i = len - cmdLen[2]; //计算有效字符个数
            if (i < 16){ //有效字符少于 16 时，清除液晶上的后续字符位
                LcdAreaClear(i, 0, 16-i);
            }
            break;
        default: //未找到相符命令时，给上机发送“错误命令”的提示
            UartWrite("bad command.\r\n", sizeof("bad command.\r\n")-1);
            return;
    }
    buf[len++] = ‘\r‘; //有效命令被执行后，在原命令帧之后添加
    buf[len++] = ‘\n‘; //回车换行符后返回给上位机，表示已执行
    UartWrite(buf, len);
}
/* 配置并启动 T0，ms-T0 定时时间 */
void ConfigTimer0(unsigned int ms){
    unsigned long tmp; //临时变量
    tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率
    tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值
    tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值
    tmp = tmp + 33; //补偿中断响应延时造成的误差
    T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节
    T0RL = (unsigned char)tmp;
    TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位
    TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1
    TH0 = T0RH; //加载 T0 重载值
    TL0 = T0RL;
    ET0 = 1; //使能 T0 中断
    TR0 = 1; //启动 T0
}
/* T0 中断服务函数，执行串口接收监控和蜂鸣器驱动 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{
    TH0 = T0RH; //重新加载重载值
    TL0 = T0RL;
    if (flagBuzzOn){ //执行蜂鸣器鸣叫或关闭
        BUZZ = ~BUZZ;
    }else{
        BUZZ = 1;
    }
    UartRxMonitor(1); //串口接收监控
}

/***************************Lcd1602.c 文件程序源代码*****************************/
#include <reg52.h>
#define LCD1602_DB P0
sbit LCD1602_RS = P1^0;
sbit LCD1602_RW = P1^1;
sbit LCD1602_E = P1^5;
/* 等待液晶准备好 */
void LcdWaitReady(){
    unsigned char sta;
    LCD1602_DB = 0xFF;
    LCD1602_RS = 0;
    LCD1602_RW = 1;
    do {
        LCD1602_E = 1;
        sta = LCD1602_DB; //读取状态字
        LCD1602_E = 0;
    } while (sta & 0x80); //bit7 等于 1 表示液晶正忙，重复检测直到其等于 0 为止
}
/* 向 LCD1602 液晶写入一字节命令，cmd-待写入命令值 */
void LcdWriteCmd(unsigned char cmd){
    LcdWaitReady();
    LCD1602_RS = 0;
    LCD1602_RW = 0;
    LCD1602_DB = cmd;
    LCD1602_E = 1;
    LCD1602_E = 0;
}
/* 向 LCD1602 液晶写入一字节数据，dat-待写入数据值 */
void LcdWriteDat(unsigned char dat){
    LcdWaitReady();
    LCD1602_RS = 1;
    LCD1602_RW = 0;
    LCD1602_DB = dat;
    LCD1602_E = 1;
    LCD1602_E = 0;
}
/* 设置显示 RAM 起始地址，亦即光标位置，(x,y)-对应屏幕上的字符坐标 */
void LcdSetCursor(unsigned char x, unsigned char y){
    unsigned char addr;
    if (y == 0){ //由输入的屏幕坐标计算显示 RAM 的地址
        addr = 0x00 + x; //第一行字符地址从 0x00 起始
    }else{
        addr = 0x40 + x; //第二行字符地址从 0x40 起始
    }
    LcdWriteCmd(addr | 0x80); //设置 RAM 地址
}
/* 在液晶上显示字符串，(x,y)-对应屏幕上的起始坐标，str-字符串指针 */
void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str){
    LcdSetCursor(x, y); //设置起始地址
    while (*str != ‘\0‘){ //连续写入字符串数据，直到检测到结束符
        LcdWriteDat(*str++);
    }
}
/* 区域清除，清除从(x,y)坐标起始的 len 个字符位 */
void LcdAreaClear(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char len){
    LcdSetCursor(x, y); //设置起始地址
    while (len--){ //连续写入空格
        LcdWriteDat(‘ ‘);
    }
}
/* 初始化 1602 液晶 */
void InitLcd1602(){
    LcdWriteCmd(0x38); //16*2 显示，5*7 点阵，8 位数据接口
    LcdWriteCmd(0x0C); //显示器开，光标关闭
    LcdWriteCmd(0x06); //文字不动，地址自动+1
    LcdWriteCmd(0x01); //清屏
}