第40節：常用的自定義串口通訊協議
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上一節講了判斷數據頭的程序框架，但是在很多項目中，僅僅靠判斷數據頭還是不夠的，必須要有更加詳細的通訊協議，比如可以包含數據類型，數據地址，有效數據長度，有效數據，數據校驗的通訊協議。這一節要教會大家三個知識點：
本文引用地址：http://cqxgywz.com/article/201611/319768.htm第一個：常用自定義串口通訊協議的程序框架。
第二個：累加校驗和的校驗方法。累加和的意思是前面所有字節的數據相加，超過一個字節的溢出部分會按照固定的規則自動丟棄，不用我們管。比如以下數據：
eb 00 55 01 00 02 0028 6b
其中eb 00 55為數據頭，01為數據類型，00 02為有效數據長度，00 28 分別為具體的有效數據，6b為前面所有字節的累加和。累加和可以用電腦系統自帶的計算器來驗證。打開電腦上的計算器，點擊“查看”下拉的菜單，選“科學型”，然后選左邊的“十六進制”，最后選右邊的“字節”，然后把前面所有的字節相加，它們的和就是6b，沒錯吧。
第三個：原子鎖的使用方法，實際上是借鑒了"紅金龍吸味"關于原子鎖的建議，專門用來保護中斷與主函數的共享數據。
具體內容，請看源代碼講解。
(1)硬件平臺：
基于朱兆祺51單片機學習板。
(2)實現功能：
波特率是：9600.
通訊協議：EB 00 55 GG HH HH XX XX …YYYY CY
其中第1,2,3位EB 00 55就是數據頭
其中第4位GG就是數據類型。01代表驅動奉命，02代表驅動Led燈。
其中第5,6位HH就是有效數據長度。高位在左，低位在右。
其中第5,6位HH就是有效數據長度。高位在左，低位在右。
其中從第7位開始，到最后一個字節Cy之前，XX..YY都是具體的有效數據。
在本程序中，當數據類型是01時，有效數據代表蜂鳴器鳴叫的時間長度。當數據類型是02時，有效數據代表Led燈點亮的時間長度。
最后一個字節CY是累加和，前面所有字節的累加。
發送以下測試數據，將會分別控制蜂鳴器和Led燈的驅動時間長度。
蜂鳴器短叫發送：eb 00 55 01 00 02 00 28 6b
蜂鳴器長叫發送：eb 00 55 01 00 02 00 fa 3d
Led燈短亮發送：eb 00 55 02 00 02 00 28 6c
Led燈長亮發送：eb 00 55 02 00 02 00 fa3e
(3)源代碼講解如下：
#include "REG52.H"
/* 注釋一：
* 請評估實際項目中一串數據的最大長度是多少，并且留點余量，然后調整const_rc_size的大小。
* 本節程序把上一節的緩沖區數組大小10改成了20
*/
#define const_rc_size 20 //接收串口中斷數據的緩沖區數組大小
#define const_receive_time 5 //如果超過這個時間沒有串口數據過來，就認為一串數據已經全部接收完，這個時間根據實際情況來調整大小
void initial_myself(void);
void initial_peripheral(void);
void delay_long(unsigned int uiDelaylong);
void T0_time(void); //定時中斷函數
void usart_receive(void); //串口接收中斷函數
void usart_service(void); //串口服務程序,在main函數里
void led_service(void); //Led燈的服務程序。
sbit led_dr=P3^5; //Led的驅動IO口
sbit beep_dr=P2^7; //蜂鳴器的驅動IO口
unsigned int uiSendCnt=0; //用來識別串口是否接收完一串數據的計時器
unsigned char ucSendLock=1; //串口服務程序的自鎖變量，每次接收完一串數據只處理一次
unsigned int uiRcregTotal=0; //代表當前緩沖區已經接收了多少個數據
unsigned char ucRcregBuf[const_rc_size]; //接收串口中斷數據的緩沖區數組
unsigned int uiRcMoveIndex=0; //用來解析數據協議的中間變量
/* 注釋二：
* 為串口計時器多增加一個原子鎖，作為中斷與主函數共享數據的保護，實際上是借鑒了"紅金龍吸味"關于原子鎖的建議.
*/
unsigned char ucSendCntLock=0; //串口計時器的原子鎖
unsigned int uiVoiceCnt=0; //蜂鳴器鳴叫的持續時間計數器
unsigned char ucVoiceLock=0; //蜂鳴器鳴叫的原子鎖
unsigned char ucRcType=0; //數據類型
unsigned int uiRcSize=0; //數據長度
unsigned char ucRcCy=0; //校驗累加和
unsigned int uiRcVoiceTime=0; //蜂鳴器發出聲音的持續時間
unsigned int uiRcLedTime=0; //在串口服務程序中，Led燈點亮時間長度的中間變量
unsigned int uiLedTime=0; //Led燈點亮時間的長度
unsigned int uiLedCnt=0; //Led燈點亮的計時器
unsigned char ucLedLock=0; //Led燈點亮時間的原子鎖
void main()
{
initial_myself();
delay_long(100);
initial_peripheral();
while(1)
{
usart_service(); //串口服務程序
led_service(); //Led燈的服務程序
}
}
void led_service(void)
{
if(uiLedCnt
{
led_dr=1; //開Led燈
}
else
{
led_dr=0; //關Led燈
}
}
void usart_service(void) //串口服務程序,在main函數里
{
/* 注釋三：
* 我借鑒了朱兆祺的變量命名習慣，單個字母的變量比如i,j,k,h，這些變量只用作局部變量，直接在函數內部定義。
*/
unsigned int i;
if(uiSendCnt>=const_receive_time&&ucSendLock==1) //說明超過了一定的時間內，再也沒有新數據從串口來
{
ucSendLock=0; //處理一次就鎖起來，不用每次都進來,除非有新接收的數據
//下面的代碼進入數據協議解析和數據處理的階段
uiRcMoveIndex=0; //由于是判斷數據頭，所以下標移動變量從數組的0開始向最尾端移動
while(uiRcregTotal>=5&&uiRcMoveIndex<=(uiRcregTotal-5))
{
if(ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+0]==0xeb&&ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+1]==0x00&&ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+2]==0x55) //數據頭eb 00 55的判斷
{
ucRcType=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+3]; //數據類型 一個字節
uiRcSize=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+4]; //數據長度 兩個字節
uiRcSize=uiRcSize<<8;
uiRcSize=uiRcSize+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+5];
ucRcCy=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]; //記錄最后一個字節的校驗
ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]=0; //清零最后一個字節的累加和變量
/* 注釋四：
* 計算校驗累加和的方法:除了最后一個字節，其它前面所有的字節累加起來，
* 溢出的不用我們管,C語言編譯器會按照固定的規則自動處理。
* 以下for循環里的(3+1+2+uiRcSize)，其中3代表3個字節數據頭，1代表1個字節數據類型，
* 2代表2個字節的數據長度變量，uiRcSize代表實際上一串數據中的有效數據個數。
*/
for(i=0;i<(3+1+2+uiRcSize);i++) //計算校驗累加和
{
ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+i];
}
if(ucRcCy==ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6+uiRcSize]) //如果校驗正確，則進入以下數據處理
{
switch(ucRcType) //根據不同的數據類型來做不同的數據處理
{
case 0x01: //驅動蜂鳴器發出聲音，并且可以控制蜂鳴器持續發出聲音的時間長度
uiRcVoiceTime=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6]; //把兩個字節合并成一個int類型的數據
uiRcVoiceTime=uiRcVoiceTime<<8;
uiRcVoiceTime=uiRcVoiceTime+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+7];
ucVoiceLock=1; //共享數據的原子鎖加鎖
uiVoiceCnt=uiRcVoiceTime; //蜂鳴器發出聲音
ucVoiceLock=0; //共享數據的原子鎖解鎖
break;
case 0x02: //點亮一個LED燈，并且可以控制LED燈持續亮的時間長度
uiRcLedTime=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+6]; //把兩個字節合并成一個int類型的數據
uiRcLedTime=uiRcLedTime<<8;
uiRcLedTime=uiRcLedTime+ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+7];
ucLedLock=1; //共享數據的原子鎖加鎖
uiLedTime=uiRcLedTime; //更改點亮Led燈的時間長度
uiLedCnt=0; //在本程序中，清零計數器就等于自動點亮Led燈
ucLedLock=0; //共享數據的原子鎖解鎖
break;
}
}
break; //退出循環
}
uiRcMoveIndex++; //因為是判斷數據頭，游標向著數組最尾端的方向移動
}
uiRcregTotal=0; //清空緩沖的下標，方便下次重新從0下標開始接受新數據
}
}
void T0_time(void) interrupt 1 //定時中斷
{
TF0=0; //清除中斷標志
TR0=0; //關中斷
/* 注釋五：
* 此處多增加一個原子鎖，作為中斷與主函數共享數據的保護，實際上是借鑒了"紅金龍吸味"關于原子鎖的建議.
*/
if(ucSendCntLock==0) //原子鎖判斷
{
ucSendCntLock=1; //加鎖
if(uiSendCnt
{
uiSendCnt++; //表面上這個數據不斷累加，但是在串口中斷里，每接收一個字節它都會被清零，除非這個中間沒有串口數據過來
ucSendLock=1; //開自鎖標志
}
ucSendCntLock=0; //解鎖
}
if(ucVoiceLock==0) //原子鎖判斷
{
if(uiVoiceCnt!=0)
{
uiVoiceCnt--; //每次進入定時中斷都自減1，直到等于零為止。才停止鳴叫
beep_dr=0; //蜂鳴器是PNP三極管控制，低電平就開始鳴叫。
}
else
{
; //此處多加一個空指令，想維持跟if括號語句的數量對稱，都是兩條指令。不加也可以。
beep_dr=1; //蜂鳴器是PNP三極管控制，高電平就停止鳴叫。
}
}
if(ucLedLock==0) //原子鎖判斷
{
if(uiLedCnt
{
uiLedCnt++; //Led燈點亮的時間計時器
}
}
TH0=0xfe; //重裝初始值(65535-500)=65035=0xfe0b
TL0=0x0b;
TR0=1; //開中斷
}
void usart_receive(void) interrupt 4 //串口接收數據中斷
{
if(RI==1)
{
RI = 0;
++uiRcregTotal;
if(uiRcregTotal>const_rc_size) //超過緩沖區
{
uiRcregTotal=const_rc_size;
}
ucRcregBuf[uiRcregTotal-1]=SBUF; //將串口接收到的數據緩存到接收緩沖區里
if(ucSendCntLock==0) //原子鎖判斷
{
ucSendCntLock=1; //加鎖
uiSendCnt=0; //及時喂狗，雖然在定時中斷那邊此變量會不斷累加，但是只要串口的數據還沒發送完畢，那么它永遠也長不大,因為每個串口接收中斷它都被清零。
ucSendCntLock=0; //解鎖
}
}
else //我在其它單片機上都不用else這段代碼的，可能在51單片機上多增加" TI = 0;"穩定性會更好吧。
{
TI = 0;
}
}
void delay_long(unsigned int uiDelayLong)
{
unsigned int i;
unsigned int j;
for(i=0;i
{
for(j=0;j<500;j++) //內嵌循環的空指令數量
{
; //一個分號相當于執行一條空語句
}
}
}
void initial_myself(void) //第一區 初始化單片機
{
led_dr=0; //關Led燈
beep_dr=1; //用PNP三極管控制蜂鳴器，輸出高電平時不叫。
//配置定時器
TMOD=0x01; //設置定時器0為工作方式1
TH0=0xfe; //重裝初始值(65535-500)=65035=0xfe0b
TL0=0x0b;
//配置串口
SCON=0x50;
TMOD=0X21;
TH1=TL1=-(11059200L/12/32/9600); //這段配置代碼具體是什么意思，我也不太清楚，反正是跟串口波特率有關。
TR1=1;
}
void initial_peripheral(void) //第二區 初始化外圍
{
EA=1; //開總中斷
ES=1; //允許串口中斷
ET0=1; //允許定時中斷
TR0=1; //啟動定時中斷
}
總結陳詞：
這一節講了常用的自定義串口通訊協議的程序框架，這種框架在判斷一串數據是否接收完畢的時候，都是靠“超過規定的時間內，沒有發現串口數據”來判定的，這是我做絕大多數項目的串口程序框架，但是在少數要求實時反應非常快的項目中，我會用另外一種響應速度更快的串口程序框架，這種程序框架是什么樣的?欲知詳情，請聽下回分解-----在串口接收中斷里即時解析數據頭的特殊程序框架。
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