串口通信(7)判断数据帧头来接收一串数据

最新推荐文章于 2023-12-06 22:30:31 发布

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分类专栏：单片机基础单片机串口通信文章标签：单片机嵌入式硬件学习

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本文详细介绍了单片机串口通信中的码元、波特率概念，以及如何设计系统实现数据帧结构，包括起始位、停止位和帧头。还涉及硬件设计中的LED电路和软件设计中的定时器、中断处理。通过实例演示了如何发送字符串和控制LED灯响应数据帧内容。

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一、码元、波特率

1.1码元

用相同时间间隔的符号来表示一个二进制数，一般来说，码元≠比特(1个二进制数相当于1个比特，用1bit表示)，例如，有4种状态(0、1、2、3)，分别用二进制数表示，即为00、01、10、11，因此1码元=2比特，特殊地，如果是2种状态(0、1)，可以用0、1两个二进制数分别表示两种状态，此时1码元=1比特。在串口通信中，每次发送数据都是一个一个地发送，因此串口通信码元=比特。

1.2波特率

单位时间内发送的码元数，称为波特率，单位为b/s。

我们常用9600b/s，每发送1比特需要的时间为1s/9600=104us

二、数据帧

2.1起始位

1位，表示一次通信的开始，给接收器时钟一个同步，告知接收端开始接收数据。

2.2停止位

1位，一次通信的结束。

2.3数据-帧头

串口通信帧头（也称为帧起始标志）是用来标识一个串口通信帧的开始位置的特殊字符。它的作用是让接收端能够正确地识别数据帧的开始位置，以便接收端能够正确地解析整个数据帧。帧头通常是一个固定的特定字符或字符组合。

三、系统设计

3.1设计要求

本次设计，最开始，单片机com1发送Wait for Serial Communication Tset Start.和Please Send a string of data:这两个字符串到虚拟串口com3，然后由虚拟串口com3发送数据给单片机com1，单片机接收数据后能够重新发回给com3。发送的数据由帧头+数据组成，帧头为AA 55 AA 55，数据有2种情况，当数据为01 02时，接P1^0的LED灯亮，当数据为02 01时，接P1^0的LED灯灭，当数据错误时，LED灯无反应（已近亮了无法灭，已近灭的无法亮）。另外，虚拟终端能接收到单片机发送的数据。

3.2系统原理

串口发送数据不是一次性发送，而是一个一个字符/字节发送。波特率为9600b/s，发送一个比特需要时间要104us，定时器可以定时1ms，若是定时时间超过5ms（规定值，一般是3ms-8ms），则说明接收数据完成，因此可以定义定时计数变量recv_timer_cnt，该变量每+1，定时累加1ms，如果该变量值超过5，则定时超过5ms，则接收完成，每接收一个数据，定时计数变量recv_timer_cnt清0，接收的数据存储到数组recv_buf。

接收完成后要判断数据是否正确并对正确数据进行解析，可以设定一个帧头变量recv_move_index，判断数组recv_buf每一个数据是否正确，有错误的，跳出该判断，将帧头变量+1，然后继续重头判断，直到判断到正确的一串数据或结束，判断到正确的一串数据，就开始对数据进行解析（处理LED）。

3.3硬件设计

3.3.1串口设计

3.3.2LED电路

LED灯采用共阳极接法，左端接电源，右端先接电阻再接到P1^0。

3.4软件设计

3.4.1发送数据

void sendByte(unsigned char dat) //发送一帧数据功能函数
{
	SBUF=dat;
	while(!TI);
	TI=0;
}

void sendString(unsigned char *dat)//发送字符串函数
{
	while(*dat != '\0')
	{
		sendByte(*dat++);
	}
}

3.4.2串口初始化

void UartInit(void)		//9600bps@11.0592MHz
{
	PCON &= 0x7F;		//波特率不倍速
	SCON = 0x50;		//8位数据,可变波特率
	TMOD &= 0x0F;		//设置定时器模式
	TMOD |= 0x20;		//设置定时器模式
	TL1 = 0xFD;			//设置定时初始值
	TH1 = 0xFD;			//设置定时重载值
	ET1 = 0;			  //禁止定时器中断
	ES=1;           //串口中断打开
	TR1 = 1;			  //定时器1开始计时
}

3.4.3接收中断

void ES_timers() interrupt 4 //接收中断
{
	if(RI)
	{ 
		RI=0; 
		start_timer=1;//1.开定时器标志位置1
    if(recv_cnt<MAX_REX_NUM)	//在规定字符长度范围内接收数据	
		{
			recv_buf[recv_cnt]=SBUF; //2.接收数据
			recv_cnt++; 
		}
		else
		{
			recv_cnt=MAX_REX_NUM;
		}
		recv_timer_cnt=0; //3.每接收一帧数据就计数清0
	}
}

3.4.4定时器初始化

void Timer0_Init(void)		//1毫秒@11.0592MHz
{
	TMOD &= 0xF0;			//设置定时器模式
	TMOD |= 0x01;			//设置定时器模式
	TL0 = 0x66;				//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值
	TF0 = 0;				//清除TF0标志
	ET0=1;          //定时器0中断打开
	TR0 = 1;				//定时器0开始计时
}

3.4.5定时器中断模块

void T0_timer() interrupt 1 //利用1ms计数，判断是否接收完成
{
	TR0=0;
	if(start_timer == 1)//软件定时器打开
	{
		recv_timer_cnt++;//计数加1
		if(recv_timer_cnt>MAX_timer_cnt) //计数值超过规定范围说明接收完成
	  {
		  recv_timer_cnt=0;//计数重新置0 
		  
		  recv_flag=1;//接收完成标志位置1
	  }
	}
	TL0 = 0x66;				//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值
	TR0=1;
}

3.4.6处接收数据理模块

void uart_service(unsigned char *buf) //完成对接收正确性的判断及相应解析
{
	unsigned char recv_move_index;//帧头变量的定义
	if(recv_flag)//接收完成开始解析
		{
			start_timer=0;//接收完成要关闭软件定时器
			recv_flag=0;//接收完成标志位置0，以便下次接收
			sendString(buf);//发送接收缓冲区的数据
			while((recv_cnt>=6)&&(recv_move_index<=recv_cnt))//数据字节大于等于6，帧头不能超过数据字节
			{
				if((buf[recv_move_index+0]==0xAA)&&(buf[recv_move_index+1]==0x55)&&(buf[recv_move_index+2]==0xAA)&&(buf[recv_move_index+3]==0x55))
					    //满足帧头 AA 55 AA 55
				{
						if((buf[recv_move_index+4]==0x01)&&(buf[recv_move_index+5]==0x02))
							//帧头后数据为01 02时LED亮
						{
							LED=0;
						}
						if((buf[recv_move_index+4]==0x02)&&(buf[recv_move_index+5]==0x01))
							//帧头后数据为02 01时LED灭
						{
							LED=1;
						}
						break;//满足帧头和数据退出while循环
				}
				recv_move_index++;//帧头移动1位
			}
			recv_cnt=0;
            clr_recvbuffer(buf);//清除缓冲函数
		}
}