51单片机应用开发(进阶)---51单片机串口重定向printf函数打印

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分类专栏： 51单片机应用开发基础文章标签：单片机 51单片机嵌入式硬件

于 2024-11-25 16:37:27 首次发布

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实现目标

1、掌握51单片机的串口重定向

2、掌握printf 输出格式

3、具体目标：1）实现printf “打印”各种常用的类型的数据变量

一、串口“打印”

UART串口通信协议是我们常用的通信协议（UART、I2C、SPI等）之一，全称叫做通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），是异步串行通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。

UART 在开发中应用最多莫过于“打印”程序信息，一般在硬件设计时都会预留一个UART 通信接口连接至电脑，用于在调试程序时可以把一些调试信息“打印”在电脑端的串口调试助手工具上，从而了解程序运行是否正确、如果出错，具体在哪里出错等等。

二、格式化输出函数printf

2.1 printf的一般格式

printf函数的一般格式为：
printf（格式控制字符串，输出值参数表）；

如：

printf（"f=%f,c=%f\n",f,c）;

其中，f=%f,c=%f\n 是格式控制字符串，f,c 是输出值参数表。

（1）格式控制字符串是用双引号括起来的字符串，包括三类信息：
格式字符：格式字符由“%”引导，如%d、%f等。它的作用是控制输出字符的格式。
转义字符：格式控制字符串里的转义字符按照转义后的含义输出，如上面printf函数双引号内的换行符“\n”,即输出回车。
普通字符：普通字符即需要在输出时原样输出的字符，如上面printf函数中双引号内的“f=”和“c= ”部分。
（2）输出值参数表是需要输出的数据项的列表，输出数据项可以是常量、变量或表达式，输出值参数之间用逗号分隔，其类型应与格式字符相匹配。每个格式字符和输出值参数表中的输出值参数一一对应，没有输出参数时，格式控制字符串中不再需要格式字符。

2.2 格式字符

（1）d格式字符

输出带符号的十进制整数，正数的符号不输出。

int a = 256,b = -125;
printf("%d,%d",a,b);

输出结果为：256 ,-125

可以在%和格式字符中间插入格式修饰符，用于指定输出数据的域宽（所占的列数），如用“%5d”，指定输出数据占5列，输出的数据在域内向右靠齐。如：

int a = 256,b = -125;
printf("%5d\n%5d",a,b);

其中256前面有2个空格，-125前面有一个空格。
若要输出long（长整型）数据，则在格式字符d前面加字母l（代表long），即“%ld”。

2）f格式符

输出一个实数（包括单精度、双精度、长双精度），以小数形式输出，有以下几种用法：

1）基本型，%f

不指定输出数据的长度，由系统根据数据的实际情况决定数据所占的列数。系统处理的方法一般是：实数中的整数部分全部输出，小数部分输出6位。如：

#include<stdio.h>
int main()
{
	double a = 1.0;
	printf("%f\n",a/3);
	return 0;
}

运行结果：
请添加图片描述
虽然a是double型，a/3的结果也是double型，但用 %f格式字符只能输出6位小数。

2）指定数据宽度和小数位数用%m.nf 。

其中，m表示输出数据的宽度，即占m列，n表示小数点后保留n位小数。(若不需强调输出数据宽度，可直接用%.nf) 如：

#include<stdio.h>
int main()
{
	double a = 1.0;
	printf("%20.15f\n",a/3);
	return 0;
}

运行结果为：
请添加图片描述
其中，在0前面有3个空格，小数点后输出了15位小数。
注意：一个double型数只能保证15位有效数字的精确度，即使指定小数位数为50（如用%.50f），也不能保证输出的50位都是有效数值。

3）输出的数据向左对齐，用%-m.nf。

即在m.n前面加一个负号，能够让输出数据在域内向左靠齐。如：

#include<stdio.h>
int main()
{
	double a = 1.0;
	printf("%-20.15f\n",a/3);
	return 0;
}

运行结果：
请添加图片描述

（3）c格式字符

用于输出一个字符，如：

#include<stdio.h>
int main()
{
	char ch = 'a';
	printf("%c",ch);
	return 0;
}

输出结果：a

（4）s格式符

用于输出一个字符串，如：

printf("%s","Hello!");

输出结果：

2.3 附表

附表1：
printf函数中用到的格式字符

格式字符   说明
d   输出带符号的十进制整数，正数的符号省略
u   以无符号的十进制整数形式输出
o   以无符号的八进制整数形式输出，不输出前导符0
x   以无符号十六进制整数形式（小写）输出，不输出前导符0x
X   以无符号十六进制整数形式（大写）输出，不输出前导符0X
f   以小数形式输出单、双精度数，隐含输出6位小数
e   以指数形式（小写e表示指数部分）输出实数
E   以指数形式（大写E表示指数部分）输出实数
g   自动选取f或e中输出宽度较小的一种使用，且不输出无意义的0
c   输出一个字符
s   输出字符串

附表2：
printf函数中用到的格式修饰符

格式修饰符   说明
英文字母l 修饰格式字符d、u、o、x时，用于输出long型数据
英文字母L 修饰格式字符f、e、g时，用于输出long double型数据
英文字母h 修饰格式字符d、o、x时，用于输出short型数据
输出域宽m （m为整数）   指定输出项输出时所占的列数
显示精度.n （n为整数）   对于实数，表示输出n位小数；对于字符串，表示截取的字符个数
-（减号）   输出数字或字符在域内向左靠

附表3：
printf函数中用到的转义字符

三、原理图设计

四、程序设计

4.1 方式1：

4.1.1特别说明：

1、需要包含stdio.h头文件

2、串口初试化函数中需要有 TI = 1;

3、中断处理函数去掉TI 判断代码

//if (TI == 1)

//{

// TI = 0; //Clear transmit interrupt flag

//}

4.1.2 参考程序设计（模块化）

uart.h文件

#ifndef __UART_H__
#define __UART_H__

void uart_init(void);
void Uart_send(unsigned char dat);
void Uart_send_str(unsigned char *p);
 
#endif

uart.c文件

#include "uart.h"
#include <REGX52.H>

#define FOSC 11059200L      //System frequency
#define BAUD 9600           //UART baudrate

void uart_init(void)
{
    PCON &= 0x7F;		    //波特率不倍速
    SCON = 0x50;            //8-bit variable UART
    TMOD = 0x20;//0010 0000 //Set Timer1 as 8-bit auto reload mode
    TH1 = TL1 = -(FOSC/12/32/BAUD); //Set auto-reload vaule
    TR1 = 1;                //Timer1 start run
    ES = 1;                 //Enable UART interrupt
    TI = 1;			        //发送中断标记位，必须设置
	EA = 1;                 //Open master interrupt switch
}

void Uart_send(unsigned char dat)
{
     SBUF = dat;
	 while(!TI);
	 TI = 0;
}
 
void Uart_send_str(unsigned char *p)
{
    while(*p!='\0')
    {
       Uart_send(*p);	
       p++;	
    }
}
 
void Uart_Isr() interrupt 4 
{
    if (RI == 1)
    {
        RI = 0;             //Clear receive interrupt flag      
    }

}

main.c 文件

#include <REGX52.H>
#include <stdio.h> //printf 函数的头文件
#include "uart.h"
 
unsigned int m = 0; 
float n = 3.14;
char i = 'k';

void Delay500ms();
 
void  main()
{
    uart_init();//串口初始化
    while(1)
	 {
		   printf("串口打印调试！ \r\n");
		   printf("n = %.2f \r\n",n);
		   printf("i = %c \r\n",i);		
		   m++;
		   printf("m = %d \r\n",m);
	       Delay500ms();		
	 }
}
 
void Delay500ms()		//@11.0592MHz
{
	unsigned char i, j, k;
	i = 4;
	j = 129;
	k = 119;
	do
	{
		do
		{
			while (--k);
		} while (--j);
	} while (--i);
}

4.2 方式2：

方式1出现卡顿情况，可以采用方式2

去掉：TI = 1; //发送中断标记位，必须设置

添加：下面代码

char putchar (char c)
{
  SBUF = c; // 把字符c写入发送寄存器
  while(!TI); // 等待发送数据完成
  TI = 0; // 清除发送中断标志
}