• 串口中断(10)自定义通讯协议-协议带数据长度及接收应答处理

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    目录

    一、自定义通讯协议

    二、系统设计要求

    三、硬件设计

    3.1UART通信模块

    3.2数码管模块

    3.3仿真图

    四、软件设计

    4.1串口初始化

    4.2接收中断

    4.3数码管模块

    4.4定时器模块

    4.5主程序

    4.6发送数据模块

    4.7清除缓存

    4.8uart.h

    五、系统测试

    5.1正确应答-类型01，长度01

    5.2正确应答-类型02，长度02

    5.3正确应答-类型03，长度03

    5.4错误应答-和效验错误

    5.5错误应答-异或效验错误

     

    一、自定义通讯协议

    自定义通讯协议是指一种特定的数据交互方式，该方式不同于通用的通讯协议，例如HTTP、TCP等。自定义通讯协议可以根据具体的业务需求和通讯要求进行设计，满足数据传输的可靠性、效率、安全性等方面的需求。

    ⛄定义通信内容及传输方式：首先需要明确通信双方需要交换哪些数据。例如，数据头、数据体、校验位、结束符等。同时需要确定数据传输的方式，如串口通信、TCP/IP通信、WiFi通信等。

     

    ⛄定义字节序列：根据通信内容，将需要传输的数据按照一定的规则组成字节序列，以便在传输过程中进行处理。

     

    ⛄添加校验和：在传输数据时，为了保证数据的完整性和正确性，需要给数据添加校验和。常用的校验方式有CRC校验、累加和校验等。

     

    ⛄定义解析规则：通信双方需要约定如何解析接收到的数据。例如，如何区分数据头和数据体，如何解析数据体中的不同字段等。

     

    ⛄计好通信协议后，需要进行通信测试。测试时需要模拟发送和接收端，并验证数据传输和解析是否正确。如果出现问题，需要及时修改协议设计或者程序代码。

    🌟在实际应用中，自定义通讯协议可以应用于各种领域，例如智能家居、工业控制、物联网等。自定义协议的设计能够在满足特殊需求的同时，提高通信效率、降低通信成本，为应用领域提供更加可靠、安全、高效的通信解决方案。

    二、系统设计要求

    2.1总设计要求

    虚拟终端com3发送数据给单片机com1，发送的数据帧由帧头、类型、数据长度、代码块、和校验、异或校验组成。接收完数据后，单片机根据用户双方约定好的校验位是否正确，发送不同的应答(数据帧)，如果数据正确，根据不同的数据类型，让4位数码管显示不同的数据。

    2.2设计细节

    数据帧：55 AA 类型(01/02/03) 数据长度(1/2/3) 代码块 和校验 异或校验

    数据类型为01时，数据长度为1，显示1个字节;数据类型为02时，数据长度为2，显示2个字节;数据类型为03时，数据长度为3，显示2个字节(4位数码管只能显示2个字节，这里显示代码块第2、3个数据);

    正确应答：0x55,0xAA,0x80,0x0,0x80,0x80

    错误应答：分和效验错误应答和异或效验错误应答。

    和效验错误应答：0x55,0xAA,0x81,0x0,0x80,0x80

    异或效验错误应答：0x55,0xAA,0x82,0x0,0x80,0x80

    三、硬件设计

    3.1UART通信模块

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    3.2数码管模块

    线码：dp g f e d c b a

    段码(控制数码管第几位显示):1 2 3 4

    数码管模块：采用定时延时法。软件编码步骤：1.消隐 2.段码 3.线码 4.延时1ms（定时器定时1ms）。

    74HC245芯片用于提高P0的电流驱动能力，让数码管能够显示数据。

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    3.3仿真图

    元件清单：四位数码管采用共阴极。在本文基础上，大家可以尝试使用6位数码管用于显示数据。

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    四、软件设计

    本文4.1、4.2、4.6、4.7节均为uart.c(串口通信源文件)

    代码文件整理：

    f9ceb0fcb7244a0fb1ef225e355ef69f.png

    4.1串口初始化

    1. void UartInit(void)		//9600bps@11.0592MHz
    2. {
    3. 	PCON &= 0x7F;		//波特率不倍速
    4. 	SCON = 0x50;		//8位数据,可变波特率
    5. 	TMOD &= 0x0F;		//设置定时器模式
    6. 	TMOD |= 0x20;		//设置定时器模式
    7. 	TL1 = 0xFD;			//设置定时初始值
    8. 	TH1 = 0xFD;			//设置定时重载值
    9. 	ET1 = 0;			  //禁止定时器中断
    10. 	ES=1;           //串口中断打开
    11. 	TR1 = 1;			  //定时器1开始计时
    12. }

    4.2接收中断

    数组recv_buf存储类型、长度、代码块数据，用于主程序处理数码管显示。

    定义sum_check、 xor_check分别求和效验值、异或效验值。

    分支0：判断帧头数据55是否正确==>分支1：判断帧头数据AA是否正确==>分支2：接收类型，从分支2开始计算和效验、异或效验==>分支3：接收长度，计算和效验、异或效验==>分支4：接收代码块，计算和效验、异或效验==>分支5：判断和效验是否正确，若错误发送和效验错误应答==>分支6：判断异或效验是否正确，若错误单片机发送异或效验错误应答，正确发送单片机发送正确应答。

    1. void ES_timers() interrupt 4 //接收中断
    2. {
    3. 	static unsigned char machine_step=0;
    4. 	static unsigned char sum_check;
    5. 	static unsigned char xor_check;
    6. 	unsigned char i;
    7. 	if(RI)
    8. 	{ 
    9. 		RI=0; 
    10. 		recv_data=SBUF;//recv_data为中间变量，用于接收发送的数据
    11. 		switch(machine_step) //55 AA 01/02/03 长度 代码块 和效验 异或效验
    12. 		{
    13. 			case 0:
    14. 				 if(recv_data==0x55) //帧头:55H AAH
    15. 				 {
    16. 					 machine_step=1;
    17. 				 }
    18. 				 else
    19. 				 {
    20. 					 machine_step=0;
    21. 				 }
    22. 				break;
    23. 			case 1:
    24. 				 if(recv_data==0xAA)
    25. 				 {
    26. 					 machine_step=2;
    27. 					 recv_cnt=0;
    28. 				 }
    29. 				 else
    30. 				 {
    31. 					 machine_step=0;
    32. 				 }
    33. 				break;
    34. 			case 2:
    35. 				 recv_buf[recv_cnt]=recv_data; //接收数据类型
    36. 				 sum_check=recv_data;
    37. 				 xor_check=recv_data;
    38. 				 machine_step=3;
    39. 				 recv_cnt++;
    40. 				break;
    41. 			case 3:
    42. 				 recv_length=recv_data; //数据字节长度
    43. 				 sum_check+=recv_data;
    44. 				 xor_check^=recv_data;
    45. 				 machine_step=4;
    46. 			    break;
    47. 			case 4:
    48. 				 recv_buf[recv_cnt]=recv_data; //接收数据
    49. 			     sum_check+=recv_data;         //计算和效验
    50. 				 xor_check^=recv_data;         //计算异或效验
    51. 			   if(recv_cnt==recv_length)     
    52. 				 {
    53. 					  machine_step=5;//接收数据完成后跳到下一个分支
    54. 				 }
    55. 				 else
    56. 				 {
    57. 					 machine_step=4;
    58. 				 }
    59. 				 recv_cnt++;
    60. 				break;
    61. 			case 5:
    62. 				 if(sum_check==recv_data) //和效验正确
    63. 				 {
    64. 					 machine_step=6;
    65. 				 }
    66. 				 else                     //和效验错误
    67. 				 {
    68. 					 machine_step=0;
    69. 					 for(i=0;i<6;i++)
    70. 						{
    71. 							sendByte(sum_check_error[i]);//和效验错误应答
    72. 						}  
    73. 				 }
    74. 				break; 
    75. 			case 6:
    76. 				if(xor_check==recv_data) //异或效验正确
    77. 				{
    78. 					recv_flag=1; //接收正确，标志位置1
    79. 					for(i=0;i<6;i++)
    80. 					{
    81. 							sendByte(recv_correct[i]);//发送正确应答
    82. 					}  
    83. 				}
    84. 				else
    85. 				{
    86. 					for(i=0;i<6;i++)
    87. 					{
    88. 						sendByte(xor_check_error[i]);//异或效验错误应答
    89. 					}  
    90. 				}
    91. 				machine_step=0;
    92. 				sum_check=0;
    93. 				xor_check=0;
    94. 				recv_cnt=0;
    95. 			   break; 			
    96. 			 default:break;		 
    97. 		}
    98.    }
    99. }

    4.3数码管模块

    display.c

    1. #include "display.h"
    2.  
    3. unsigned char code leddata[]={
    4. 	              0x3F, //0
    5. 	              0x06, //1
    6.                   0x5B, //2
    7. 	              0x4F, //3
    8. 	              0x66, //4																																																																		
    9. 	              0x6D, //5
    10. 	              0x7D, //6
    11. 	              0x07, //7
    12. 	              0x7F, //8
    13. 	              0x6F, //9
    14. 	              0x77, //A																																																																							
    15. 	              0x7C, //B
    16. 	              0x39, //C
    17. 	              0x5E, //D
    18. 	              0x79, //E
    19. 	              0x71, //F
    20. 	              0x76, //H
    21. 	              0x38, //L
    22. 	              0x37, //n
    23.                   0x3E, //u	
    24. 	              0x73, //P																																																																	
    25. 	              0x5C, //o
    26. 	              0x40, //-
    27. 	              0x00  //熄灭
    28.                              };//数码管段码表
    29.  
    30. unsigned char LEDBuf[]={8,8,8,8};//缓冲区
    31. unsigned char code PLACE_COOE[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//位码
    32. /******************************************************************************************
    33. 函数名:display
    34. 功能：数码管显示函数
    35. 参数：无
    36. 返回值：无
    37. ******************************************************************************************/
    38. void display()
    39. {
    40. 	unsigned char i;
    41. 	IO_DIG=0x00;//消隐
    42. 	IO_DIG=leddata[LEDBuf[i]];//段码
    43. 	IO_PLACE=PLACE_COOE[i];//位码
    44.   i++;
    45. 	if(N==i)
    46. 		i=0;
    47. }

    display.h

    1. #ifndef __DISPLAY_H__
    2. #define __DISPLAY_H__
    3.  
    4. #include 
    5.  
    6.  
    7. #define IO_DIG   P0 //段码IO
    8. #define IO_PLACE P2 //位码IO
    9.  
    10. #define N 4 //数码管个数
    11.  
    12. unsigned char code leddata[];//变量声明
    13. extern unsigned char LEDBuf[];
    14.  
    15. void display();//数码管显示函数声明
    16.  
    17. #endif

    4.4定时器模块

    定时1ms，用于数码管能够显示出数字。

    1. void Timer0_Init(void)		//1毫秒@11.0592MHz
    2. {
    3. 	TMOD &= 0xF0;			//设置定时器模式
    4. 	TMOD |= 0x01;			//设置定时器模式
    5. 	TL0 = 0x66;				//设置定时初始值
    6. 	TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值
    7. 	TF0 = 0;				//清除TF0标志
    8. 	ET0=1;          //定时器0中断打开
    9. 	TR0 = 1;				//定时器0开始计时
    10. }
    11.  
    12. void T0_timer() interrupt 1 //利用1ms计数，判断是否接收完成
    13. {
    14. 	TR0=0;
    15. 	display();
    16. 	TL0 = 0x66;				//设置定时初始值
    17. 	TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值
    18. 	TR0=1;
    19. }

    4.5主程序

    LEDBuf[ ]：数码管显示缓冲区，用于显示display.c表中对应的数字/字符。

    recv_buf[0]：数据类型

    长度为1，显示recv_buf[0]

    长度为2，显示recv_buf[1]、recv_buf[2]

    长度为3，显示recv_buf[2]、recv_buf[3]

    要想显示数据，就要将数据（2位数）拆成每一位分别显示到对应的位置。十位数=数据右移4位，个位数=数据&0x0f。

    1. #include 
    2. #include "uart.h"
    3. #include "display.h"
    4.  
    5.  
    6. void Timer0_Init(); //定时器0函数声明
    7.  
    8. sbit LED=P1^0;//位定义
    9. sbit Beep=P1^7;
    10.  
    11. void main()
    12. {
    13. 	UartInit();     //调用串口初始化函数
    14. 	Timer0_Init();
    15. 	EA=1;           //总中断允许
    16. 	printf("Wait for Serial Communication Tset Start.\r\n");
    17. 	printf("Please Send a string of data:\r\n");
    18. 	while(1)
    19. 	{
    20. 		if(recv_flag==1) //接收完毕，开始解析
    21. 		{
    22. 			recv_flag=0;
    23. 			switch(recv_buf[0])//数据类型---命令
    24. 			{
    25. 				case 0x01://数码管显示1字节
    26. 					LEDBuf[0]=23;
    27. 				    LEDBuf[1]=23;
    28. 					LEDBuf[2]=recv_buf[1]>>4;
    29. 				    LEDBuf[3]=recv_buf[1]&0x0f;
    30. 					break;
    31. 				case 0x02://数码管显示2字节(第1、2个数据)
    32. 					LEDBuf[0]=recv_buf[1]>>4;
    33. 				    LEDBuf[1]=recv_buf[1]&0x0f;
    34. 					LEDBuf[2]=recv_buf[2]>>4;
    35. 				    LEDBuf[3]=recv_buf[2]&0x0f;
    36. 					break;
    37. 				case 0x03://数码管显示2字节(第2、3个数据)
    38. 					LEDBuf[0]=recv_buf[2]>>4;
    39. 				    LEDBuf[1]=recv_buf[2]&0x0f;
    40. 					LEDBuf[2]=recv_buf[3]>>4;
    41. 				    LEDBuf[3]=recv_buf[3]&0x0f;
    42. 					break;
    43. 				default:clr_recvbuffer(recv_buf); //清除缓存
    44. 				break;	
    45. 			}
    46. 		}
    47. 	}
    48. }

    4.6发送数据模块

    发送数据dat==>等待发送完成(发送完成TI自动置1)==>TI清0，以便下次能够发送数据帧。

    1. void sendByte(unsigned char dat) //发送一帧数据功能函数
    2. {
    3. 	SBUF=dat;
    4. 	while(!TI);
    5. 	TI=0;
    6. }
    7.  
    8. void sendString(unsigned char *dat)//发送字符串函数
    9. {
    10. 	while(*dat != '\0')
    11. 	{
    12. 		sendByte(*dat++);
    13. 	}
    14. }

    4.7清除缓存

    1. void clr_recvbuffer(unsigned char *buf)//清除缓冲
    2. {
    3. 	unsigned char i;
    4. 	for(i=0;i
    5. 	{
    6. 	  buf[i]=0;
    7. 	}
    8. }

    4.8uart.h

    1. #ifndef __UART_H__
    2. #define __UART_H__
    3.  
    4. #include 
    5. #include 
    6.  
    7. #define MAX_REX_NUM 20
    8. #define MAX_timer_cnt 5
    9.  
    10. extern unsigned char recv_buf[MAX_REX_NUM];
    11. extern unsigned char recv_cnt;
    12. extern unsigned char start_timer;
    13. extern unsigned char recv_timer_cnt;
    14. extern unsigned char recv_flag;
    15. extern unsigned int led_data;
    16. extern unsigned int beep_data;
    17. extern unsigned int led_cnt;
    18. extern unsigned int beep_cnt;
    19.  
    20. void UartInit(void);
    21. void sendByte(unsigned char dat);
    22. void sendString(unsigned char *dat);
    23. char putchar(char c);
    24. void clr_recvbuffer(unsigned char *buf);
    25.  
    26. #endif

    五、系统测试

    串口助手模式：十六进制

    5.1正确应答-类型01，长度01

    类型：01，长度：01，代码快：10

    和效验正确，异或效验正确，正确应答55 AA 80 00 80 80

    数码管显示  10

    c7d16f56d8724f18a4682039e34c411a.png

    5.2正确应答-类型02，长度02

    类型：02，长度：02，代码快：10 11

    和效验正确，异或效验正确，正确应答55 AA 80 00 80 80

    数码管显示1011

    461b247642da4dc78415425d318cc246.png

    5.3正确应答-类型03，长度03

    类型：03，长度：03，代码快：10 11 13

    和效验正确，异或效验正确，正确应答55 AA 80 00 80 80

    数码管显示1113

    8b92579ced0145f6927f22de8ac75f2d.png

    5.4错误应答-和效验错误

    和效验错误，异或效验正确，和效验错误应答55 AA 81 00 80 80

    ee0f1c75fcb0415f84200566054b1902.png

    5.5错误应答-异或效验错误

    和效验错误，异或效验错误，异或效验错误应答55 AA 82 00 80 80

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