串口中断(10)自定义通讯协议

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串口中断(10)自定义通讯协议

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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

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。

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。

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：

4.1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
}

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。

void ES_timers() interrupt 4 //接收中断
{static unsigned char machine_step=0;static unsigned char sum_check;static unsigned char xor_check;unsigned char i;if(RI){ RI=0; recv_data=SBUF;//recv_data为中间变量，用于接收发送的数据switch(machine_step) //55 AA 01/02/03 长度 代码块 和效验 异或效验{case 0:if(recv_data==0x55) //帧头:55H AAH{machine_step=1;}else{machine_step=0;}break;case 1:if(recv_data==0xAA){machine_step=2;recv_cnt=0;}else{machine_step=0;}break;case 2:recv_buf[recv_cnt]=recv_data; //接收数据类型sum_check=recv_data;xor_check=recv_data;machine_step=3;recv_cnt++;break;case 3:recv_length=recv_data; //数据字节长度sum_check+=recv_data;xor_check^=recv_data;machine_step=4;break;case 4:recv_buf[recv_cnt]=recv_data; //接收数据sum_check+=recv_data;         //计算和效验xor_check^=recv_data;         //计算异或效验if(recv_cnt==recv_length)     {machine_step=5;//接收数据完成后跳到下一个分支}else{machine_step=4;}recv_cnt++;break;case 5:if(sum_check==recv_data) //和效验正确{machine_step=6;}else                     //和效验错误{machine_step=0;for(i=0;i<6;i++){sendByte(sum_check_error[i]);//和效验错误应答}  }break; case 6:if(xor_check==recv_data) //异或效验正确{recv_flag=1; //接收正确，标志位置1for(i=0;i<6;i++){sendByte(recv_correct[i]);//发送正确应答}  }else{for(i=0;i<6;i++){sendByte(xor_check_error[i]);//异或效验错误应答}  }machine_step=0;sum_check=0;xor_check=0;recv_cnt=0;break; 			default:break;		 }}
}

4.3数码管模块

display.c

#include "display.h"unsigned char code leddata[]={0x3F, //00x06, //10x5B, //20x4F, //30x66, //4																																																																		0x6D, //50x7D, //60x07, //70x7F, //80x6F, //90x77, //A																																																																							0x7C, //B0x39, //C0x5E, //D0x79, //E0x71, //F0x76, //H0x38, //L0x37, //n0x3E, //u	0x73, //P																																																																	0x5C, //o0x40, //-0x00  //熄灭};//数码管段码表unsigned char LEDBuf[]={8,8,8,8};//缓冲区
unsigned char code PLACE_COOE[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//位码
/******************************************************************************************
函数名:display
功能：数码管显示函数
参数：无
返回值：无
******************************************************************************************/
void display()
{unsigned char i;IO_DIG=0x00;//消隐IO_DIG=leddata[LEDBuf[i]];//段码IO_PLACE=PLACE_COOE[i];//位码i++;if(N==i)i=0;
}

display.h

#ifndef __DISPLAY_H__
#define __DISPLAY_H__#include <reg51.h>#define IO_DIG   P0 //段码IO
#define IO_PLACE P2 //位码IO#define N 4 //数码管个数unsigned char code leddata[];//变量声明
extern unsigned char LEDBuf[];void display();//数码管显示函数声明#endif

4.4定时器模块

定时1ms，用于数码管能够显示出数字。

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
}void T0_timer() interrupt 1 //利用1ms计数，判断是否接收完成
{TR0=0;display();TL0 = 0x66;				//设置定时初始值TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值TR0=1;
}

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。

#include <reg51.h>
#include "uart.h"
#include "display.h"void Timer0_Init(); //定时器0函数声明sbit LED=P1^0;//位定义
sbit Beep=P1^7;void main()
{UartInit();     //调用串口初始化函数Timer0_Init();EA=1;           //总中断允许printf("Wait for Serial Communication Tset Start.\r\n");printf("Please Send a string of data:\r\n");while(1){if(recv_flag==1) //接收完毕，开始解析{recv_flag=0;switch(recv_buf[0])//数据类型---命令{case 0x01://数码管显示1字节LEDBuf[0]=23;LEDBuf[1]=23;LEDBuf[2]=recv_buf[1]>>4;LEDBuf[3]=recv_buf[1]&0x0f;break;case 0x02://数码管显示2字节(第1、2个数据)LEDBuf[0]=recv_buf[1]>>4;LEDBuf[1]=recv_buf[1]&0x0f;LEDBuf[2]=recv_buf[2]>>4;LEDBuf[3]=recv_buf[2]&0x0f;break;case 0x03://数码管显示2字节(第2、3个数据)LEDBuf[0]=recv_buf[2]>>4;LEDBuf[1]=recv_buf[2]&0x0f;LEDBuf[2]=recv_buf[3]>>4;LEDBuf[3]=recv_buf[3]&0x0f;break;default:clr_recvbuffer(recv_buf); //清除缓存break;	}}}
}

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。

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++);}
}

4.7清除缓存

void clr_recvbuffer(unsigned char *buf)//清除缓冲
{unsigned char i;for(i=0;i<MAX_REX_NUM;i++){buf[i]=0;}
}

4.8uart.h

#ifndef __UART_H__
#define __UART_H__#include <reg51.h>
#include <stdio.h>#define MAX_REX_NUM 20
#define MAX_timer_cnt 5extern unsigned char recv_buf[MAX_REX_NUM];
extern unsigned char recv_cnt;
extern unsigned char start_timer;
extern unsigned char recv_timer_cnt;
extern unsigned char recv_flag;
extern unsigned int led_data;
extern unsigned int beep_data;
extern unsigned int led_cnt;
extern unsigned int beep_cnt;void UartInit(void);
void sendByte(unsigned char dat);
void sendString(unsigned char *dat);
char putchar(char c);
void clr_recvbuffer(unsigned char *buf);#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

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

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

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

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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