STC单片机官方的模拟串口程序解析(详细注释+图解)

ID:91442 · 发表于 2015-10-29 12:51

STC官方的模拟串口例程，看了很久，做了一点改动。但是核心还是他家的。
/*
  STC MCU STC15F204EA 模拟串口的示例程序
  原始代码来自 STCMCU的官方例程。

  ****************************************************************************
  *** 重要说明：本程序不适用于硬件串口的产品，仅为无硬件UART的产品使用。******
  ****************************************************************************

  本例程同时Timer0中断，同步完成接受和发送的工作，属于双工首发。
  示例中，由串口将收到的信息在下一个发送周期转发出去。

  示例中的收发波特率可变，其它设置为8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位。
*/
//以下参数设置信息来自 STCMCU 官方例程。
//特别说明, MCU工作频率FOSC设置为11.0592MHz。如果使用12.000MHz，24.000时，会有频差。
#include "reg51.h"
#include "intrins.h"
//波特率设定值计算公式：BAUD = 65536 - FOSC/3/BAUDRATE/M (1T:M=1; 12T:M=12)
//为了确保通信质量，(FOSC/3/BAUDRATE) 必须大于 98,推荐大于110。
//这里每3次中断，做一次输出检查或输出。一般要求做连续16次采样，取其开始，中间，
//结束3个数据，如果稳定，则可以认为数据有效。
//3*16*2(？)=96，加上定时信号的不稳定性，在98以上合理。？？？
//因此，中断发生的频率是波特率信号的3倍以上。
//按照主频为11059200计算，如果选择信号比大于110，则最大波特率为33512.
//如果选择98，则为37616。选择38400的通讯速率都不能保证接收的正确性。
//因此，最可靠的数据接收波特率应该是19200。
//当时钟频率提升到33.1174MHz时，最大波特率为112848，依然小于115200. 使用115200时，
//波特率误差可能高达2%，出现数据差错。因此最大通讯速率选择 57600.
//#define BAUD  0xF400                // 1200bps @ 11.0592MHz
//#define BAUD  0xFA00                // 2400bps @ 11.0592MHz
//#define BAUD  0xFD00                // 4800bps @ 11.0592MHz
//#define BAUD  0xFE80                // 9600bps @ 11.0592MHz
//#define BAUD  0xFF40                //19200bps @ 11.0592MHz
//#define BAUD  0xFFA0                //38400bps @ 11.0592MHz
//#define BAUD  0xEC00                // 1200bps @ 18.432MHz
//#define BAUD  0xF600                // 2400bps @ 18.432MHz
//#define BAUD  0xFB00                // 4800bps @ 18.432MHz
//#define BAUD  0xFD80                // 9600bps @ 18.432MHz
//#define BAUD  0xFEC0                //19200bps @ 18.432MHz
//#define BAUD  0xFF60                //38400bps @ 18.432MHz
//#define BAUD  0xE800                // 1200bps @ 22.1184MHz
//#define BAUD  0xF400                // 2400bps @ 22.1184MHz
//#define BAUD  0xFA00                // 4800bps @ 22.1184MHz
//#define BAUD  0xFD00                // 9600bps @ 22.1184MHz
//#define BAUD  0xFE80                //19200bps @ 22.1184MHz
//#define BAUD  0xFF40                //38400bps @ 22.1184MHz
#define BAUD  0xFF80                //57600bps @ 22.1184MHz
//后续程序段中，对于不同的设置，可能有如下的条件编译指令
//在不同的通讯参数配置下，可能需要重新编译，以降低代码量。
#define DATALEN 8          //8位数据位
#define NOPARITY          //无校验位
//#define EVENPARITY    //偶校验
//#define ODDPARITY       //奇校验
#define STOP1BIT          //1位停止位
//#define STOP1P5BITS    //停止位1.5位
//#define STOP2BITS       //停止位2位
#ifdef EVENPARITY          //偶校验
#endif
#ifdef ODDPARITY          //奇校验
#endif
#ifdef NOPARITY          //无校验
#endif
#ifdef STOP1BIT          //停止位1位
#endif
#ifdef STOP1P5BITS       //停止位1.5位
#endif
#ifdef STOP2BITS          //停止位2位
#endif
#define YES 1
#define NO  0
sfr AUXR = 0x8E;
sbit RXB = P3^0;                         //UART RX 管脚
sbit TXB = P3^1;                         //UART TX 管脚
//数据发送相关的中间数据
unsigned char nDataToSend;             //要发送的字符
unsigned char nTmpTxData;             //发送过程的临时数据
unsigned char nTransmitCount;          //输出定时计数器。每三次输出一个数据。
unsigned char nTxBitCount;             //发送剩余位计数器
unsigned char pTx;                      //发送数据指针
bit tData;                                  //***新增加：准备发送的位数据(使用CY作为中间数据位不可靠，可能会被修改)
bit bIsTransmitting;
bit bTransmitCompleted;
//数据接收相关的中间数据
unsigned char nReceiveCount;             //输入电平多次采样计数器
//说明：这里默认的发送和接收过程都是在3次中断发生后采样输入信号或发送数据。
unsigned char nReceivedData;             //最终接收的数据
unsigned char nTmpRcvData;             //接收过程的临时数据(未完成的数据)
unsigned char nRxBitCount;             //接收剩余位计数器
unsigned char pRx;                      //接收数据指针
bit bIsReceiving;
bit bReceiveCompleted;
//数据接收缓冲区的定义
#define BUFFLEN 0x10          //字符缓冲区长度
#define CYCLEMASK 0x0F       //缓冲区循环掩模字码，=BUFFLEN-1。如长度为0x10,则掩模为0x0F，如果长度为0x20，则掩模为0x1F。
unsigned char buf[BUFFLEN];
void UartInit(void);
//基本输入输出函数，其它类型数据的处理，可以通过标准库的转换实现，如sprintf，atoi等。
void SendChar(unsigned char c); //发送一个字符
void SendStr(char *str);       //发送一个字符串(长度不能超过BUFFLEN)
unsigned char uGetChar(void);    //获取一个字符
char *uGetStr(void);             //获取字符串，结果指向默认的通用缓冲区buf[BUFFLEN].

void SendChar(unsigned char c)
{
while (!bTransmitCompleted);    //如果发送未完成，则等待
nDataToSend = c;                //准备要发送的字符
bTransmitCompleted = 0;
bIsTransmitting = 1;          //标识正在发送标志
}
void SendStr(char *str)
{
while (*str) SendChar(*str++);
}
unsigned char uGetChar(void)
{
while (!bReceiveCompleted);    //如果数据接收未完成，则等待
bReceiveCompleted = 0;          //允许开始接收下一个字符
return nReceivedData;          //返回接收到的字符
}
char *uGetStr(void)
{
/*
      字符串接收停止的标志：\r\n(0xD 0xA),或者 '\0'?
*/
unsigned char p;             //用数字标号
unsigned char c;

p = 0;                      //指针指向缓冲区开头
c = uGetChar();
while (c != 0x0) {
      buf[p] = c;
      p++;
      p &= CYCLEMASK;          //防止指针溢出，自动从头到尾循环，但是会丢失前面的字符。
      //if (p = CYCLEMASK) break;  //第二策略：如果溢出，则自动停止接收。未测试。
      c = uGetChar();
}
buf[p] = 0;                //字符串结尾
return buf;
}

void main(void)
{
/*
   程序的初始状态准备。
*/
bIsTransmitting = 0;    //尚未开始发送
bIsReceiving = 0;          //尚未开始接受
bTransmitCompleted = 1;    //缓冲区数据已发送完成(没数据可以发送)
bReceiveCompleted = 0;     //尚未接收到数据
nTransmitCount = 0;       //发送过程的T0中断次数计数器为0
nReceiveCount = 0;       //接收过程的T0中断次数计数器为0
pRx = 0;                   //接收指针指向起始位置
pTx = 0;                //发送指针指向起始位置

UartInit();                //设置中断条件（工作模式、计数值等，并打开中断）
while (1)
{
      //SendChar(uGetChar()); //测试1：边收边发。具体波形见下图1.

      //测试2：按字符串进行收发，具体波形见下图2.
      uGetStr();
      SendStr(buf);
   /*
         以下程序段是 STC的官方例程。
         完成接收一个字符后，由Tx再次转发出去的动作。
         当没有数据输入时，也不会有数据输出。
         数据的输出最少比输入要晚一个字节。
      */
   /*
      if (bReceiveCompleted)       //如果数据接收完成
      {
         buf[pRx] = nReceivedData; //将已接收的字符存入缓冲区中。
         pRx++;                   //接收指针指向下一个字符位置。
         pRx &= CYCLEMASK;          //修订为按缓冲区长度循环的指针。
         bReceiveCompleted = 0;    //可以再次接收下一个字符了。
      }
      if (bTransmitCompleted)       //如果数据发送完成
      {
         if (pTx != pRx)          //只有在接收指针的位置和发送指针的位置不同时，才开始发送。
         {
            nDataToSend = buf[pTx];
            pTx++;
            pTx &= CYCLEMASK;
            bTransmitCompleted = 0;
            bIsTransmitting = 1;
         }
      }
      */
}
}
//定时器0中断，用于接收和发送字符。
void Timer0ISR(void) interrupt 1 using 1
{
//数据接收过程
if (bIsReceiving)                            //如果正在接收过程中，则完成以下动作。
{
      nReceiveCount--;                         //接收中断计数器值减1
      if (nReceiveCount == 0)                //如果接收中断计数器值为0，则开始判定输入数据。
      {
         nReceiveCount = 3;                   //重置接收中断计数器的值为3。每发生3次中断，接收1位数据。
         nRxBitCount--;                      //当前要接受的数据剩余位计数器减1。说明接收完次数据后，还需要接收多少位。
        if (nRxBitCount == 0)                //如果剩余位计数器为0，说明当前数据已经接收完成。
         {
            nReceivedData = nTmpRcvData;    //保存所接收的数据到nReceivedData中。
            bIsReceiving = 0;                //停止继续接收。(下一个数据要重新开始对齐起始位)
            bReceiveCompleted = 1;          //数据接收完成标志置1。
         }
          else                                //如果还有数据要接收
         {
            nTmpRcvData >>= 1;             //当前接收的临时数据右移一位，最高位自动补0。
            if (RXB) nTmpRcvData |= 0x80; //如果当前输入位是1(RXB=1)，则将临时数据的最高位修改为1。
         }
      }
}
else if (!RXB)                            //如果不是当前数据的接收过程，但是出现 RXB=0，则表明是数据的起始位，新的输入开始。
{
      bIsReceiving = 1;                      //设置标志，表明开始新的数据接收过程
      nReceiveCount = 4;                      //因为停止位已经做了响应，后续的判断点设置在3次判定点的中间，
                                                //因此在接受到起始位以后，需要4次中断才开始下一个数据判定。
      nRxBitCount = 9;                      //剩余未接收的数据位数(8个数据位 + 0个校验位 + 1个停止位，共9位)
                                                                              //****注意：没有编写2个停止位的程序。
}
//数据的发送过程：每次中断均可发生。因此数据的发送和接收几乎是同时进行。
//在main()例程中，数据的发送是等待缓冲区中至少一个数据接收完成后，才开始发送动作，因此延迟一个字符的时间。
//如果不考虑判定一个完整字符，可以同步进行接收和发送的动作(直接转发，不解释，也不判定)，延迟时间是以上指令的执行时间。

nTransmitCount--;                            //发送中断计数器减1
if (nTransmitCount == 0)                   //如果发送中断计数器为0，则开始发送动作。
{
      nTransmitCount = 3;                   //重设发送中断计数器的初值，每3次做一个发送动作。
      if (bIsTransmitting)                   //如果当前字符尚未发送完成，正在发送过程中
      {
         if (nTxBitCount == 0)                //如果尚未发送的位计数值是0，说明当前数据还未开始发送(此变量的含义跟接收过程的剩余位计数器意义不同)。
         {
            TXB = 0;                         //发送起始位
            nTmpTxData = nDataToSend;       //加在要发送的数据(把 nDataToSend 存放到 nTmpTxData 中，实际发送的是 nTmpTxData。)
#ifdef STOP1BIT
            nTxBitCount = 9;                //初始化剩余位计数器(这里是8个数据位 + 0个奇偶校验位 + 1 个停止位)
#endif
#ifdef STOP2BITS
            nTxBitCount = 10;             //初始化剩余位计数器(这里是8个数据位 + 0个奇偶校验位 + 2 个停止位)
#endif

         }
         else                               //如果剩余位计数值不等于0，说明已经有数据在发送中
         {
            tData = (nTmpTxData & 0x1);       //****注意：此处做了修改，防止CY被后续程序改变而出错。获取要发送数据的最低位
            nTmpTxData >>= 1;                //数据右移到 CY 中，最高位自动补 0。
                                               //这里要用到特殊位CY，最好查看汇编后的程序，否则可能出错。增加位变量 tData后则无此影响。
            nTxBitCount--;                    //剩余位计数器值减1。
#ifdef STOP1BIT
            if (nTxBitCount == 0)          //如果已经发送完成
            {
                  TXB = 1;                      //发送1位停止位。如果是2位停止位，还需要一次。如果是1.5位停止位，如何做？
                  bIsTransmitting = 0;          //表示当前数据的所有位发送完成
                  bTransmitCompleted = 1;       //表示整个字符的传送完成，设置标志为1。
            }
#endif
#ifdef STOP2BITS
            if (nTxBitCount < 2 )              //这个操作是否会影响到 CY的值？
            {
                  TXB = 1;                      //发送停止位。如果是2位停止位，还需要一次。如果是1.5位停止位，如何做？
               if (nTxBitCount == 0)       //如果已经发送完成
                  {
                     bIsTransmitting = 0;    //表示当前数据的所有位发送完成
                     bTransmitCompleted = 1; //表示整个字符的传送完成，设置标志为1。
                  }
            }
#endif
            else                            //剩余位计数器不为0，还需要继续发送数据。
            {
                  //TXB = CY;                   //TX的数据来自 CY 寄存器，是循环右移指令的结果。
                  TXB = tData;                //改用标准数据
            }
         }
      }
}
}
//定时器0初始化，用于虚拟串口初始化
void UartInit(void)
{
TMOD = 0x00;                      //Timer0设置为16位自动重载模式。
AUXR = 0x80;                      //Timer0工作在1T模式
TL0 = BAUD;                      //Timer0重载值的低8位
TH0 = BAUD>>8;                   //Timer0重载值得高8位
TR0 = 1;                         //tiemr0启动
ET0 = 1;                         //允许Timer0中断
PT0 = 1;                         //Timer0中断优先级为高
EA = 1;                            //总中断开关开启
}
以上程序使用 Keil C51 V9.52 编译通过。其中 STC15F204EA的主频设置为22.1184MHz,通讯波特率为 57600，8位数据位，使用1或2位停止位，无校验的方式，可以顺利通讯。

使用串口调试助手，从PC向单片机发送数据(下图中通道1)，由单片机在接收后进行发送(下图中通道0)。对两种工作方式进行测试：
1. 使用边收边发时的波形如下(SendChar(uGetChar());)：

图1. 接收一个字符后就进行转发的例子
2. 使用整个字符串(以字符'\0'结尾)接收完成后再进行发送的波形如下(uGetStr(); SendStr(buf);)：

图2. 接收完一个字符串后再转发的例子(去掉了末尾的'\0')
根据实际情况，可以选择不同的接收方式。