关于串口数据的发送和接收（调试必备）

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

前言

对于串口的数据发送和接收，大多是都是利用串口中断来进行的，但是这样对于编程方面有一定要求，并且程序也不太好写，比如说，如果让你随意接收一段数据，然后利用串口将它发送出来，第一个需要考虑的问题就是接收数据的长度，怎么才知道一段数据是否结束？或者说如果串口助手上面没有可以在数据末尾加上结束标志的时候，你如何知道数据的结束？，这必然牵涉到一定的编程技巧。但是，之前在接触C语言的时候，我们就利用过printf和Scanf，那么我们能否利用它们？如果能够利用的话，那么就很方便了。

串口接收和发送机理

首先我们要知道的是串口的工作机理，串口是通过数据帧的发送，这里我就不多去牵扯那些基础的知识，假定我们使用的如下设置，波特率为9600,8位数据。其它的什么奇偶校验都不用。那么它与PC机之间的通信流程是怎么样的呢？第一，数据帧的大小是10位，包含起始位和结束位，起始位固定为0，结束位固定为1。比如现在PC机要向单片机传递数据，首先单片机检测到数据开始位0，那么单片机开始接受后面的数据，通过移位寄存器，一位一位将数据送入，当8位后，接收到结束标志，这个时候RI置位，单片机进入中断程序，软件置零RI，在最快的时间将SBUF中的值读取了，然后退出中断，等待下一个数据接收完毕，就这样将数据一个一个的传送进来。那么发送又是怎么样的呢？首先单片机将数据发送，然后在最后一位发送完毕后，TI置位，进入中断服务程序，将TI清零，接着发送下一个字节的数据，并且退出中断，等待发送完毕，就这样将数据一位一位发送出去。

printf函数的使用

了解的串口的收发机理后，就可以思考编程的思路了，首先我们可以利用数组元素来一个字节一个字节的发送和接收，当然程序上的功夫是一定要的，既要保证数据完全发送出去，也要保证数据完整的被接受。这样是最复杂，但是却符合中断的机理，在字符间能够去做主程序得到事情。完全不浪费时间。但是，为了我们数据的收发简便，便于调试，我们需要这样的机理，比如需要发送数据的时候，那么一次性发送完，需要接收数据的时候，一次性接收完，在对于时间要求不高的情况下，这样是可行的！那么我们来看一下keil中STDIO.h的头文件里面自带的函数printf是如何工作的。首先printf中的函数是看不到的，其中的源码也没办法知道，但是我知道的是，它调用了一下库中的PUTCHAR的文件，大家可以点击进去看一下。

它最简单的版本就是一下显示的函数

那么，它采用了一种什么思想呢？就是查询发，也就是如果要发送的话，那么这段时间就只做发送这一件事。它在TI为1后，就将TI = 0 ， 然后将数据放在SBUF中，然后在函数while( !TI )中等待数据发送完毕（ TI就会置位 ），然后利用这个基本的函数，将数据全部发送出去，当然，这个只是它调用的一个函数，那么大部分还有看不到的，我们不用理会，只用知道一件事情就可以了，就是在调用printf这个函数的时候，我们一定要先将TI置位，那么printf才会正常运行，并且在\0的时候结束。所以，要想使用printf的话，就先设置好串口的波特率，不用开启中断，因为用的是查询法。

下面就用程序来说明一下printf的使用方法！

首先设置好一切需要的必须寄存器

 设置好寄存器后，就可以包含头文件进来STDIO.h，调用函数printf就可以了，下面是效果图

掌握了这个技巧，就可以随时通过printf的方便性，将程序的寄存值，或者内存变量的值输出出来，人机交互非常方便。今天就暂时写在这里，后面会更新关于数据的接收的程序思路。

————————————-续更2020/2/18

串口数据接收的程序设计

  在学习串口数据的接收之前，首先我们总结一下之前的printf的发送程序。

 1、需要包含STDIO.h库文件

 2、需要配置串口波特率等基本设置，并且只是输出的话就将ES置为0

 3、在使用printf之前一定要将TI置为1

好了，现在来学习串口数据的接收，串口数据的接收一定会需要串口中断，因为串口数据的发送可以根据意愿去调用，可以不用中断，但是串口数据的接收就非常需要串口中断了，因为你不知道什么时候数据发送过来，如果用查询法的话，每次都要去轮训，并且在没有操作系统的时候，轮训带来的时间延迟是接收数据所不能接受的。因此我们必须将ES置为1

我们来看一下串口中断的向量表

       由此可以看见当ES置为1的时候，即ES开关闭合，则RI和TI（接收完成标志和发送完成标志） 都能够触发串口中断，它们都共用串口中断4.但是根据我们之前的发送程序描述，我们的发送是根据printf查询发送的，是根据查询TI是否为1来查询发送。但是如果ES也开启了，TI为1就会造成串口中断的发生，这样对发送的程序会有所影响，因此需要在串口中断中用程序加以避免。具体方法后面介绍。这样接收所需要的第一个步骤就清楚了，即ES = 1.接下来谈一下后面的思路。在打开串口中断允许后，数据来的时候，就会触发接收串口中断，RI会置为1。数据开始接收，但是由于我们不知道数据到底接收到好久才截止，因此不知道什么时候才可以拿完整的数据来用。这个时候，我们可以采用一种定时的思路，比如当接收开始后，即开启一个200ms或者100ms的定时（如果波特率是9600的话，在1s最多可以接收到960个字节（起始位+数据位+停止位 = 10bit），而100ms可以传输96个字节）

       在定时结束后就可以给一个标志位，表示接收完成，这个时候就可以拿数据用了。不过仔细想想的话，如果数据只有2个字，但是定时为100ms，那么就有大量的时间被延迟，不能保证数据快速就可以使用，并且如果发送端数据间隔短的话，就会导致数据重叠，让数据失效！所以这种方法是用在安全性和响应要求不严的场合，不建议使用。那么我们就另外想一个办法，因为串口中断接收的时候都会触发中断，那么如果在接收到第一个字节进入中断的时候就清除RI并且开启一个时间更小的定时，然后在里面查询RI是否被置为1（因为一个字节接收完成后RI就会置1，注意从这里开始已经用查询法了）如果在这个小的定时器间隔内再次来数据了，就将重置定时，并且处理数据，清除RI位，重复上面的步骤，直到接收到一个字节后，启动定时后，没有数据来了，这个时候就会超时，超时后就可以置位接收完成标志并推出中断！这样就解决了上一个方法，定时时间过长，延迟过长的问题。我画一个简单的图来说明

我们来总结一下法二 

1、ES = 1开启串口中断

2、第一个字节是以中断形式产生，后面的字节都是在中断中通过查询RI来接收

3、需要在接收每个字节后设置小定时，来判断是否接收结束，如果在小定时时间内RI = 1则继续接收重复上面的步骤，如果超时，则表示接收结束！

接下来是程序设计部分

全局变量
bit RxOK = 0; //接收完成标志
uchar Rx[RX_MAX];


//发送程序printf的调用，还要加限制
ES = 0;//首先清零ES,不要一开始就置位TI，否则进入中断就有问题了！
TI = 1;//然后置位TI，开始发送数据
printf( " Test is OK! " );
ES = 1;//发送完成后，要开启ES，让程序能够通过终端接收数据

void UartHandle()  interrput 4
{
    if( RI )
    {
     //只要是进入RI说明一次数据的接收开始了(注意是一次性全部接收完)
     //首先初始化要用到的变量
     //数组索引i、一个字节之前用到的定时UartCnt,以及超时标志UartCntOK
     uchar i;uint UartCnt = 0;bit UartCntOK = 0;
     //首先进入for循环来接收数据
     for( i = 0; i < R_MAX; i++ ) //R_MAX是接收数组的最大值.
     {  
        //将RI置零，以告诉串口发送端，我即将接收你发来的一个字节！
        RI = 0;
        Rx[i] = SBUF;//将数据接收
        while( !RI ) //当RI为零的时候，表示没有数据发来，在while循环中等待数据发来，并开始计时
        {
            UartCnt++; //在里面等待的时候一直计时
            //如果计时等于3000（注:这里的3000可以灵活更改）
            //计算3000表示的计时时间大致为:3000*( 1(自加程序需要一个周期) + 2(判断程序需要两个周期) )*( 1/11.0592M )
            //大概为:3000*3*1/(11.0592*1000000)秒 ------- 换算为us为813us
            //(这个时间根据波特率更改，如果波特率高，则时间可以减少,如果波特率低，则时间可以增加)
            if( UartCnt == 3000 ) 
            {
                UartCntOK = 1; //如果超时，则置位超时标志，退出while循环
                break;
            }
        }
        if( UartCntOK )
        {
            RxOK= 1；//如果是超时的话，则退出For循环，并置位接收完成标志
            break;
        }
     }
        
    }
    if( TI )
    {
        TI = 0；//尽管在发送数据前，就关闭了中断，但是还是要注意的是在开启中断时有不可预料的情况，所以开始清零一下
    }
}

这里只是提供一种思路，大家知道这样一种过程就可以了，但是我分析之前写这文章的时候的思路，这个是不建议在项目或者比赛中使用的，最多就拿来调试程序那种，因为在使用中，对于波特率而设置时间的把控还是很难的。具体还是看使用的具体情况，具体情况具体分析吧。