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11.3多.c文件的初步認識 前邊課程所涉及到的功能相對簡單，程序代碼相對較少，用一個文件實現比較方便。隨著硬件模塊使用的增多，功能復雜度不斷增大，程序量變多，往往需要把程序寫到多個文件里，方便程序代碼的編寫、維護和移植。 比如要實現一個比較復雜的串口功能程序，就可以把串口底層的功能函數專門規整到一個單獨的uart.c文件內，如串口初始化、串口數據寫入、串口數據讀出、串口發送接收監控等這些串口基本的底層驅動函數。而把串口讀取到的數據分析函數，指令執行等功能函數全部放到main.c中，那main.c文件該如何調用uart.c文件中的函數呢？ C語言中，有一個extern關鍵字，它有兩個基本作用。 1、當一個變量的聲明不在文件的開頭，在它聲明之前的函數想要引用的話，則應該用extern進行“外部變量”聲明。 #include <reg52.h> sbit LED = P0^0; void main() { extern unsigned int i; while(1) { LED = 0; //點亮小燈 for(i=0;i<30000;i++); //延時 LED = 1; //熄滅小燈 for(i=0;i<30000;i++); //延時 } } unsigned int i = 0; ... ... 變量的作用域，是從聲明這個變量開始往后所有的程序，如果使用在前，聲明在后，就需要用extern這個關鍵字進行聲明。實際開發一般都不會這樣做，僅僅是表達一下extern的這個用法。 2、在一個工程中，為了方便管理和維護代碼，用了多個.c源文件，如果其中一個main.c文件要調用uart.c文件里的變量或者函數的時候，必須得在main.c里邊進行外部聲明，告訴編譯器這個變量或者函數是在其它文件中定義的，可以直接在當前文件中進行調用。 多.c文件工程的編程方式并不復雜。首先新建一個工程，一個工程代表一個完整的單片機程序，只能生成一個hex，但是一個工程可以有很多個.c源文件組成共同參與編譯。工程建立好之后，新建文件并且保存取名為main.c文件，再新建一個文件并且保存取名為uart.c文件，下面就可以在兩個不同文件中分別編寫代碼了。當然，在編寫程序的過程中，不是說要先把main.c的文件全部寫完，再進行uart.c程序的編寫，而往往是交互的。 11.4實用串口例程學串口通信的時候比較注重的是串口底層時序上的操作，例程也都是簡單的收發字符或者字符串。在實際應用中，往往串口還要和電腦上的上位機軟件進行交互，實現電腦軟件發送不同的指令，單片機對應執行不同操作的功能，這就要求組織一個比較合理的通信機制和邏輯關系，用來實現想要的結果。 本節所提供程序的功能是，通過電腦串口調試助手下發三個不同的命令，第一條指令：buzz on可以讓蜂鳴器響；第二條指令：buzz off可以讓蜂鳴器不響；第三條指令隨便輸入一個不存在的指令，單片機給電腦串口助手回復一個錯誤指令。 單片機給電腦發字符串，有多大的數組就發送多少個字節。但是單片機接收數據，接收多少個才應該是一幀完整的數據呢？數據接收起始頭在哪里，結束在哪里？這些信息在接收到數據前都是無從得知的，那怎么辦呢？ 串口編程思路基于這樣一種通常的事實：當需要發送一幀（多個字節）數據時，這些數據都是連續不斷的發送的，即發送完一個字節后會緊接著發送下一個字節，期間沒有間隔或間隔很短，而當這一幀數據都發送完畢后，就會間隔很長一段時間（相對于連續發送時的間隔來講）不再發送數據，也就是通信總線上會空閑一段較長的時間。于是建立這樣一種程序機制：設置一個軟件總線空閑定時器，這個定時器在有數據傳輸時（從單片機接收角度來說就是接收到數據時）清零，而在總線空閑時（也就是沒有接收到數據時）時累加，當它累加到一定時間（例程里是30ms）后，就可以認定一幀完整的數據已經傳輸完畢了，于是告訴其它程序可以來處理數據了，本次的數據處理完后就恢復到初始狀態，再準備下一次的接收。那么這個用于判定一幀結束的空閑時間取多少合適呢？它取決于多個條件，并沒有一個固定值。這里介紹幾個需要考慮的原則：第一，這個時間必須大于一個字節傳輸時間，很明顯單片機接收中斷產生是在一個字節接收完畢后，也就是一個時刻點，而其接收過程程序是無從知曉的，因此在至少一個字節傳輸時間內絕不能認為空閑已經時間達到了。第二，要考慮發送方的系統延時，因為不是所有的發送方都能讓數據嚴格無間隔的發送，由于軟件響應、關中斷、系統臨界區等等操作都會引起延時，所以還得再附加幾個到十幾個ms的時間。選取30ms是一個折中的經驗值，它能適應大部分的波特率（大于1200）和大部分的系統延時（PC機或其它單片機系統）情況。 先把這個程序核心的uart.c文件中的程序貼出來，一點點解析，這實際是項目開發常用的用法，需要熟練掌握。 /*****************************Uart.c文件程序源代碼*****************************/ #include <reg52.h> bit flagFrame = 0; //幀接收完成標志，即接收到一幀新數據 bit flagTxd = 0; //單字節發送完成標志，用來替代TXD中斷標志位 unsigned char cntRxd = 0; //接收字節計數器 unsigned char xdata bufRxd[64]; //接收字節緩沖區 extern void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len); /* 串口配置函數，baud-通信波特率 */ void ConfigUART(unsigned int baud) { SCON = 0x50; //配置串口為模式1 TMOD &= 0x0F; //清零T1的控制位 TMOD |= 0x20; //配置T1為模式2 TH1 = 256 - (11059200/12/32)/baud; //計算T1重載值 TL1 = TH1; //初值等于重載值 ET1 = 0; //禁止T1中斷 ES = 1; //使能串口中斷 TR1 = 1; //啟動T1 } /* 串口數據寫入，即串口發送函數，buf-待發送數據的指針，len-指定的發送長度 */ void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len) { while (len--) //循環發送所有字節 { flagTxd = 0; //清零發送標志 SBUF = *buf++; //發送一個字節數據 while (!flagTxd); //等待該字節發送完成 } } /* 串口數據讀取函數，buf-接收指針，len-指定的讀取長度，返回值-實際讀到的長度 */ unsigned char UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len) { unsigned char i; if (len > cntRxd) //指定讀取長度大于實際接收到的數據長度時， { //讀取長度設置為實際接收到的數據長度 len = cntRxd; } for (i=0; i<len; i++) //拷貝接收到的數據到接收指針上 { *buf++ = bufRxd[ i]; } cntRxd = 0; //接收計數器清零 return len; //返回實際讀取長度 } /* 串口接收監控，由空閑時間判定幀結束，需在定時中斷中調用，ms-定時間隔 */ void UartRxMonitor(unsigned char ms) { static unsigned char cntbkp = 0; static unsigned char idletmr = 0; if (cntRxd > 0) //接收計數器大于零時，監控總線空閑時間 { if (cntbkp != cntRxd) //接收計數器改變，即剛接收到數據時，清零空閑計時 { cntbkp = cntRxd; idletmr = 0; } else //接收計數器未改變，即總線空閑時，累積空閑時間 { if (idletmr < 30) //空閑計時小于30ms時，持續累加 { idletmr += ms; if (idletmr >= 30) //空閑時間達到30ms時，即判定為一幀接收完畢 { flagFrame = 1; //設置幀接收完成標志 } } } } else { cntbkp = 0; } } /* 串口驅動函數，監測數據幀的接收，調度功能函數，需在主循環中調用 */ void UartDriver() { unsigned char len; unsigned char xdata buf[40]; if (flagFrame) //有命令到達時，讀取處理該命令 { flagFrame = 0; len = UartRead(buf, sizeof(buf)); //將接收到的命令讀取到緩沖區中 UartAction(buf, len); //傳遞數據幀，調用動作執行函數 } } /* 串口中斷服務函數 */ void InterruptUART() interrupt 4 { if (RI) //接收到新字節 { RI = 0; //清零接收中斷標志位 if (cntRxd < sizeof(bufRxd)) //接收緩沖區尚未用完時， { //保存接收字節，并遞增計數器 bufRxd[cntRxd++] = SBUF; } } if (TI) //字節發送完畢 { TI = 0; //清零發送中斷標志位 flagTxd = 1; //設置字節發送完成標志 } } 可以對照注釋和前面的講解分析下這個uart.c文件，在這里指出其中的兩個要點需要多注意。 1、接收數據的處理。在串口中斷中，將接收到的字節都存入緩沖區bufRxd中，同時利用另外的定時器中斷通過間隔調用UartRxMonitor來監控一幀數據是否接收完畢，判定的原則就是前面介紹的空閑時間，當判定一幀數據結束完畢時，設置flagFrame標志。主循環中可以通過調用UartDriver來檢測該標志，并處理接收到的數據。當要處理接收到的數據時，先通過串口讀取函數UartRead把接收緩沖區bufRxd中的數據讀取出來，然后再對讀到的數據進行判斷處理。也許有讀者會考慮，既然數據都已經接收到bufRxd中了，那直接在這里面用不就行了嗎，何必還得再拷貝到另一個地方去呢？設計這種雙緩沖的機制，主要是為了提高串口接收到響應效率：首先如果在bufRxd中處理數據，那么這時侯就不能再接收任何數據，因為新接收的數據會破壞原來的數據，造成其不完整和混亂；其次，這個處理過程可能會耗費較長的時間，比如說上位機現在發來一個延時顯示的命令，那么在這個延時的過程中都無法去接收新的命令，在上位機看來就是單片機暫時失去響應了。而使用這種雙緩沖機制就可以大大改善這個問題，因為數據拷貝所需的時間是相當短的，只要拷貝出去后，bufRxd就可以馬上準備去接收新數據了。 2、串口數據寫入函數UartWrite，它把數據指針buf指向的數據塊連續的由串口發送出去。雖然串口程序啟用了中斷，但這里的發送功能卻沒有在中斷中完成，而是仍然靠查詢發送中斷標志flagTxd（因中斷函數內必須清零TI，否則中斷會重復進入執行，所以另置了一個flagTxd來代替TI）來完成，當然也可以采用先把發送數據拷貝到一個緩沖區中，然后再在中斷中發緩沖區數據的方式，但這樣一是要耗費額外的內存，二是使程序更復雜。 /*****************************main.c文件程序源代碼******************************/ #include <reg52.h> sbit BUZZ = P1^6; //蜂鳴器控制引腳 unsigned char T0RH = 0; //T0重載值的高字節 unsigned char T0RL = 0; //T0重載值的低字節 void ConfigTimer0(unsigned int ms); extern void UartDriver(); extern void ConfigUART(unsigned int baud); extern void UartRxMonitor(unsigned char ms); extern void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len); void main() { EA = 1; //開總中斷 ConfigTimer0(1); //配置T0定時1ms ConfigUART(9600); //配置波特率為9600 while (1) { UartDriver(); //調用串口驅動 } } /* 內存比較函數，比較兩個指針所指向的內存數據是否相同，ptr1-待比較指針1，ptr2-待比較指針2，len-待比較長度返回值-兩段內存數據完全相同時返回1，不同返回0 */ bit CmpMemory(unsigned char *ptr1, unsigned char *ptr2, unsigned char len) { while (len--) { if (*ptr1++ != *ptr2++) //遇到不相等數據時即刻返回0 { return 0; } } return 1; //比較完全部長度數據都相等則返回1 } /* 串口動作函數，根據接收到的命令幀執行響應的動作 buf-接收到的命令幀指針，len-命令幀長度 */ void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len) { if (CmpMemory(buf, "buzz on", sizeof("buzz on")-1)) { //開啟蜂鳴器 BUZZ = 0; } else if (CmpMemory(buf, "buzz off", sizeof("buzz off")-1)) { //關閉蜂鳴器 BUZZ = 1; } else { //非有效命令時，給上機發送“錯誤命令”的提示 UartWrite("bad command.\r\n", sizeof("bad command.\r\n")-1); return; } //有效命令被執行后，在原命令幀之后添加回車換行符后返回給上位機，表示已執行 buf[len++] = '\r'; buf[len++] = '\n'; UartWrite(buf, len); } /* 配置并啟動T0，ms-T0定時時間 */ void ConfigTimer0(unsigned int ms) { unsigned long tmp; //臨時變量 tmp = 11059200 / 12; //定時器計數頻率 tmp = (tmp * ms) / 1000; //計算所需的計數值 tmp = 65536 - tmp; //計算定時器重載值 tmp = tmp + 33; //補償中斷響應延時造成的誤差 T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定時器重載值拆分為高低字節 T0RL = (unsigned char)tmp; TMOD &= 0xF0; //清零T0的控制位 TMOD |= 0x01; //配置T0為模式1 TH0 = T0RH; //加載T0重載值 TL0 = T0RL; ET0 = 1; //使能T0中斷 TR0 = 1; //啟動T0 } /* T0中斷服務函數，執行串口接收監控和蜂鳴器驅動 */ void InterruptTimer0() interrupt 1 { TH0 = T0RH; //重新加載重載值 TL0 = T0RL; UartRxMonitor(1); //串口接收監控 } 重點看CmpMemory函數，這個函數就是比較兩段內存數據，通常都是數組中的數據，函數接收兩段數據的指針，然后逐個字節比較——if (*ptr1++ != *ptr2++)，這行代碼既完成了兩個指針指向的數據的比較，又在比較完后把兩個指針都各自+1，從這里是不是也能領略到一點C語言的簡潔高效的魅力呢。這個函數的用處自然就是用來比較接收到的數據和事先放在程序里的命令字符串是否相同，從而找出相符的命令。 將串口調試助手發送和接收顯示出來，采用邏輯分析儀將3次單片機發送的數據抓出來做對比，如圖11-3所示。（SP為空格）
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2026-4-25 10:14 上傳
圖11-3 串口收發數據和邏輯分析儀對比圖 11.5練習題1、把本章的指針相關內容反復復習，完全掌握指針的基本概念和用法。 2、掌握多.c源文件編寫代碼的方法以及調用其它文件中變量和函數的方法。 3、徹底理解實用的串口通信機制程序，能夠完全解析明白實用串口通信例程，為今后自己獨立編寫類似程序打下基礎。
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