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標(biāo)題: 安全可靠的串口通訊協(xié)議之校驗(yàn) [打印本頁(yè)]

作者: 電子黑 時(shí)間: 2016-6-27 22:06
標(biāo)題: 安全可靠的串口通訊協(xié)議之校驗(yàn)
（1）開(kāi)場(chǎng)白：

串口通訊的協(xié)議各種各樣，五花八門(mén)。有的協(xié)議沒(méi)有校驗(yàn)，有的協(xié)議有校驗(yàn)，它們的存在都有它們的道理。沒(méi)有校驗(yàn)的協(xié)議，感覺(jué)更簡(jiǎn)單直接，傳輸與處理的速度更加快。有校驗(yàn)的協(xié)議，感覺(jué)用起來(lái)更加放心點(diǎn)。這節(jié)將要介紹我常用校驗(yàn)的三道防火墻。它們分別是提取數(shù)據(jù)頭，判斷數(shù)據(jù)總數(shù)，判斷所有字節(jié)的累加和。在上一節(jié) 中略加修改即可完成本節(jié)的實(shí)驗(yàn)。

（2）功能需求：

無(wú)論是單片機(jī)還是上位機(jī)，最好在固定協(xié)議前多發(fā)送一個(gè)填充的無(wú)效字節(jié)0x00，因?yàn)橛布颍谝粋€(gè)字節(jié)往往容易丟失。

         通訊協(xié)議： EB 00 55 XX YY YY YY YY CY

         其中前三位 EB 00 55為數(shù)據(jù)頭，XX為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，YY為數(shù)據(jù)，CY為前面所有字節(jié)的累加和。累加和的意思是所有數(shù)據(jù)相加，你只要定義一個(gè)字節(jié)變量用來(lái)接收所有數(shù)據(jù)的累加和，那么超過(guò)一個(gè)字節(jié)的部分會(huì)自動(dòng)丟棄。比如以下數(shù)據(jù)：

         EB 00 55 04 02 12 56 A2 50

         其中 EB 00 55為數(shù)據(jù)頭，04為數(shù)據(jù)總數(shù)，02 12 56  A2為數(shù)據(jù)，50為前面所有字節(jié)的累加和。累加和可以用電腦系統(tǒng)自帶的計(jì)算器來(lái)驗(yàn)證。打開(kāi)電腦上的計(jì)算器，點(diǎn)擊“查看”下拉的菜單，選“科學(xué)型”，然后選左邊的“十六進(jìn)制”，最后選右邊的“字節(jié)”，然后把前面所有的字節(jié)相加，它們的和就是50，沒(méi)錯(cuò)吧。

任意時(shí)刻，從電腦“串口調(diào)試助手”上位機(jī)收到的一堆數(shù)據(jù)中，只要此數(shù)據(jù)滿(mǎn)足以上我介紹的三道防火墻，那么就往上位機(jī)發(fā)送“eb  00 aa”表示確認(rèn)，同時(shí)蜂鳴器叫一聲。如果校驗(yàn)出錯(cuò)，則往上位機(jī)發(fā)送“eb  00 55”表示出錯(cuò)。

（3）硬件原理：

把單片機(jī)串口通訊的那兩個(gè)引腳經(jīng)過(guò)一個(gè)MAX3232之后直接跟電腦的9針串口通訊。我發(fā)現(xiàn)很多朋友會(huì)選MAX232這個(gè)芯片，而我本人更加推薦用 MAX3232。因?yàn)镸AX232只支持5V，不是寬壓的，而MAX3232不但支持5V，還支持3V。每個(gè)人的記憶力都很寶貴，用232串口我只選 MAX3232，不管它是用5V工作還是3V工作。就像74系列的芯片，我的心中只有你（74HC）沒(méi)有它（74LS），一樣的道理，74HC是寬壓，74LS不是寬壓。

（4）源碼適合的單片機(jī):PIC18f4520,晶振為22.1184MHz，波特率115200

（5）源代碼講解如下：

#include<pic18.h>       //包含芯片相關(guān)頭文件

//補(bǔ)充說(shuō)明：吳堅(jiān)鴻程序風(fēng)格是這樣的，凡是輸出IO后綴都是_dr,凡是輸入的//IO后綴都//是_sr

#define  beep_dr  LATA2  //蜂鳴器輸出

//補(bǔ)充說(shuō)明：吳堅(jiān)鴻程序風(fēng)格是這樣的，凡是做延時(shí)計(jì)數(shù)閥值的常量

//前綴都用cnt_表示。

#define cnt_voice_time 150  //蜂鳴器響的聲音長(zhǎng)短的延時(shí)閥值

#define cnt_send 300          //確保接收緩沖區(qū)沒(méi)有繼續(xù)接收數(shù)據(jù),是變量

//send_cnt的溢出閥值

Void usart_service();       //串口通訊服務(wù)程序，放在main函數(shù)里

unsigned char asy_recieve();  //把串口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)一個(gè)個(gè)提取出來(lái)

void eusart_send(unsigned char t_data); //串口發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)

Void Buf_clear() ;  //把余下的緩沖區(qū)清零

void Delay11(unsigned int MS); //延時(shí)函數(shù)

//補(bǔ)充說(shuō)明：吳堅(jiān)鴻程序風(fēng)格是這樣的，凡是計(jì)數(shù)器延時(shí)的變量

//后綴都用_cnt表示。

unsigned int voice_time_cnt;       //蜂鳴器響的聲音長(zhǎng)短的計(jì)數(shù)延時(shí)

unsigned int send_cnt=0;          //一串?dāng)?shù)據(jù)從上位機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的時(shí)候，他們每個(gè)字節(jié)之間//的延時(shí)間隔很短，如果他們的延時(shí)間隔一旦超過(guò)了這個(gè)send_cnt變量的延時(shí)，那么就////認(rèn)為他們的一串?dāng)?shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢

//補(bǔ)充說(shuō)明：吳堅(jiān)鴻程序風(fēng)格是這樣的，凡是涉及統(tǒng)計(jì)數(shù)量的變量

//后綴都用_total表示。

unsigned int RCREG_total;          //統(tǒng)計(jì)串口緩沖區(qū)已經(jīng)收了多少個(gè)數(shù)據(jù)

unsigned int RCREG_read_total; //統(tǒng)計(jì)已經(jīng)從串口緩沖區(qū)讀出了多少個(gè)數(shù)據(jù)

unsigned char valid_total;          //一串?dāng)?shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)總量

//補(bǔ)充說(shuō)明：吳堅(jiān)鴻程序風(fēng)格是這樣的，凡是用來(lái)更新的標(biāo)識(shí)變量，比如液晶刷屏，或者有新接收的串口數(shù)據(jù)更新等等，后綴一律用_update表示

Unsigned char  send_update=0;  //一旦有數(shù)據(jù)從上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)，就會(huì)引發(fā)串口接收中////斷，在串口中斷里，我把send_update=1表示目前正在接收數(shù)據(jù)，警告單片機(jī)先不要//猴急，等串口中斷把所有從上位機(jī)連續(xù)發(fā)送過(guò)來(lái)的一堆數(shù)據(jù)接收完，再處理。那么什么///時(shí)候才知道發(fā)送的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā) 送完畢了呢？用send_cnt識(shí)別。因?yàn)樵诖谥袛嗬铮?//每次都會(huì)把send_cnt=0，而在main函數(shù)里，一旦發(fā)現(xiàn) send_update==1，send_cnt就//會(huì)開(kāi)始自加，當(dāng)它超過(guò)某個(gè)數(shù)值的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)把send_update=0，表示目前已經(jīng)沒(méi)// 有數(shù)據(jù)發(fā)送了。而如果有數(shù)據(jù)不斷從上位機(jī)傳來(lái)，send_cnt永遠(yuǎn)也不會(huì)超過(guò)某個(gè)數(shù)值，//因?yàn)槊總€(gè)中斷它都被清零，這個(gè)原理跟看門(mén)口狗喂狗的原理很像。

//補(bǔ)充說(shuō)明：吳堅(jiān)鴻程序風(fēng)格是這樣的，凡是用來(lái)接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)數(shù)組后綴都用_buf表//示

Unsigned char RCREG_buf[50];  //串口接收緩沖區(qū)，讀者可以根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目設(shè)置大小

Unsigned char RCREG_buf_temp[50];  //臨時(shí)處理串口數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，可以不用那么大

//補(bǔ)充說(shuō)明：吳堅(jiān)鴻程序風(fēng)格是這樣的，凡是自鎖變量名, 后綴都用_lock表示。

Unsigned char send_lock=0;

//補(bǔ)充說(shuō)明：吳堅(jiān)鴻程序風(fēng)格是這樣的，凡是在main函數(shù)中用的中間變量，前綴m_，后//綴用_char或者_(dá)int表示類(lèi)型

Unsigned int m_int;    //中間變量，只要是用在main函數(shù)里，誰(shuí)都可以重復(fù)用。

Unsigned char receive_sum;             //一串?dāng)?shù)據(jù)中的累加和，注意，必須定義成字節(jié)變//量，這樣運(yùn)算中它會(huì)自動(dòng)丟棄超過(guò)一個(gè)字節(jié)的位。

//主程序

main()

{

ADCON0=0x00;

ADCON1=0x0f;                            //全部為數(shù)字信號(hào)

ADCON2=0xa1;                            //右對(duì)齊

RBPU=0;                                     //上拉電阻

SSPEN=0;                                  //決定RA5不作為串口

TRISA2=0;  //蜂鳴器輸出

BRG16=0;       //設(shè)置串口通信寄存器

BRGH=0;

SPBRGH=0x00;

SPBRG=0x02;    //22.1184MHz晶振,115200波特率

SYNC=0;

SPEN=1;

TX9=0;

TXEN=1;

TXIF=1;

RX9=0;

CREN=1;

RCIE=1;

PEIE=1;

GIE=1;

T1CON=0x24;    //定時(shí)器中斷配置

TMR1H=0xFE;

TMR1L=0xEF;

TMR1IF=0;

TMR1IE=1;

TMR1ON=1;

TMR1IE=1;

//補(bǔ)充說(shuō)明，以上的內(nèi)容為寄存器配置，每種不同的單片機(jī)會(huì)有點(diǎn)差異，

//大家不用過(guò)度關(guān)注以上寄存器的配置,只要知道有這么一回事即可

beep_dr=0;                            //關(guān)蜂鳴器,上電初始化IO

while(1)

{

                  CLRWDT(); //喂看門(mén)狗，大家不用過(guò)度關(guān)注此行

            usart_service();       //串口通訊服務(wù)

}

}

//中斷

void interrupt timer1rbint(void)

{

if(RCIE==1&&RCIF==1) //串口中斷，一次只能接受一個(gè)字節(jié)

{

      RCIE=0;

      RCIF=0;

      ++RCREG_total; //以下代碼是鴻哥的在所有串口項(xiàng)目中用到的標(biāo)準(zhǔn)代碼

      if(RCREG_total>50)  //超過(guò)緩沖區(qū)

      {

         RCREG_total=50;

      }

      RCREG_buf[RCREG_total-1]=RCREG;  //依次把上位機(jī)來(lái)的數(shù)據(jù)存入數(shù)組緩沖區(qū)

      send_update=1; //通知單片機(jī)目前正在接收數(shù)據(jù)

      send_cnt=0;       //及時(shí)喂狗，雖然main函數(shù)那邊不斷在累加，但是只要串口的數(shù)//據(jù)還沒(méi)發(fā)送完畢，那么它永遠(yuǎn)也長(zhǎng)不大,因?yàn)槊總€(gè)中斷都被清零，很可憐。

      RCIE=1;

}

if(TMR1IE==1&&TMR1IF==1) //定時(shí)中斷

      {

            TMR1IF=0;    //定時(shí)中斷標(biāo)志位關(guān)閉

            TMR1ON=0; //定時(shí)中斷開(kāi)關(guān)關(guān)閉

   if(voice_time_cnt)                      //控制蜂鳴器聲音的長(zhǎng)短

               {

                     beep_dr=1;       //蜂鳴器響

                  --voice_time_cnt;       //蜂鳴器響的聲音長(zhǎng)短的計(jì)數(shù)延時(shí)

               }

            else

            {

                  Asm(“nop”); //添加此行空指令為了使else的內(nèi)容跟if的內(nèi)容對(duì)稱(chēng)，意義////不大

beep_dr=0;    //蜂鳴器停止

            }

   TMR1H=0xFe; //重新設(shè)置定時(shí)時(shí)間間隔

TMR1L=0x00;

   TMR1ON=1;       //定時(shí)中斷開(kāi)關(guān)打開(kāi)

}

}

void usart_service()  //串口服務(wù)程序,在main函數(shù)里

{

   if(send_update==1)  //說(shuō)明目前串口正在接收數(shù)據(jù)，不要讀緩沖區(qū)數(shù)據(jù)

   {

      send_lock=1;    //開(kāi)自鎖標(biāo)志

      ++send_cnt; //只要有數(shù)據(jù)接收，send_cnt每次都被串口中斷清零

      if(send_cnt>cnt_send) //延時(shí)一段時(shí)間，確認(rèn)緩沖區(qū)沒(méi)有繼續(xù)接受數(shù)據(jù)

      {

         send_cnt=0;

         send_update=0;

      }

   }

   Else  //說(shuō)明當(dāng)前沒(méi)有繼續(xù)接收數(shù)據(jù)了

   {

      if(send_lock==1) //在數(shù)據(jù)已經(jīng)接收完畢，并且還沒(méi)有處理過(guò)數(shù)據(jù)的情況下

      {

         send_lock=0; //處理一次就鎖起來(lái)，不用每次都進(jìn)來(lái),除非有新接收的數(shù)據(jù)

         while(RCREG_read_total<RCREG_total) //說(shuō)明還沒(méi)有把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀取完

         {

            CLRWDT();

RCREG_buf_temp[0]= RCREG_buf_temp[1];  //數(shù)據(jù)移動(dòng)，方便截取關(guān)鍵字

RCREG_buf_temp[1]= RCREG_buf_temp[2];

            RCREG_buf_temp[2]=asy_recieve();

            if(RCREG_buf_temp[0]==0xeb&&  RCREG_buf_temp[1]==0x00&& RCREG_buf_temp[2]==0x55)  //數(shù)據(jù)頭”eb 00  55”判斷

            {

                                          //把余下有效的數(shù)據(jù)都取出來(lái)

                     RCREG_buf_temp[3]=asy_recieve();  //數(shù)據(jù)量

                     Valid_total= RCREG_buf_temp[3];

                     For(m_int=0;m_int< Valid_total;m_int++)  //提取有效數(shù)據(jù)

                     {

                              RCREG_buf_temp[4+ m_int]=asy_recieve();

}

RCREG_buf_temp[4+ Valid_total]=asy_recieve();  //自帶校驗(yàn)和

Receive_sum=0;       //累加校驗(yàn)和計(jì)算

                     For(m_int=0;m_int< （Valid_total+4);m_int++)  //累加校驗(yàn)和計(jì)算

                     {

                              Receive_sum=Receive_sum+ RCREG_buf_temp[m_int];

}

If(Receive_sum== RCREG_buf_temp[4+ Valid_total]) //校驗(yàn)和正確

{

RCREG_buf_temp[0]=0; //把臨時(shí)處理數(shù)據(jù)清零，方便下次接收

RCREG_buf_temp[1]=0;

RCREG_buf_temp[2]=0;

                              eusart_send(0x00); //串口發(fā)送多一個(gè)填充無(wú)效字節(jié)，避免硬件原因引起第一個(gè)字節(jié)丟失

                              eusart_send(0xeb); //串口發(fā)送應(yīng)答的數(shù)據(jù)

eusart_send(0x00); //串口發(fā)送應(yīng)答的數(shù)據(jù)

eusart_send(0xaa); //串口發(fā)送應(yīng)答的數(shù)據(jù)

                              voice_time_cnt= cnt_voice_time; //蜂鳴器響“滴”一聲就停

}

Else //校驗(yàn)和出錯(cuò)

{

RCREG_buf_temp[0]=0; //把臨時(shí)處理數(shù)據(jù)清零，方便下次接收

RCREG_buf_temp[1]=0;

RCREG_buf_temp[2]=0;

                              eusart_send(0x00); //串口發(fā)送多一個(gè)填充無(wú)效字節(jié)，避免硬件原因引起第一個(gè)字節(jié)丟失

                              eusart_send(0xeb); //串口發(fā)送應(yīng)答的數(shù)據(jù)

eusart_send(0x00); //串口發(fā)送應(yīng)答的數(shù)據(jù)

eusart_send(0x55); //串口發(fā)送應(yīng)答的數(shù)據(jù)

}

                     break; //退出循環(huán)

            }

         }

      Buf_clear(); //把余下的緩沖區(qū)清零,方便下一堆數(shù)據(jù)接收與處理

      }

   }

}

Void Buf_clear() //把余下的緩沖區(qū)清零

{

      Unsigned char buf_clear_temp;

         while(RCREG_read_total<RCREG_total) //說(shuō)明還沒(méi)有把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀取完

         {

               CLRWDT();

               buf_clear_temp =asy_recieve();

         }

}

unsigned char asy_recieve()  //把串口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)一個(gè)個(gè)提取出來(lái)

{

   unsigned char RCREG_dt;

   ++RCREG_read_total; //已經(jīng)讀出了多少個(gè)數(shù)據(jù)

   RCREG_dt=RCREG_buf[RCREG_read_total -1];

   if(RCREG_read_total >=RCREG_total) //只要把全部數(shù)據(jù)都讀完，馬上把緩沖區(qū)清零

      {

      RCREG_read_total =0;

      RCREG_total=0;

      }

   return RCREG_dt;

}

void eusart_send(unsigned char t_data) //串口發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)

{

unsigned int error_delay;

   TXREG=t_data; //發(fā)送數(shù)據(jù)

   error_delay=0;//等待把數(shù)據(jù)發(fā)送完畢

   while(1) //這里也可以省略，直接用延時(shí)替代

{

      CLRWDT();

      if(TXIF==1) //等待把數(shù)據(jù)發(fā)送完畢

      {

         break;

      }

      Else

      {

      ++error_delay;

      if(error_delay>200)  //超時(shí)也要退出，不能死等

      {

            break;

      }

   }

   }

   Delay11(1);    //此處最玄機(jī)，要特別注意。每發(fā)送完一個(gè)字節(jié)，由于不同的項(xiàng)目，這//里的延時(shí)間隔都不一樣，讀者根據(jù)實(shí)際情況來(lái)改。這里最容易出問(wèn)題，必須要延時(shí)，尤其是連續(xù)發(fā)送一堆數(shù)據(jù)的時(shí)候。讀者也可以自己把這種死延時(shí)改成計(jì)數(shù)延時(shí)的方式。

}

//延時(shí)函數(shù)

void Delay11(unsigned int MS)

{

   unsigned char us,usn;

   while(MS!=0)          //for 12M

         {

            CLRWDT();

               usn = 2;

               while(usn!=0)

                     {    CLRWDT();

                           us=0xf5;

                           while (us!=0){us--;};

                           usn--;

                     }

               MS--;

         }

}

（6）小結(jié)：

      累加和就是把前面所有字節(jié)相加，然后把結(jié)果放在一個(gè)字節(jié)的變量上，超過(guò)一個(gè)字節(jié)范圍的部分會(huì)自動(dòng)丟棄。

作者: mcza30 時(shí)間: 2016-6-29 11:32
“因?yàn)橛布颍谝粋€(gè)字節(jié)往往容易丟失”------能否說(shuō)一下為什么。

作者: 小歐陽(yáng) 時(shí)間: 2018-7-20 16:10
如果有個(gè)源程序下載該多好

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