標題:
安全可靠的串口通訊協(xié)議之校驗
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作者:
電子黑
時間:
2016-6-27 22:06
標題:
安全可靠的串口通訊協(xié)議之校驗
（1）開場白：
串口通訊的協(xié)議各種各樣，五花八門。有的協(xié)議沒有校驗，有的協(xié)議有校驗，它們的存在都有它們的道理。沒有校驗的協(xié)議，感覺更簡單直接，傳輸與處理的速度更 加快。有校驗的協(xié)議，感覺用起來更加放心點。這節(jié)將要介紹我常用校驗的三道防火墻。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)的實驗。
（2）功能需求：
無論是單片機還是上位機，最好在固定協(xié)議前多發(fā)送一個填充的無效字節(jié)0x00，因為硬件原因，第一個字節(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，你只要定義一個字節(jié)變量用來接收所有數(shù)據(jù)的累加和，那么超過一個字節(jié)的部分會自動丟棄。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)自帶的計算器來驗證。打開電腦上的計算器，點擊“查看”下拉的菜單，選“科學型”，然后選 左邊的“十六進制”，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，沒錯吧。
任意時刻，從電腦“串口調(diào)試助手”上位機收到的一堆數(shù)據(jù)中，只要此數(shù)據(jù)滿足以上我介紹的三道防火墻，那么就往上位機發(fā)送“eb 00 aa”表示確認，同時蜂鳴器叫一聲。如果校驗出錯，則往上位機發(fā)送“eb 00 55”表示出錯。
（3）硬件原理：
把單片機串口通訊的那兩個引腳經(jīng)過一個MAX3232之后直接跟電腦的9針串口通訊。我發(fā)現(xiàn)很多朋友會選MAX232這個芯片，而我本人更加推薦用 MAX3232。因為MAX232只支持5V，不是寬壓的，而MAX3232不但支持5V，還支持3V。每個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:PIC18f4520,晶振為22.1184MHz，波特率115200
（5）源代碼講解如下：
#include<pic18.h> //包含芯片相關頭文件
//補充說明：吳堅鴻程序風格是這樣的，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
//補充說明：吳堅鴻程序風格是這樣的，凡是做延時計數(shù)閥值的常量
//前綴都用cnt_表示。
#define cnt_voice_time 150 //蜂鳴器響的聲音長短的延時閥值
#define cnt_send 300 //確保接收緩沖區(qū)沒有繼續(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)一個個提取出來
void eusart_send(unsigned char t_data); //串口發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)
Void Buf_clear() ; //把余下的緩沖區(qū)清零
void Delay11(unsigned int MS); //延時函數(shù)
//補充說明：吳堅鴻程序風格是這樣的，凡是計數(shù)器延時的變量
//后綴都用_cnt表示。
unsigned int voice_time_cnt; //蜂鳴器響的聲音長短的計數(shù)延時
unsigned int send_cnt=0; //一串數(shù)據(jù)從上位機發(fā)過來的時候，他們每個字節(jié)之間//的延時間隔很短，如果他們的延時間隔一旦超過了這個send_cnt變量的延時，那么就////認為他們的一串數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢
//補充說明：吳堅鴻程序風格是這樣的，凡是涉及統(tǒng)計數(shù)量的變量
//后綴都用_total表示。
unsigned int RCREG_total; //統(tǒng)計串口緩沖區(qū)已經(jīng)收了多少個數(shù)據(jù)
unsigned int RCREG_read_total; //統(tǒng)計已經(jīng)從串口緩沖區(qū)讀出了多少個數(shù)據(jù)
unsigned char valid_total; //一串數(shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)總量
//補充說明：吳堅鴻程序風格是這樣的，凡是用來更新的標識變量，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)從上位機發(fā)送過來，就會引發(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)，警告單片機先不要//猴急，等串口中斷把所有從上位機連續(xù)發(fā)送過來的一堆數(shù)據(jù)接收完，再處理。那么什么///時候才知道發(fā)送的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā) 送完畢了呢？用send_cnt識別。因為在串口中斷里，我///每次都會把send_cnt=0，而在main函數(shù)里，一旦發(fā)現(xiàn) send_update==1，send_cnt就//會開始自加，當它超過某個數(shù)值的時候，就會自動把send_update=0，表示目前已經(jīng)沒// 有數(shù)據(jù)發(fā)送了。而如果有數(shù)據(jù)不斷從上位機傳來，send_cnt永遠也不會超過某個數(shù)值，//因為每個中斷它都被清零，這個原理跟看門口狗喂狗的原理很 像。
//補充說明：吳堅鴻程序風格是這樣的，凡是用來接收數(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)實際項目設置大小
Unsigned char RCREG_buf_temp[50]; //臨時處理串口數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，可以不用那么大
//補充說明：吳堅鴻程序風格是這樣的，凡是自鎖變量名, 后綴都用_lock表示。
Unsigned char send_lock=0;
//補充說明：吳堅鴻程序風格是這樣的，凡是在main函數(shù)中用的中間變量，前綴m_，后//綴用_char或者_int表示類型
Unsigned int m_int; //中間變量，只要是用在main函數(shù)里，誰都可以重復用。
Unsigned char receive_sum; //一串數(shù)據(jù)中的累加和，注意，必須定義成字節(jié)變//量，這樣運算中它會自動丟棄超過一個字節(jié)的位。
//主程序
main()
{
ADCON0=0x00;
ADCON1=0x0f; //全部為數(shù)字信號
ADCON2=0xa1; //右對齊
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; //定時器中斷配置
TMR1H=0xFE;
TMR1L=0xEF;
TMR1IF=0;
TMR1IE=1;
TMR1ON=1;
TMR1IE=1;
//補充說明，以上的內(nèi)容為寄存器配置，每種不同的單片機會有點差異，
//大家不用過度關注以上寄存器的配置,只要知道有這么一回事即可
beep_dr=0; //關蜂鳴器,上電初始化IO
while(1)
{
CLRWDT(); //喂看門狗，大家不用過度關注此行
usart_service(); //串口通訊服務
}
}
//中斷
void interrupt timer1rbint(void)
{
if(RCIE==1&&RCIF==1) //串口中斷，一次只能接受一個字節(jié)
{
RCIE=0;
RCIF=0;
++RCREG_total; //以下代碼是鴻哥的在所有串口項目中用到的標準代碼
if(RCREG_total>50) //超過緩沖區(qū)
{
RCREG_total=50;
}
RCREG_buf[RCREG_total-1]=RCREG; //依次把上位機來的數(shù)據(jù)存入數(shù)組緩沖區(qū)
send_update=1; //通知單片機目前正在接收數(shù)據(jù)
send_cnt=0; //及時喂狗，雖然main函數(shù)那邊不斷在累加，但是只要串口的數(shù)//據(jù)還沒發(fā)送完畢，那么它永遠也長不大,因為每個中斷都被清零，很可憐。
RCIE=1;
}
if(TMR1IE==1&&TMR1IF==1) //定時中斷
{
TMR1IF=0; //定時中斷標志位關閉
TMR1ON=0; //定時中斷開關關閉
if(voice_time_cnt) //控制蜂鳴器聲音的長短
{
beep_dr=1; //蜂鳴器響
--voice_time_cnt; //蜂鳴器響的聲音長短的計數(shù)延時
}
else
{
Asm(“nop”); //添加此行空指令為了使else的內(nèi)容跟if的內(nèi)容對稱，意義////不大
beep_dr=0; //蜂鳴器停止
}
TMR1H=0xFe; //重新設置定時時間間隔
TMR1L=0x00;
TMR1ON=1; //定時中斷開關打開
}
}
void usart_service() //串口服務程序,在main函數(shù)里
{
if(send_update==1) //說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; //開自鎖標志
++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) //延時一段時間，確認緩沖區(qū)沒有繼續(xù)接受數(shù)據(jù)
{
send_cnt=0;
send_update=0;
}
}
Else //說明當前沒有繼續(xù)接收數(shù)據(jù)了
{
if(send_lock==1) //在數(shù)據(jù)已經(jīng)接收完畢，并且還沒有處理過數(shù)據(jù)的情況下
{
send_lock=0; //處理一次就鎖起來，不用每次都進來,除非有新接收的數(shù)據(jù)
while(RCREG_read_total<RCREG_total) //說明還沒有把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀取完
{
CLRWDT();
RCREG_buf_temp[0]= RCREG_buf_temp[1]; //數(shù)據(jù)移動，方便截取關鍵字
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
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(); //自帶校驗和
Receive_sum=0; //累加校驗和計算
For(m_int=0;m_int< （Valid_total+4);m_int++) //累加校驗和計算
{
Receive_sum=Receive_sum+ RCREG_buf_temp[m_int];
}
If(Receive_sum== RCREG_buf_temp[4+ Valid_total]) //校驗和正確
{
RCREG_buf_temp[0]=0; //把臨時處理數(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)送多一個填充無效字節(jié)，避免硬件原因引起第一個字節(jié)丟失
eusart_send(0xeb); //串口發(fā)送應答的數(shù)據(jù)
eusart_send(0x00); //串口發(fā)送應答的數(shù)據(jù)
eusart_send(0xaa); //串口發(fā)送應答的數(shù)據(jù)
voice_time_cnt= cnt_voice_time; //蜂鳴器響“滴”一聲就停
}
Else //校驗和出錯
{
RCREG_buf_temp[0]=0; //把臨時處理數(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)送多一個填充無效字節(jié)，避免硬件原因引起第一個字節(jié)丟失
eusart_send(0xeb); //串口發(fā)送應答的數(shù)據(jù)
eusart_send(0x00); //串口發(fā)送應答的數(shù)據(jù)
eusart_send(0x55); //串口發(fā)送應答的數(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) //說明還沒有把緩沖區(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)一個個提取出來
{
unsigned char RCREG_dt;
++RCREG_read_total; //已經(jīng)讀出了多少個數(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) //超時也要退出，不能死等
{
break;
}
}
}
Delay11(1); //此處最玄機，要特別注意。每發(fā)送完一個字節(jié)，由于不同的項目，這//里的延時間隔都不一樣，讀者根據(jù)實際情況來改。這里最容易出問題，必須要延時，尤 其是連續(xù)發(fā)送一堆數(shù)據(jù)的時候。讀者也可以自己把這種死延時改成計數(shù)延時的方式。
}
//延時函數(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：
累加和就是把前面所有字節(jié)相加，然后把結果放在一個字節(jié)的變量上，超過一個字節(jié)范圍的部分會自動丟棄。
作者:
mcza30
時間:
2016-6-29 11:32
“因為硬件原因，第一個字節(jié)往往容易丟失”------能否說一下為什么。
作者:
小歐陽
時間:
2018-7-20 16:10
如果有個源程序下載該多好
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