蓝桥杯-单片机基础8——上下位机的串口通信设置(附小蜜蜂课程代码)

news2024/11/20 15:52:03

蓝桥杯单片机组备赛指南请查看这篇文章:戳此跳转蓝桥杯备赛指南文章

本文章针对蓝桥杯-单片机组比赛开发板所写,代码可直接在比赛开发板上使用。

型号:国信天长4T开发板(绿板),芯片:IAP15F2K61S2

(使用国信天长蓝板也可以完美兼容,与绿板几乎无差别)


1. 代码目的

        代码一:通过矩阵键盘输入数字,并在数码管上显示,当按下S16时确认发送数字到上位机
,上位机发送数据,单片机接收之后进行平方运算并返回。

        代码二:开机初始化,自动关闭蜂鸣器和继电器,并发送初始化信息到上位机,上位机发送亮灯指令,单片机接收运行指令并进行反馈上位机。指令格式:a模式前四位,b模式后四位,1开灯,0关灯,c模式提示系统正在运行

2. 通信基础知识

        大分类如下图:

相关名词解释如下:

并行通信:数据的每一位同时发送,且每个位都占有一根传输线;

串行通信:数据可以一位接一位地按照顺序,只经过一根传输线传输;(又分为SPI、IIC、UART等)

单工通信:数据只能单向传输,且只由固定的主机传向从机,不可交换;
半双工通信:数据在某时刻可以从一方发送,另外一方接收,但不能同时发送和接收;(RS485)
全双工通信:在同一时刻,两个设备之间可以同时进行发送和接收数据。

同步通信:双方有一根数据线、一根时钟线,采用相同的时钟信号进行数据交换的驱动;

异步通信:双方只有一根数据线,采用特定的帧格式约定通信的规范;

        比赛采用异步串行通信的方式。

3. 串口通信基本原理

3.1 什么是上下位机的通信

        一般来说,我们认为比赛用开发板就是下位机,我们的电脑就是上位机。由于采用异步串行通信方式,因此我们既可以从上位机向下位机发送数据,又可以在上位机接收下位机传来的数据,从未实现通信的效果。

        近年来的省体考串口通信不多,但往年偶尔考过。考题倾向于某种控制系统,即我们用电脑向单片机发送某种数据,单片机就产生对应的响应,并且单片机向电脑传回相关的数据,以此对串口编程进行考察。在了解串口通信的简单原理之后,可以将小蜜蜂老师的代码段背下来,比赛时直接使用。

3.2 上下位机的通信设置

        对于上位机,我们需要打开烧录软件STC-ISP,并点击串口助手,如下图:

        红色框标注的部分为,需要我们留意并设置正确的部位。

3.3 通信的相关寄存器

        在进行串行通信时,为了保证传输的实时性,我们采用中断的方式进行。设置定时计数器1,当产生一次溢出中断时,单片机就接收或发送一次数据。因此我们依旧会用到定时/计数器中断相关的寄存器。

        下面简要介绍IE、IP、TMOD、TCON、THx寄存器:详细教程请戳此查看重点介绍SCON、SBUF、AUXR寄存器

两级中断允许控制:IE(interrupt enable)

EA-ET2ESET1EX1ET0EX0

IE中各位的功能如下:

EA—中断总开关控制位,EA=1,所有的中断请求开放。

ES—串行口中断允许位。

ET1—定时器/计数器T1溢出中断允许位。

EX1—外部中断1中断允许位。

ET0—定时器/计数器T0的溢出中断允许位。

EX0—外部中断0中断允许位。

两级优先级控制:IP(interrupt priority)

--PT2PSPT1PX1PT0PX0

中断优先级寄存器IP各位含义:

PS—串行口中断优先级控制位,1—高级;0—低级。

PT1—T1中断优先级控制位,1—高级;0—低级。

PX1—外部中断1中断优先级控制位,1—高级;0—低级。

PT0—T0中断优先级控制位,1—高级;0—低级。

PX0—外部中断0中断优先级控制位,1—高级;0—低级。

        该寄存器允许位寻址,本题中采用默认优先级,因此不用管这个寄存器。

特殊功能寄存器:TCON(timer controller)

TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

TCON寄存器中与中断系统有关各标志位功能如下:

TF1—定时器/计数器T1的溢出中断请求标志位。

TF0—定时器/计数器T0溢出中断请求标志位似。

IE1—外部中断请求1中断请求标志位。

IE0—外部中断请求0中断请求标志位,与IE1类似。

IT1—选择外中断1请求方式。0--电平触发方式,1--跳沿触发方式。

IT0—选择外中断0请求方式。0--电平触发方式,1--跳沿触发方式。

特殊方式寄存器:TMOD(timer mode)

GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0
<----  定时器1(T1)  ----><----  定时器0(T0)  ---->

GATE: 用于控制定时器启动是否受外部中断源的影响 
      当GATE=0时,TR0或TR1等于1,可以启动T0或T1定时/计数器工作。
      当GATE=1时,TR0或TR1等于1,外部中断引脚INT0/1为高电平,才启动工作。
      注意:GATE=0表示控制定时器启动不受外部中断源的影响

 C/T=0为定时模式,C/T=1为计数模式。
 

M1 M0工作方式选择位,两位一起看:

M1 M0工作方式工作说明
0 0方式013位定时/计数器,最大值8192
0 1方式116位定时/计数器,最大值65535
1 0方式28位自动重装定时/计数器,最大值255
1 1方式3T1分成两个独立的定时/计数器,T1停止计数

初值寄存器:THx TLx

        注意:当计算式确定之后,要把计算结果替换进赋值表达式,减少资源占用。

串口通信寄存器:SCON   (Serial Control Register)

SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI

SM0、SM1用于选择工作方式:

SM0,SM1工作方式功能描述波特率
0 0 方式08位移位寄存器Fosc/12
0 1 方式110位UART可变
1 0方式211位UARTFosc/64或Fosc/32
1 1方式311位UART可变

一般我们只用方式1,因此牢记01设置就好。

SM2:多机控制位。方式0时SM2=0;方式1且SM2=1时只有接收到有效位才使RI置1;方式2或3且SM2=1且接收到第九位数据RB8=0时才使RI置1

REN:串行接收允许位。REN=1时允许接收,REN=0时禁止接收

TB8:存放发送数据的第9位。在方式2或3中存放要发送数据的第9位

RB8:存放接收数据的第9位。在方式2或3中存放要接收数据的第9位

TI:发送中断标志位。数据发送结束时,标志位会自动置1,需要通过程序将其清0

RI:接收中断标志位,数据接收结束时,标志位会自动置1,需要通过程序将其清0

        该寄存器允许位选址,在实际使用中,主要是利用定时计数器1产生波特率为9600(0xfd)的中断信号,然后搭配串口进行发送或接收数据。

缓冲寄存器:SBUF     (serial buffer)

        在物理上,单片机内部有两个SBUF,一个叫接收SBUF,用于接收上位机发送的数据;另一个叫发送SBUF,用于将传入的数据发送到上位机。名字都叫SBUF,在编程时根据语句不同产生不同的效果。

        接收数据时,形式为:变量名=SBUF;当RI=1时,单片机会产生一次中断,此时接收SBUF中存储了上位机发送的数据,通过赋值语句将内容提取到我们的变量中。

        发送数据时,形式为:SBUF=变量名;让TI=1时,表示单片机发送完毕,我们将变量中的值传入SBUF,SBUF成功发送到了上位机。

辅助寄存器:AUXR

        这个寄存器不需要我们进行单独设置,

        如果你使用的头文件是:#include <IAP…….h>,则可以忽略掉这个步骤

        如果你使用的头文件是:#include <reg52.h>,则需要添加。在代码的最开始定义:sfr AUXR = 0x8e;然后在定时计数器初始化代码中加一句:AUXR = 0x00;

4. 串口通信相关函数

4.1 串口初始化函数

        编程时,主要是先设置定时计数器产生对应的波特率,然后设置SCON寄存器确定串口工作方式,然后将辅助寄存器赋值为0x00,最后正常打开IE、TCON等寄存器的相关位。

4.2 数据接收函数

        使用中断的方式进行接收数据:即每收到一次数据,就产生一次优先级为4的串口中断

        当产生中断时,单片机进入此函数。首先看RI是否等于1,然后手动将RI清零,最后通过赋值语句将SBUF中的数据读入我们定义的变量中。

4.3 数据发送函数

        采用普通函数进行数据发送:因为当我们需要发送数据时,是由我们决定的,因此可以不写成中断函数。

        当我们需要发送数据时,直接将需要发送的数据通过赋值语句写入SBUF中,单片机就会开始发送,但因为我们没有使用中断方式因此发送时间会有些长,在数据未发完之前我们需要让程序等待,等发送完数据再继续运行。因此写了一个while的空语句,直到TI不等于0时发送结束,空语句停止,此时我们再手动将TI清零。

4.4 字符串发送函数

        C语言中,字符串的本质是一个字符数组,因此我们使用指针会更方便一些。

5. 小蜜蜂课程代码参考

                代码一:通过矩阵键盘输入数字,并在数码管上显示,当按下S16时确认发送数字到上位机
,上位机发送数据,单片机接收之后进行平方运算并返回。

//使用UART通信进行单片机与上位机的通信
//通过矩阵键盘输入数字,并在数码管上显示,当按下S16时确认发送数字到上位机
//上位机发送数据,单片机接收之后进行平方运算并返回

#include < REG52.h >
#include < intrins.h >

unsigned char code SMG_duanma [18]=
			{ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 
				0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,
				0xbf , 0x7f };
			
sfr P4 = 0xc0;
sfr AUXR = 0x8e;
				
sbit L1 = P3^0;
sbit L2 = P3^1;
sbit L3 = P3^2;
sbit L4 = P3^3;
sbit C1 = P4^4;
sbit C2 = P4^2;
sbit C3 = P3^5;
sbit C4 = P3^4;
				
void select_HC573 ( unsigned char channal )
{
	switch ( channal )
	{
		case 4:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0x80;
		break;
		case 5:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xa0;
		break;
		case 6:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xc0;
		break;
		case 7:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xe0;
		break;
	}
}

void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{
	select_HC573 ( 6 );
	P0 = 0x01 << pos_SMG;
	select_HC573 ( 7 );
	P0 = value_SMG;
}

void Delay ( unsigned char value_delay )
{
	while ( value_delay -- )
	{
		unsigned char i = 22;
		unsigned char j = 128;
		_nop_ ();
		_nop_ ();
		do 
		{
			while ( --j );
		}while ( --i );
	}
}

unsigned char state_key = 0;
void scan_keys ( )
{
//L1
	L1 = 0;
	C1 = C2 = C3 = C4 = 1;
	L2 = L3 = L4 =1;
	if ( C1 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C1 == 0 )
		{
			while ( C1 == 0 );
			state_key = 7;
		}
		else;
	}
	else if ( C2 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C2 == 0 )
		{
			while ( C2 == 0 );
			state_key = 11;
		}
		else;
	}	
	else if ( C3 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C3 == 0 )
		{
			while ( C3 == 0 );
			state_key = 15;
		}
		else;
	}
	else if ( C4 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C4 == 0 )
		{
			while ( C4 == 0 );
			state_key = 19;
		}
		else;
	}

//L2	
	L2 = 0;
	C1 = C2 = C3 = C4 = 1;
	L1 = L3 = L4 =1;
	if ( C1 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C1 == 0 )
		{
			while ( C1 == 0 );
			state_key = 6;
		}
		else;
	}
	else if ( C2 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C2 == 0 )
		{
			while ( C2 == 0 );
			state_key = 10;
		}
		else;
	}	
	else if ( C3 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C3 == 0 )
		{
			while ( C3 == 0 );
			state_key = 14;
		}
		else;
	}
	else if ( C4 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C4 == 0 )
		{
			while ( C4 == 0 );
			state_key = 18;
		}
		else;
	}
	
//L3
	L3 = 0;
	C1 = C2 = C3 = C4 = 1;
	L2 = L1 = L4 =1;
	if ( C1 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C1 == 0 )
		{
			while ( C1 == 0 );
			state_key = 5;
		}
		else;
	}
	else if ( C2 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C2 == 0 )
		{
			while ( C2 == 0 );
			state_key = 9;
		}
		else;
	}	
	else if ( C3 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C3 == 0 )
		{
			while ( C3 == 0 );
			state_key = 13;
		}
		else;
	}
	else if ( C4 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C4 == 0 )
		{
			while ( C4 == 0 );
			state_key = 17;
		}
		else;
	}
	
//L4
	L4 = 0;
	C1 = C2 = C3 = C4 = 1;
	L2 = L3 = L1 =1;
	if ( C1 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C1 == 0 )
		{
			while ( C1 == 0 );
			state_key = 4;
		}
		else;
	}
	else if ( C2 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C2 == 0 )
		{
			while ( C2 == 0 );
			state_key = 8;
		}
		else;
	}	
	else if ( C3 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C3 == 0 )
		{
			while ( C3 == 0 );
			state_key = 12;
		}
		else;
	}
	else if ( C4 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C4 == 0 )
		{
			while ( C4 == 0 );
			state_key = 16;
		}
		else;
	}
}


//===================================================
void Init_Uart ()
{
	TMOD = 0x20;
	TH1 = 0xfd;
	TL1 = 0xfd;
	
	SCON = 0x50;
	AUXR = 0x00;
	ES = 1;
	EA = 1;
	TR1 = 1;
}

//接收信息采用中断,发送消息采用查询
unsigned char ri_uart_value;
void ri_UART () interrupt 4
{
	if ( RI == 1 )
	{
		RI = 0;
		ri_uart_value = SBUF;
	}	
}

void ti_UART ( unsigned char ti_uart_value )
{
	SBUF = ti_uart_value;
	while ( TI == 0 );
	TI = 0;
}


//======================================================
unsigned char tmp_state_key = 0;
unsigned char tmp_ri_value = 0;
void Uartrunning ()
{
	
	if ( tmp_state_key != state_key )
	{
		ti_UART ( state_key );
		tmp_state_key = state_key;
	}
	else if ( ri_uart_value != tmp_ri_value )
	{
		tmp_ri_value = ri_uart_value;
		state_key = tmp_ri_value;
	}
	
}



void main ()
{
	Init_Uart ();
	while ( 1 )
	{
		Uartrunning ();		
		scan_keys ();
		Input_SMG ( 0 , SMG_duanma [state_key/10] );
		Delay ( 3 );
		Input_SMG ( 1 , SMG_duanma [state_key%10] );
		Delay ( 3 );	

	}
}

代码二:开机初始化,自动关闭蜂鸣器和继电器,并发送初始化信息到上位机,上位机发送亮灯指令,单片机接收运行指令并进行反馈上位机。指令格式:a模式前四位,b模式后四位,1开灯,0关灯,c模式提示系统正在运行

//建立通信,使得上位机和单片机进行数据交换,并实现上位机控制单片机灯光亮灭
//开机初始化,自动关闭蜂鸣器和继电器,并发送初始化信息到上位机
//上位机发送亮灯指令,单片机接收运行指令并进行反馈上位机。指令格式:a模式前四位,b模式后四位,1开灯,0关灯,c模式提示系统正在运行

#include < reg52.h >

sfr AUXR = 0x8e;

void select_HC573 ( unsigned char channal )
{
	switch ( channal )
	{
		case 4:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0x80;
		break;
		case 5:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xa0;
		break;
		case 6:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xc0;
		break;
		case 7:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xe0;
		break;
	}
}

void Init_Buzz ()
{
	select_HC573 ( 5 );
	P0 = 0x00;
}


//==================================================
void Init_UART ( )
{
	TMOD = 0x20;
	TH1 = 0xfd;
	TL1 = 0xfd;
	
	SCON = 0x50;
	AUXR = 0x00;
	
	ES = 1;
	EA = 1;
	TR1 = 1;
}

unsigned char uart_value;
void Service_UART () interrupt 4
{
	if ( RI == 1 )
	{
		RI = 0;
		uart_value = SBUF;
		
	}
}

void Send_UART ( unsigned char value_uart )
{
	SBUF = value_uart;
	while ( TI == 0 );
	TI = 0;
}

void Send_String ( unsigned char *string )
{
	while ( *string != '\0' )
	{
		Send_UART ( *string ++ );
	}	
}

//========================================================

void light_led ( unsigned char value_led )
{
	select_HC573 ( 4 );
	P0 = value_led;
}

void UART_Commandrunning ( )
{
	unsigned char command,value_led;
	command = uart_value;
	
	if ( command != 0x00 )
	{
		switch ( command & 0xf0 )
		{
			case 0xa0:
				value_led = ~(( command & 0x0f ) << 4 ) ;
				light_led ( value_led );
				break;
			case 0xb0:
				value_led = ~( command & 0x0f ) ;
				light_led ( value_led );
				break;
			case 0xc0:
				Send_String ( "The system is runing ! \r\n" );
				break;
		}
		
	}
}

void main ()
{
	Init_UART ();
	Init_Buzz ();
	Send_String ( "The system is wake up \r\n" );
	
	while ( 1 )
	{
		UART_Commandrunning ();
	}
}

6. 编程思路重述

        实际上对于串口通信实现上位机与单片机通信的设置有很多,但是在比赛中,我们只使用定时计数器1产生波特率,使用串口工作方式1进行通信,便已经足够。

1.设置TMOD将定时计数器1处于8位自动重装工作方式,初值寄存器值为0xfd产生9600bps的波特率,辅助寄存器赋值为0x00;

2.设置串口中断寄存器SCON,使其工作在方式1

3.正确编写接收数据函数、发送数据函数、发送字符串数据函数

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所有题目均来自【三级数据库技术基础题库】&#xff0c;此博客仅包含部分设计题与应用题&#xff0c;用于自主的回顾学习&#xff0c;仅供参考。 ER图绘制 代码补全 方案选择 &#xff08;1&#xff09;在不改变SQL语句和不对表做分区的情况下&#xff0c;可以为学生进出校的申…

自动驾驶感知新范式——BEV感知经典论文总结和对比(一)

自动驾驶感知新范式——BEV感知经典论文总结和对比&#xff08;一&#xff09; 博主之前的博客大多围绕自动驾驶视觉感知中的视觉深度估计&#xff08;depth estimation&#xff09;展开&#xff0c;包括单目针孔、单目鱼眼、环视针孔、环视鱼眼等&#xff0c;目标是只依赖于视…

【Python爬虫】将某网页中表格里的十六进制颜色值转换成十进制,再生成新表格

【需求】 在 https://www.cnblogs.com/heyang78/p/5712076.html 上有360种颜色及代码&#xff0c;但很遗憾没有十进制的RGB值&#xff0c;使用时需要自己转换一下&#xff0c;此过程依赖网络或计算器&#xff0c;颇为不便。因此&#xff0c;拟设计一爬虫将原有表格内容取出&am…

深度学习入门指南:从理论到实践

深度学习如何入门 深度学习是机器学习的一个分支&#xff0c;它通过模拟人脑神经网络的结构和功能来实现对数据的学习和理解。近年来&#xff0c;深度学习在图像识别、自然语言处理、语音识别等领域取得了显著的成果&#xff0c;越来越受到人们的关注。如果你想入门深度学习&a…

Ambari——编译——解决PowerShell中报错问题

您的支持是我继续创作与分享的动力源泉!!! 您的支持是我继续创作与分享的动力源泉!!! 您的支持是我继续创作与分享的动力源泉!!! 错误日志 因为在此系统上禁止运脚本。有关详细信息&#xff0c;请参阅 https:/go,microsoft,com/fwlink/?LinkID135170 中的 about_Execution…

Cesium安装部署运行

目录 1.简介 2.Cesium项目下载 3.Cesium项目运行 4.cesium运行 1.简介 Cesium是国外一个基于JavaScript编写的使用WebGL的地图引擎。Cesium支持3D,2D,2.5D形式的地图展示&#xff0c;可以自行绘制图形&#xff0c;高亮区域&#xff0c;并提供良好的触摸支持&#xff0c;且支…