安全可靠的串口通讯协议之校验

2018-7-4 05:03:00 4133 通讯协议串口

（1）开场白：

串口通讯的协议各种各样，五花八门。有的协议没有校验，有的协议有校验，它们的存在都有它们的道理。没有校验的协议，感觉更简单直接，传输与处理的速度更加快。有校验的协议，感觉用起来更加放心点。这节将要介绍我常用校验的三道防火墙。它们分别是提取数据头，判断数据总数，判断所有字节的累加和。在上一节中略加修改即可完成本节的实验。

（2）功能需求：

无论是单片机还是上位机，最好在固定协议前多发送一个填充的无效字节0x00，因为硬件原因，第一个字节往往容易丢失。

         通讯协议： EB 00 55 XX YY YY YY YY CY

         其中前三位 EB 00 55为数据头，XX为数据长度，YY为数据，CY为前面所有字节的累加和。累加和的意思是所有数据相加，你只要定义一个字节变量用来接收所有数据的累加和，那么超过一个字节的部分会自动丢弃。比如以下数据：

         EB 00 55 04 02 12 56 A2 50

         其中 EB 00 55为数据头，04为数据总数，02 12 56  A2为数据，50为前面所有字节的累加和。累加和可以用电脑系统自带的计算器来验证。打开电脑上的计算器，点击“查看”下拉的菜单，选“科学型”，然后选左边的“十六进制”，最后选右边的“字节”，然后把前面所有的字节相加，它们的和就是50，没错吧。

任意时刻，从电脑“串口调试助手”上位机收到的一堆数据中，只要此数据满足以上我介绍的三道防火墙，那么就往上位机发送“eb  00 aa”表示确认，同时蜂鸣器叫一声。如果校验出错，则往上位机发送“eb  00 55”表示出错。

（3）硬件原理：

把单片机串口通讯的那两个引脚经过一个MAX3232之后直接跟电脑的9针串口通讯。我发现很多朋友会选MAX232这个芯片，而我本人更加推荐用 MAX3232。因为MAX232只支持5V，不是宽压的，而MAX3232不但支持5V，还支持3V。每个人的记忆力都很宝贵，用232串口我只选 MAX3232，不管它是用5V工作还是3V工作。就像74系列的芯片，我的心中只有你（74HC）没有它（74LS），一样的道理，74HC是宽压，74LS不是宽压。

（4）源码适合的单片机:PIC18f4520,晶振为22.1184MHz，波特率115200

（5）源代码讲解如下：

#include       //包含芯片相关头文件

//补充说明：吴坚鸿程序风格是这样的，凡是输出IO后缀都是_dr,凡是输入的//IO后缀都//是_sr

#define  beep_dr  LATA2  //蜂鸣器输出

//补充说明：吴坚鸿程序风格是这样的，凡是做延时计数阀值的常量

//前缀都用cnt_表示。

#define cnt_voice_time 150  //蜂鸣器响的声音长短的延时阀值

#define cnt_send 300          //确保接收缓冲区没有继续接收数据,是变量

//send_cnt的溢出阀值

Void usart_service();       //串口通讯服务程序，放在main函数里

unsigned char asy_recieve();  //把串口缓冲区的数据一个个提取出来

void eusart_send(unsigned char t_data); //串口发送一个字节的数据

Void Buf_clear() ;  //把余下的缓冲区清零

void Delay11(unsigned int MS); //延时函数

//补充说明：吴坚鸿程序风格是这样的，凡是计数器延时的变量

//后缀都用_cnt表示。

unsigned int voice_time_cnt;       //蜂鸣器响的声音长短的计数延时

unsigned int send_cnt=0;          //一串数据从上位机发过来的时候，他们每个字节之间//的延时间隔很短，如果他们的延时间隔一旦超过了这个send_cnt变量的延时，那么就////认为他们的一串数据已经发送完毕

//补充说明：吴坚鸿程序风格是这样的，凡是涉及统计数量的变量

//后缀都用_total表示。

unsigned int RCREG_total;          //统计串口缓冲区已经收了多少个数据

unsigned int RCREG_read_total; //统计已经从串口缓冲区读出了多少个数据

unsigned char valid_total;          //一串数据中的有效数据总量

//补充说明：吴坚鸿程序风格是这样的，凡是用来更新的标识变量，比如液晶刷屏，或者有新接收的串口数据更新等等，后缀一律用_update表示

Unsigned char  send_update=0;  //一旦有数据从上位机发送过来，就会引发串口接收中////断，在串口中断里，我把send_update=1表示目前正在接收数据，警告单片机先不要//猴急，等串口中断把所有从上位机连续发送过来的一堆数据接收完，再处理。那么什么///时候才知道发送的数据已经发送完毕了呢？用send_cnt识别。因为在串口中断里，我///每次都会把send_cnt=0，而在main函数里，一旦发现 send_update==1，send_cnt就//会开始自加，当它超过某个数值的时候，就会自动把send_update=0，表示目前已经没// 有数据发送了。而如果有数据不断从上位机传来，send_cnt永远也不会超过某个数值，//因为每个中断它都被清零，这个原理跟看门口狗喂狗的原理很像。

//补充说明：吴坚鸿程序风格是这样的，凡是用来接收数据的缓冲区数组后缀都用_buf表//示

Unsigned char RCREG_buf[50];  //串口接收缓冲区，读者可以根据实际项目设置大小

Unsigned char RCREG_buf_temp[50];  //临时处理串口数据的缓冲区，可以不用那么大

//补充说明：吴坚鸿程序风格是这样的，凡是自锁变量名, 后缀都用_lock表示。

Unsigned char send_lock=0;

//补充说明：吴坚鸿程序风格是这样的，凡是在main函数中用的中间变量，前缀m_，后//缀用_char或者_int表示类型

Unsigned int m_int;    //中间变量，只要是用在main函数里，谁都可以重复用。

Unsigned char receive_sum;             //一串数据中的累加和，注意，必须定义成字节变//量，这样运算中它会自动丢弃超过一个字节的位。

//主程序

main()

{

ADCON0=0x00;

ADCON1=0x0f;                            //全部为数字信号

   ADCON2=0xa1;                            //右对齐

   RBPU=0;                                     //上拉电阻

   SSPEN=0;                                  //决定RA5不作为串口

TRISA2=0;  //蜂鸣器输出

   BRG16=0;       //设置串口通信寄存器

   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;    //定时器中断配置

   TMR1H=0xFE;

TMR1L=0xEF;

   TMR1IF=0;

   TMR1IE=1;

   TMR1ON=1;

   TMR1IE=1;

//补充说明，以上的内容为寄存器配置，每种不同的单片机会有点差异，

//大家不用过度关注以上寄存器的配置,只要知道有这么一回事即可

   beep_dr=0;                            //关蜂鸣器,上电初始化IO

while(1)

{

                  CLRWDT(); //喂看门狗，大家不用过度关注此行

               usart_service();       //串口通讯服务

}

}

//中断

void interrupt timer1rbint(void)

{

   if(RCIE==1&&RCIF==1) //串口中断，一次只能接受一个字节

{

      RCIE=0;

      RCIF=0;

      ++RCREG_total; //以下代码是鸿哥的在所有串口项目中用到的标准代码

      if(RCREG_total>50)  //超过缓冲区

      {

         RCREG_total=50;

      }

      RCREG_buf[RCREG_total-1]=RCREG;  //依次把上位机来的数据存入数组缓冲区

      send_update=1; //通知单片机目前正在接收数据

      send_cnt=0;       //及时喂狗，虽然main函数那边不断在累加，但是只要串口的数//据还没发送完毕，那么它永远也长不大,因为每个中断都被清零，很可怜。

      RCIE=1;

}

   if(TMR1IE==1&&TMR1IF==1) //定时中断

      {

            TMR1IF=0;    //定时中断标志位关闭

               TMR1ON=0; //定时中断开关关闭

   if(voice_time_cnt)                      //控制蜂鸣器声音的长短

               {

                     beep_dr=1;       //蜂鸣器响

                     --voice_time_cnt;       //蜂鸣器响的声音长短的计数延时

               }

               else

               {

                  Asm(“nop”); //添加此行空指令为了使else的内容跟if的内容对称，意义////不大

beep_dr=0;    //蜂鸣器停止

               }

   TMR1H=0xFe; //重新设置定时时间间隔

   TMR1L=0x00;

   TMR1ON=1;       //定时中断开关打开

   }

}

void usart_service()  //串口服务程序,在main函数里

{

   if(send_update==1)  //说明目前串口正在接收数据，不要读缓冲区数据

   {

      send_lock=1;    //开自锁标志

      ++send_cnt; //只要有数据接收，send_cnt每次都被串口中断清零

      if(send_cnt>cnt_send) //延时一段时间，确认缓冲区没有继续接受数据

      {

         send_cnt=0;

         send_update=0;

      }

   }

   Else  //说明当前没有继续接收数据了

   {

      if(send_lock==1) //在数据已经接收完毕，并且还没有处理过数据的情况下

      {

         send_lock=0; //处理一次就锁起来，不用每次都进来,除非有新接收的数据

         while(RCREG_read_total
         {

            CLRWDT();

RCREG_buf_temp[0]= RCREG_buf_temp[1];  //数据移动，方便截取关键字

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)  //数据头”eb 00  55”判断

            {

                                             //把余下有效的数据都取出来

                     RCREG_buf_temp[3]=asy_recieve();  //数据量

                     Valid_total= RCREG_buf_temp[3];

                     For(m_int=0;m_int< Valid_total;m_int++)  //提取有效数据

                     {

                              RCREG_buf_temp[4+ m_int]=asy_recieve();

}

RCREG_buf_temp[4+ Valid_total]=asy_recieve();  //自带校验和

Receive_sum=0;       //累加校验和计算

                     For(m_int=0;m_int< （Valid_total+4);m_int++)  //累加校验和计算

                     {

                              Receive_sum=Receive_sum+ RCREG_buf_temp[m_int];

}

If(Receive_sum== RCREG_buf_temp[4+ Valid_total]) //校验和正确

{

RCREG_buf_temp[0]=0; //把临时处理数据清零，方便下次接收

RCREG_buf_temp[1]=0;

RCREG_buf_temp[2]=0;

                              eusart_send(0x00); //串口发送多一个填充无效字节，避免硬件原因引起第一个字节丢失

                              eusart_send(0xeb); //串口发送应答的数据

eusart_send(0x00); //串口发送应答的数据

eusart_send(0xaa); //串口发送应答的数据

                              voice_time_cnt= cnt_voice_time; //蜂鸣器响“滴”一声就停

}

Else //校验和出错

{

RCREG_buf_temp[0]=0; //把临时处理数据清零，方便下次接收

RCREG_buf_temp[1]=0;

RCREG_buf_temp[2]=0;

                              eusart_send(0x00); //串口发送多一个填充无效字节，避免硬件原因引起第一个字节丢失

                              eusart_send(0xeb); //串口发送应答的数据

eusart_send(0x00); //串口发送应答的数据

eusart_send(0x55); //串口发送应答的数据

}

                     break; //退出循环

            }

         }

      Buf_clear(); //把余下的缓冲区清零,方便下一堆数据接收与处理

      }

   }

}

Void Buf_clear() //把余下的缓冲区清零

{

      Unsigned char buf_clear_temp;

         while(RCREG_read_total
         {

               CLRWDT();

               buf_clear_temp =asy_recieve();

            }

}

unsigned char asy_recieve()  //把串口缓冲区的数据一个个提取出来

{

   unsigned char RCREG_dt;

   ++RCREG_read_total; //已经读出了多少个数据

   RCREG_dt=RCREG_buf[RCREG_read_total -1];

   if(RCREG_read_total >=RCREG_total) //只要把全部数据都读完，马上把缓冲区清零

      {

         RCREG_read_total =0;

         RCREG_total=0;

      }

   return RCREG_dt;

}

void eusart_send(unsigned char t_data) //串口发送一个字节的数据

{

unsigned int error_delay;

   TXREG=t_data; //发送数据

   error_delay=0;//等待把数据发送完毕

   while(1) //这里也可以省略，直接用延时替代

{

      CLRWDT();

      if(TXIF==1) //等待把数据发送完毕

      {

         break;

      }

      Else

      {

         ++error_delay;

         if(error_delay>200)  //超时也要退出，不能死等

         {

            break;

         }

      }

   }

   Delay11(1);    //此处最玄机，要特别注意。每发送完一个字节，由于不同的项目，这//里的延时间隔都不一样，读者根据实际情况来改。这里最容易出问题，必须要延时，尤其是连续发送一堆数据的时候。读者也可以自己把这种死延时改成计数延时的方式。

}

//延时函数

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）小结：

         累加和就是把前面所有字节相加，然后把结果放在一个字节的变量上，超过一个字节范围的部分会自动丢弃。