一次51单片机串口收发设计的思考~

最近项目里面要用到51单片机做一些控制，主要功能是通过串口接收上位机的指令并进行分析解码，等待一个外部触发信号到来后执行之前接收的指令动作。

正好手边有一片STC89C52，赶紧搭了个最小系统。STC89C52单片机可以通过串口下载程序，可是试了好几次都没有下载成功，仔细检查发现原来是9针串口线忘了接GND(地线)。顺便总结下STC单片机下载不成功的主要原因:
1、最小系统出问题(晶振对不对、复位电路对不对、引脚连线对不对); 2、电平匹配问题(一般是要加MAX232电平转换芯片的); 3、串口线(串口线质量也是很重要的)连得对不对(至少连3根线TXD、RXD、GND)，包括发送接收的方向对不对; 4、下载操作步骤对不对(单片机下电--->点下载--->单片机上电)。 排除了下载失败的故障后，就可以写代码下程序了。先写个串口调试功能的代码，使用串口接收中断方式，在主程序中将接受的字节回送到上位机中。
串口收发设计(阻塞式设计)

/****************************************************	
-- File name    : rs232.c	
-- Abstract     : 串口收发设计(阻塞式设计)	
-- Author       : hi2world	
-- Date         : 2012-10-2	
*****************************************************/	
#include	

	
//定义新类型	
typedef unsigned char uchar;	

	
//接收一个字节完成标志位	
bit rx_flag = 0;	

	
//全局变量,用于存放接收到的字节	
uchar rx_byte;	

	
int main()	
{	
/*设置波特率*/	
SCON = 0x50; //串口工作在方式1,允许串行接收;	
PCON = 0x00; //SMOD设置为0	
TMOD = 0x20; //定时器1工作在方式2：8位自动重装载	
TH1 = 0xfd; //设置波特率9600	
TL1 = 0xfd;	
TR1 = 1; //启动定时器	

	
/*开中断*/ 	
ES = 1; //允许串行接收中断	
EA = 1; //开总中断	

	
while(1)	
{	
if(rx_flag) //接收完成标志为1时,开始发送数据到上位机	
{	
rx_flag = 0; //清除接收完成标志位	
SBUF = rx_byte; //发送	
while(TI == 0); //等待发送结束,可以加入超时等待处理	
}	

	
TI = 0; //软件清除发送中断标志位	
}	
return 0;	
}	

	

	
/*串口中断服务子程序*/	
void serial_intserve() interrupt 4 using 1	
{	
if(RI) //判断是接收中断标志	
{	
rx_flag = 1; //设置接收1字节完成标志	
rx_byte = SBUF; //取数据	
RI = 0; //手动清除接收中断标志	
}	
}

对上述代码进行测试发现: 1、上位机每隔0.5s发送1个字节，代码可以很好的工作，没有丢失数据; 2、上位机发送987个字节大小的文件，上位机接收到单片机回送数据986个，丢失1个; 3、上位机发送12307个字节大小的文件，上位机接收到单片机回送数据12286个，丢失21个; 4、上位机发送61541个字节大小的文件，上位机接收到单片机回送数据61453个，丢失88个。
一般情况，为了使串口收发更稳健，会使用缓冲区机制，也就是设计接收FIFO，将接收到数据先存放到FIFO中，这样可以防止在大数据收发过程中的覆盖问题。FIFO一般设计成环形的，有一个读指针和一个写指针，对FIFO操作时会先检查这两个指针来确定FIFO的状态。为了区分FIFO的满状态和空状态，往往会牺牲掉FIFO一个存储单元，使得形成这样的条件：
1、写之前，检查发现如果wr_ptr+1 = rd_ptr，则表示FIFO已满(实际FIFO还有1个空位，但被我们牺牲掉了); 2、读之前，检查发现如果rd_ptr = wr_ptr，则表示FIFO为空(这时FIFO是真心空的)。
串口收发设计(非阻塞式设计)

/****************************************************	
-- File name    : rs232.c	
-- Abstract     : 串口收发设计(非阻塞式设计)	
-- Author       : hi2world	
-- Date         : 2012-10-2 	
*****************************************************/	
#include	

	
/*定义新类型*/	
typedef unsigned char uchar;	

	
/*定义一个接收缓存fifo*/	
#define MaxRevByte 16 //fifo长度为32个字节	
uchar data Rev_fifo[MaxRevByte]; //定义一个32个字节的环形FIFO,用于存储接收到的数据	
uchar data * data Base_ptr = Rev_fifo; //指向fifo的指针,实质就是fifo的首地址	
uchar Wr_cnt = 0; //写指针的偏移量,则写指针Wr_ptr = Base_ptr + Wr_cnt;	
uchar Rd_cnt = 0; //读指针的偏移量,则读指针Rd_ptr = Base_ptr + Rd_cnt;	

	
/*接收一个字节完成标志位*/	
bit rx_flag = 0;	

	

	
int main()	
{	
/*设置波特率*/	
SCON = 0x50; //串口工作在方式1,允许串行接收;	
PCON = 0x00; //SMOD设置为0	
TMOD = 0x20; //定时器1工作在方式2：8位自动重装载	
TH1 = 0xfd; //设置波特率9600	
TL1 = 0xfd;	
TR1 = 1; //启动定时器	

	
/*开中断*/ 	
ES = 1; //允许串行接收中断	
EA = 1; //开总中断	

	
/*串口接收数据*/	
while(1)	
{	
if(rx_flag) //接收完成标志为1时,开始发送数据到上位机	
{	
rx_flag = 0; //清除接收完成标志位	

	
if(Rd_cnt == Wr_cnt) //FIFO已空	
{	
//复位缓冲区指针偏移量	
Rd_cnt = 0;	
Wr_cnt = 0;	
}	
else      	
{	
SBUF = *(Base_ptr + Rd_cnt);	
Rd_cnt = (Rd_cnt + 1) & (MaxRevByte - 1);	
}	

	
while(TI == 0) //等待发送结束	
{;} 	
TI = 0; //软件清除发送中断标志位	
}	
}	

	
return 0;	
}	

	

	
/*串口中断服务子程序*/	
void serial_intserve() interrupt 4 using 1	
{	
if(RI) //判断是接收中断标志	
{	
uchar temp;	
temp = (Wr_cnt + 1) & (MaxRevByte - 1); 	
if(temp == Rd_cnt) //FIFO已满	
{;}	
else	
{ 	
*(Base_ptr + Wr_cnt) = SBUF;	
Wr_cnt = temp; //将接收到的数据放到fifo中	
}	
rx_flag = 1; //将接收数据完成标志位置1，以供查询	
RI = 0; //清除接收中断标志位	
}	
}

对代码进行同样的测试：
1、上位机每隔0.5s发送1个字节，代码可以很好的工作，没有丢失数据; 2、上位机发送987个字节大小的文件，上位机接收到单片机回送数据986个，丢失1个; 3、上位机发送12307个字节大小的文件，上位机接收到单片机回送数据12286个，丢失21个; 4、上位机发送61541个字节大小的文件，上位机接收到单片机回送数据61429个，丢失112个。
从上面的测试数据上看，阻塞式的串口收发反而比非阻塞式的要好一些些。但是按照很多书本上以及原理上推论，应该是非阻塞式的远好于阻塞式的，但今天的测试结果让我有些不敢相信。静下心来仔细思考，好像得出点结论：
1、在这个测试中，单片机仅仅只在做2件事：接收与发送。任务太简单，阻塞式的也能很好的工作，反而非阻塞式的没有体现出它的好处来; 2、这个单一的任务中，非阻塞式的要对FIFO进行读写，反而要消耗时间，从而导致上面的测试数据看好阻塞式的; 3、如果增加其他的任务，非阻塞式的理论上应该比阻塞式的工作的好，当然有待验证; 4、确实应该多做实验，不能光看书上怎么写，要实际测试，看看哪些情况下适用哪些方法。

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