STM8S003F使用IO口模拟串口（三）使用中断方式发送和接收数据

在前两篇文章中我们介绍了IO口模拟串口发送数据和接收数据，前两种方法都是使用定时器来进行发送和接收，没有用到中断，优点是逻辑简单，但是缺点很明显，只能进行单个字节的发送和接收，而且不能同时工作。因此在实际工程中没有什么作用，仅供学习使用。使用中断方式我们可以发送和接收多个字节的数据。

1、使用中断方式进行IO口模拟串口发送和接收数据的原理

这篇文章我将使用中断的方式进行发送和接收，同样的，由于原理缺陷，这篇文章介绍的方法无法同时接收和发送，而且由于发送会延时，是一个不太好的方法，仅供学习使用。

注意：这篇文章实现的IO口模拟串口无法同时接收和发送数据！如有需要在实际项目中使用IO口模拟串口工作，请移步：

1.1、发送数据的原理

我们使用定时器更新中断来进行数据的发送，首先在发送函数中开启中断，然后在中断函数中逐位发送，直到发送10位（一个字节，我们暂时没有使用校验位）后关闭更新中断。

1.2、接收数据的原理

我们使用单片机的外部中断（IO中断）来开启比较中断，在比较中断中逐位接收，直到接收了10位后关闭比较中断，并保存接收的有效字节个数。

2、实现过程

同样的，在实现过程中，我们在工程文件夹SimUART中共分了4个文件夹（分别为System：存放系统文件；Project：存放项目文件；User：存放main.c和UserApp.c；My_Lib：存放其它常用的文件）。根据我们将用到的单片机的资源，我们在My_Lib中分了二个文件夹，分别是——IO：存放与IO口相关函数的文件；Time：与定时器和中断相关函数的文件。下面我贴出相关函数的.c文件，而.h文件省略不写，有需要的同学可以根据文章后面的网址下载使用。我的编程环境是IAR，需要自己建立IAR工程。下面详细介绍（Project和System省略不写，其中System只用了stm8s.h）。

2.1、一切从main()函数开始

同样的，我们建立完工程后需要从main()函数开始，为便于理解，我将使用逻辑伪代码，逻辑伪代码如下：

int main( void )
{
单片机时钟初始化;
IO口初始化;
定时器初始化;
中断初始化;

while(1)
{
if( 需要发送的数据数 > 0 )
{
发送;
需要发送的数据数 = 0;
}
}
}

我们首先需要进行初始化的配置All_Config()【在UserApp.c中】，代码如下：

//head file
#include "UserApp.h"
#include "IO.h"
#include "User.h"
#include "Time.h"
#include "Delay.h"

u16 SimUART_SendData = 0xFF;
u8 SimUART_SendData_BitNum = 10;
u8  RxData_ValidNum = 0;
u16 RxDataValue_Temp = 0x0000;

//初始化函数
void All_Config( void )
{
Clock_Config();
IO_Init();
TIM2_Init();
EXTI_Init();
}

其中User.h是我将自己常用的宏写在了一个文件里面，对应于main.c。在没有接外部时钟的时候，STM8S003F在启动时主时钟默认为HSI RC时钟的8分频，我们这里的初始化仅指定为16MHZ高速内部RC振荡器（HSI），也可以省略不写，Clock_Config()【在UserApp.c中】函数代码如下：

//初始化时钟 选择内部16M晶振
void Clock_Config()
{
CLK->CKDIVR &= ~( BIT(4) | BIT(3) );
}

我选择单片机的PD2作为我的模拟串口的数据发送口，选择PD3作为我的模拟串口的数据接收口，IO_Init()【在IO.c中】函数代码如下：

//head file
#include "IO.h"
#include "User.h"

void IO_Init()
{
//TXD:TXD位推挽输出  PD2
SimUART_PORT->ODR |=  SimUART_PIN_TX; //0000 0100
SimUART_PORT->DDR |=  SimUART_PIN_TX; //0000 0100
SimUART_PORT->CR1 |=  SimUART_PIN_TX; //0000 0100
SimUART_PORT->CR2 &= ~SimUART_PIN_TX; //0000 0100

//RXD:悬浮输入 高电平 PD3
SimUART_PORT->IDR |=  SimUART_PIN_RX; //0000 1000
SimUART_PORT->DDR &= ~SimUART_PIN_RX; //0000 1000
SimUART_PORT->CR1 &= ~SimUART_PIN_RX; //0000 1000
SimUART_PORT->CR2 &= ~SimUART_PIN_RX; //0000 1000
}

其中在IO.h中的宏定义为：

//宏定义
#define SimUART_PORT GPIOD
#define SimUART_PIN_TX 0X04   //PD2
#define SimUART_PIN_RX 0X08   //PD3
#define SimUART_PIN_RX_0 0X00 //PD3
#define SimUART_PIN_RX_1 0X08 //PD3

定时器的初始化和前面一样，具体操作可以见这里。代码如下：

void TIM2_Init()
{
CLK->PCKENR1 |= CLK_PCKENR1_TIM2;<span style="white-space:pre">		</span>//使能 TIM2
TIM2->PSCR    = 0x04;               <span style="white-space:pre">	</span>//16分频 1MHZ 1us
TIM2->ARRH    = ARRValue_9600 >> 8;  <span style="white-space:pre">	</span>//自动装载 每52us复位一次TIM2
TIM2->ARRL    = ARRValue_9600;        <span style="white-space:pre">	</span>//每1us递减1
TIM2->CNTRH = 0;             <span style="white-space:pre">		</span>//定时器清零
TIM2->CNTRL = 0;

TIM2->CR1 |= TIM2_CR1_CEN;    <span style="white-space:pre">		</span>//开启定时器
}

其中Time.h中的宏定义为：

#define ARRValue_9600   104

中断初始化EXTI_Init()【在UserApp.c中】代码如下：

//初始化中断
void Interrupt_Init()
{
//允许更新中断
//TIM2->CR1 &= ~TIM2_CR1_UDIS;      //允许更新  可以不管默认为0
TIM2->IER |= TIM2_IER_UIE;          //更新中断使能

//IO口下降中断 初始化
SimUART_PORT->CR2 |= 0x08;          //使能外部中断
EXTI->CR1 = 0x80;                   //仅下降沿触发

//禁止比较中断
TIM2->IER &= ~TIM2_IER_CC1IE;       //禁止捕获/比较1
}

根据上面的原理，我们知道：更新中断是在发送函数中打开的，因此更新初始化中使能；IO中断是通过下降沿（串口数据的起始位为低电平）打开的，因此设置成使能和下降沿触发；比较中断实在IO中断中打开的，因此设置成禁止。

2.2、模拟串口发送数据

完成时钟、IO口、定时器、中断的初始化以后我们就可以开始主体程序的设计了，逻辑伪代码如下：

//发送 函数
void SimUART_SendByte(u8 SendData)
{
等待一个字节发送完毕;

第一步：清除 更新更新中断标志位（保证不进入更新中断）;

第二步：数据调整（起始位为0，数据位不变，停止位和其它位为1）;

第三步： 开启更新中断;
}

//定时器更新中断  发送接收到的数据
#pragma vector = 对应向量标志位
__interrupt void SimUART_Update_IRQHandler(void)
{
第一步：清除 更新中断标志位（保证不进入更新中断）;
发送一个位计数;
if( 发送位为1 )
{
发送高电平;
}
esle
{
发送低电平;
}
移位，发送下一个位;

//完成了一个位的发送
if( 发送了10个位 )
{
关闭中断;
}
}

进入发送函数，首先应该清除更新中断标志位，然后写功能代码，结束前需要打开更新中断，从而去执行更新中断的代码。我们需要考虑为何需要一个延时来等待一个字节完成发送。在中断函数中我们是让一个字节发送完成以后才关闭中断的，如果不延时，可能发生一个字节还没有发送完成，却进入下一个更新中断的情况，因此需要等待，我们直接用一个标志位就能解决。对应向量标志位通过查芯片手册和头文件可以得到。发送函数在UserApp.c中，更新中断在Time.c中，发送部分代码如下：

void SimUART_SendByte(u8 SendData)
{
while( SimUART_SendData_BitNum < 10 );

//清 更新中断标志位
TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_UIF;

//0000 0000 0000 0000 保证最低位（起始）为0，除数据位后全部为1
SimUART_SendData = ( ( SendData << 1 )| (0xFE00) );
SimUART_SendData_BitNum = 0;

//开启更新中断
TIM2-> IER |= TIM2_IER_UIE;
}

//定时器更新中断  发送接收到的数据
#pragma vector = TIM2_Updata_vector
__interrupt void SimUART_Update_IRQHandler(void)
{
//第一步，清中断标志位
TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_UIF;

//发送一个位 计数
SimUART_SendData_BitNum++;

if( ((SimUART_SendData) & 0X0001) )  //如果是高电平，发高电平
{
SimUART_PORT->ODR |= SimUART_PIN_TX;
}
else                                        //如果是低电平，发低电平
{
SimUART_PORT->ODR &= ~SimUART_PIN_TX;
}

//发送一个位
SimUART_SendData >>= 1;

if( 10 <= SimUART_SendData_BitNum )
{
TIM2-> IER &= ~TIM2_IER_UIE;
}
}

2.3、模拟串口接收数据

接收字节也是一个字节一个字节的接收的，由于单片机的始终可能存在误差（这是不可避免的），因此我们需要像个方法来除去这个误差，我们可以增大采样速度（减少采样时间）来排除，比如：我采集5次（发送数据波特率为9600，采集就要是这个的5倍速度），如果有三个是高电平我们就认为该位是高电平。另一种方法是，我们让采样点始终在一个电平的中间，这就用到了IO中断来开启比较中断。具体实现的逻辑伪代码如下：

//接收数据
//判断一个数据的开始  IO外部中断
#pragma vector = 对应向量标志位
__interrupt void SimUART_IO_IRQHandler(void)
{
关闭 IO中断 ;

设置 比较中断 ;

清除 比较中断 中断标志位;
打开 比较中断 ;
}

//接收数据  比较中断
#pragma vector = 对应向量标志位
__interrupt void SimUART_Capture_IRQHandler(void)
{
清除 比较中断 标志位;

接收位个数计数;
if( 接收位为1 )
{
将相应的位置1;
}

if( 接收了10个位 )
{
接收位个数清零;
关 比较中断;
清除 IO中断标志位;
开 IO中断;

接收到的有效字节个数计数;
}
}

两个中断函数均在Time.c中，具体实现代码如下：

//判断一个数据的开始  IO外部中断
#pragma vector = EXTI3_PD_vector
__interrupt void SimUART_IO_IRQHandler(void)
{
//关闭IO中断
SimUART_PORT->CR2 &= ~0x08;

//设置比较中断
TIM2-> CCMR1 &= 0x00;       //还是有问题

//TIM2-> CCR1H = 0;
TIM2-> CCR1L = TIM2->CNTRL + ( ARRValue_9600/2 );

RxDataValue = 0x0000;
//TIM2->CCER1 |= 0x00;
TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_CC1IF;  //清中断标志位
TIM2->IER |=  TIM2_IER_CC1IE;  //使能 捕获/比较中断1
}

//接收数据  比较中断
#pragma vector = TIM2_Capture_vector
__interrupt void SimUART_Capture_IRQHandler(void)
{
//第一步，清中断标志位（防止始终进入中断）
TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_CC1IF;  //清中断标志位

RxDataNum++;
if( SimUART_PIN_RX_1 == (SimUART_PORT->IDR & SimUART_PIN_RX_1 ) )//其次，接收10个位
{
RxDataValue |= ( 0x01 << (RxDataNum) );//该位 置1
}

//第二步，读IO输入
//首先，判断是否接收了10个位
if(10 == RxDataNum)                 //如果是则
{
RxDataNum = 0;
TIM2->IER &=  ~TIM2_IER_CC1IE;    //1、关 比较中断

//STM8S没有外中断标志位，STM8L有标志位,因此暂时不需要清中断标志位
SimUART_PORT->CR2 |= 0x08;        //2、开 IO中断

//处理有效数据
if(  (RxDataValue & 0x0402) == 0x0400 )
{
RxDataValue_Temp = ( RxDataValue >> 2 );
RxData_ValidNum++;//接收字有效 节数
}
}
}

2.4、补全main()函数

int main( void )
{
All_Config();       //初始化
_asm("rim");        //开总中断

while(1)           //发送循环
{
if( RxData_ValidNum > 0x00 )
{
SimUART_SendByte( RxDataValue_Temp );
RxData_ValidNum = 0x00;
}
}
//return 0;
}

3、结束语

至此我们使用中断的方法来进行IO口模拟串口（未使用库函数）收发数据的功能已经实现，在本文章中，为了方便，我使用我的发送数据来验证我接收数据的正确性，因此先写的发送数据，再写的接收数据。正如前面所说，我是一个位一个位的发送和接受，在发送过程中有发送延时，这样的后果是如果是一个字符串的收发是没问题的，但是由于没有使用缓存区（即一个数组），导致我们收发数据不能分布于各个任务中，代码在实际项目中可能会出现一些问题，例如已接受就得发送，否则会出现错误，这回影响单片机在执行任务时产生问题。我将在后面进行介绍我们在实际工程中能够使用的全双工串口程序。值得注意的是，收发应该是单独存在的，我这里是为了方便反而让我的发送程序发送接收到的数据。

相关代码可以移步下面的地址下载使用，欢迎大家和我一起学习和交流。

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1、修改时间：2015.06.19

作者：Alan

说明：完成文章。