11.3 多.c文件的初步认识

前边课程所涉及到的功能相对简单，程序代码相对较少，用一个文件实现比较方便。随着硬件模块使用的增多，功能复杂度不断增大，程序量变多，往往需要把程序写到多个文件里，方便程序代码的编写、维护和移植。

列如要实现一个比较复杂的串口功能程序，就可以把串口底层的功能函数专门规整到一个单独的uart.c文件内，如串口初始化、串口数据写入、串口数据读出、串口发送接收监控等这些串口基本的底层驱动函数。而把串口读取到的数据分析函数，指令执行等功能函数全部放到main.c中，那main.c文件该如何调用uart.c文件中的函数呢？

C语言中，有一个extern关键字，它有两个基本作用。

1、当一个变量的声明不在文件的开头，在它声明之前的函数想要引用的话，则应该用extern进行“外部变量”声明。

#include <reg52.h>

sbit LED = P0^0;

void main()

{

extern unsigned int i;

while(1)

{

LED = 0; //点亮小灯

for(i=0;i<30000;i++); //延时

LED = 1; //熄灭小灯

for(i=0;i<30000;i++); //延时

}

}

unsigned int i = 0;

… …

变量的作用域，是从声明这个变量开始往后所有的程序，如果使用在前，声明在后，就需要用extern这个关键字进行声明。实际开发一般都不会这样做，仅仅是表达一下extern的这个用法。

2、在一个工程中，为了方便管理和维护代码，用了多个.c源文件，如果其中一个main.c文件要调用uart.c文件里的变量或者函数的时候，必须得在main.c里边进行外部声明，告知编译器这个变量或者函数是在其它文件中定义的，可以直接在当前文件中进行调用。

多.c文件工程的编程方式并不复杂。第一新建一个工程，一个工程代表一个完整的单片机程序，只能生成一个hex，但是一个工程可以有许多个.c源文件组成共同参与编译。工程建立好之后，新建文件并且保存取名为main.c文件，再新建一个文件并且保存取名为uart.c文件，下面就可以在两个不同文件中分别编写代码了。当然，在编写程序的过程中，不是说要先把main.c的文件全部写完，再进行uart.c程序的编写，而往往是交互的。

11.4实用串口例程

学串口通信的时候比较注重的是串口底层时序上的操作，例程也都是简单的收发字符或者字符串。在实际应用中，往往串口还要和电脑上的上位机软件进行交互，实现电脑软件发送不同的指令，单片机对应执行不同操作的功能，这就要求组织一个比较合理的通信机制和逻辑关系，用来实现想要的结果。

本节所提供程序的功能是，通过电脑串口调试助手下发三个不同的命令，第一条指令：buzz on可以让蜂鸣器响；第二条指令：buzz off可以让蜂鸣器不响；第三条指令随意输入一个不存在的指令，单片机给电脑串口助手回复一个错误指令。

单片机给电脑发字符串，有多大的数组就发送多少个字节。但是单片机接收数据，接收多少个才应该是一帧完整的数据呢？数据接收起始头在哪里，结束在哪里？这些信息在接收到数据前都是无从得知的，那怎么办呢？

串口编程思路基于这样一种一般的实际：当需要发送一帧（多个字节）数据时，这些数据都是连续不断的发送的，即发送完一个字节后会紧接着发送下一个字节，期间没有间隔或间隔很短，而当这一帧数据都发送完毕后，就会间隔很长一段时间（相对于连续发送时的间隔来讲）不再发送数据，也就是通信总线上会空闲一段较长的时间。于是建立这样一种程序机制：设置一个软件总线空闲定时器，这个定时器在有数据传输时（从单片机接收角度来说就是接收到数据时）清零，而在总线空闲时（也就是没有接收到数据时）时累加，当它累加到必定时间（例程里是30ms）后，就可以认定一帧完整的数据已经传输完毕了，于是告知其它程序可以来处理数据了，本次的数据处理完后就恢复到初始状态，再准备下一次的接收。那么这个用于判定一帧结束的空闲时间取多少合适呢？它取决于多个条件，并没有一个固定值。这里介绍几个需要思考的原则：第一，这个时间必须大于一个字节传输时间，很明显单片机接收中断产生是在一个字节接收完毕后，也就是一个时刻点，而其接收过程程序是无从知晓的，因此在至少一个字节传输时间内绝不能认为空闲已经时间达到了。第二，要思考发送方的系统延时，由于不是所有的发送方都能让数据严格无间隔的发送，由于软件响应、关中断、系统临界区等等操作都会引起延时，所以还得再附加几个到十几个ms的时间。选取30ms是一个折中的经验值，它能适应大部分的波特率（大于1200）和大部分的系统延时（PC机或其它单片机系统）情况。

先把这个程序核心的uart.c文件中的程序贴出来，一点点解析，这实际是项目开发常用的用法，需要熟练掌握。

/*****************************Uart.c文件程序源代码*****************************/

#include <reg52.h>

bit flagFrame = 0; //帧接收完成标志，即接收到一帧新数据

bit flagTxd = 0; //单字节发送完成标志，用来替代TXD中断标志位

unsigned char cntRxd = 0; //接收字节计数器

unsigned char xdata bufRxd[64]; //接收字节缓冲区

extern void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len);

/* 串口配置函数，baud-通信波特率 */

void ConfigUART(unsigned int baud)

{

SCON = 0x50; //配置串口为模式1

TMOD &= 0x0F; //清零T1的控制位

TMOD |= 0x20; //配置T1为模式2

TH1 = 256 – (11059200/12/32)/baud; //计算T1重载值

TL1 = TH1; //初值等于重载值

ET1 = 0; //禁止T1中断

ES = 1; //使能串口中断

TR1 = 1; //启动T1

}

/* 串口数据写入，即串口发送函数，buf-待发送数据的指针，len-指定的发送长度 */

void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len)

{

while (len–) //循环发送所有字节

{

flagTxd = 0; //清零发送标志

SBUF = *buf++; //发送一个字节数据

while (!flagTxd); //等待该字节发送完成

}

}

/* 串口数据读取函数，buf-接收指针，len-指定的读取长度，返回值-实际读到的长度 */

unsigned char UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len)

{

unsigned char i;

if (len > cntRxd) //指定读取长度大于实际接收到的数据长度时，

{ //读取长度设置为实际接收到的数据长度

len = cntRxd;

}

for (i=0; i<len; i++) //拷贝接收到的数据到接收指针上

{

*buf++ = bufRxd[i];

}

cntRxd = 0; //接收计数器清零

return len; //返回实际读取长度

}

/* 串口接收监控，由空闲时间判定帧结束，需在定时中断中调用，ms-定时间隔 */

void UartRxMonitor(unsigned char ms)

{

static unsigned char cntbkp = 0;

static unsigned char idletmr = 0;

if (cntRxd > 0) //接收计数器大于零时，监控总线空闲时间

{

if (cntbkp != cntRxd) //接收计数器改变，即刚接收到数据时，清零空闲计时

{

cntbkp = cntRxd;

idletmr = 0;

}

else //接收计数器未改变，即总线空闲时，累积空闲时间

{

if (idletmr < 30) //空闲计时小于30ms时，持续累加

{

idletmr += ms;

if (idletmr >= 30) //空闲时间达到30ms时，即判定为一帧接收完毕

{

flagFrame = 1; //设置帧接收完成标志

}

}

}

}

else

{

cntbkp = 0;

}

}

/* 串口驱动函数，监测数据帧的接收，调度功能函数，需在主循环中调用 */

void UartDriver()

{

unsigned char len;

unsigned char xdata buf[40];

if (flagFrame) //有命令到达时，读取处理该命令

{

flagFrame = 0;

len = UartRead(buf, sizeof(buf)); //将接收到的命令读取到缓冲区中

UartAction(buf, len); //传递数据帧，调用动作执行函数

}

}

/* 串口中断服务函数 */

void InterruptUART() interrupt 4

{

if (RI) //接收到新字节

{

RI = 0; //清零接收中断标志位

if (cntRxd < sizeof(bufRxd)) //接收缓冲区尚未用完时，

{ //保存接收字节，并递增计数器

bufRxd[cntRxd++] = SBUF;

}

}

if (TI) //字节发送完毕

{

TI = 0; //清零发送中断标志位

flagTxd = 1; //设置字节发送完成标志

}

}

可以对照注释和前面的讲解分析下这个uart.c文件，在这里指出其中的两个要点需要多注意。

1、接收数据的处理。在串口中断中，将接收到的字节都存入缓冲区bufRxd中，同时利用另外的定时器中断通过间隔调用UartRxMonitor来监控一帧数据是否接收完毕，判定的原则就是前面介绍的空闲时间，当判定一帧数据结束完毕时，设置flagFrame标志。主循环中可以通过调用UartDriver来检测该标志，并处理接收到的数据。当要处理接收到的数据时，先通过串口读取函数UartRead把接收缓冲区bufRxd中的数据读取出来，然后再对读到的数据进行判断处理。也许有读者会思考，既然数据都已经接收到bufRxd中了，那直接在这里面用不就行了吗，何必还得再拷贝到另一个地方去呢？设计这种双缓冲的机制，主要是为了提高串口接收到响应效率：第一如果在bufRxd中处理数据，那么这时侯就不能再接收任何数据，由于新接收的数据会破坏原来的数据，造成其不完整和混乱；其次，这个处理过程可能会耗费较长的时间，列如说上位机目前发来一个延时显示的命令，那么在这个延时的过程中都无法去接收新的命令，在上位机看来就是单片机暂时失去响应了。而使用这种双缓冲机制就可以大大改善这个问题，由于数据拷贝所需的时间是相当短的，只要拷贝出去后，bufRxd就可以马上准备去接收新数据了。

2、串口数据写入函数UartWrite，它把数据指针buf指向的数据块连续的由串口发送出去。虽然串口程序启用了中断，但这里的发送功能却没有在中断中完成，而是依旧靠查询发送中断标志flagTxd（因中断函数内必须清零TI，否则中断会重复进入执行，所以另置了一个flagTxd来取代TI）来完成，当然也可以采用先把发送数据拷贝到一个缓冲区中，然后再在中断中发缓冲区数据的方式，但这样一是要耗费额外的内存，二是使程序更复杂。

/*****************************main.c文件程序源代码******************************/

#include <reg52.h>

sbit BUZZ = P1^6; //蜂鸣器控制引脚

unsigned char T0RH = 0; //T0重载值的高字节

unsigned char T0RL = 0; //T0重载值的低字节

void ConfigTimer0(unsigned int ms);

extern void UartDriver();

extern void ConfigUART(unsigned int baud);

extern void UartRxMonitor(unsigned char ms);

extern void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len);

void main()

{

EA = 1; //开总中断

ConfigTimer0(1); //配置T0定时1ms

ConfigUART(9600); //配置波特率为9600

while (1)

{

UartDriver(); //调用串口驱动

}

}

/* 内存比较函数，比较两个指针所指向的内存数据是否一样，ptr1-待比较指针1，ptr2-待比较指针2，len-待比较长度返回值-两段内存数据完全一样时返回1，不同返回0 */

bit CmpMemory(unsigned char *ptr1, unsigned char *ptr2, unsigned char len)

{

while (len–)

{

if (*ptr1++ != *ptr2++) //遇到不相等数据时即刻返回0

{

return 0;

}

}

return 1; //比较完全部长度数据都相等则返回1

}

/* 串口动作函数，根据接收到的命令帧执行响应的动作

buf-接收到的命令帧指针，len-命令帧长度 */

void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len)

{

if (CmpMemory(buf, “buzz on”, sizeof(“buzz on”)-1))

{ //开启蜂鸣器

BUZZ = 0;

}

else if (CmpMemory(buf, “buzz off”, sizeof(“buzz off”)-1))

{ //关闭蜂鸣器

BUZZ = 1;

}

else

{ //非有效命令时，给上机发送“错误命令”的提示

UartWrite(“bad command.
“, sizeof(“bad command.
“)-1);

return;

}

//有效命令被执行后，在原命令帧之后添加回车换行符后返回给上位机，表明已执行

buf[len++] = '
';

buf[len++] = '
';

UartWrite(buf, len);

}

/* 配置并启动T0，ms-T0定时时间 */

void ConfigTimer0(unsigned int ms)

{

unsigned long tmp; //临时变量

tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率

tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值

tmp = 65536 – tmp; //计算定时器重载值

tmp = tmp + 33; //补偿中断响应延时造成的误差

T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节

T0RL = (unsigned char)tmp;

TMOD &= 0xF0; //清零T0的控制位

TMOD |= 0x01; //配置T0为模式1

TH0 = T0RH; //加载T0重载值

TL0 = T0RL;

ET0 = 1; //使能T0中断

TR0 = 1; //启动T0

}

/* T0中断服务函数，执行串口接收监控和蜂鸣器驱动 */

void InterruptTimer0() interrupt 1

{

TH0 = T0RH; //重新加载重载值

TL0 = T0RL;

UartRxMonitor(1); //串口接收监控

}

重点看CmpMemory函数，这个函数就是比较两段内存数据，一般都是数组中的数据，函数接收两段数据的指针，然后逐个字节比较——if (*ptr1++ != *ptr2++)，这行代码既完成了两个指针指向的数据的比较，又在比较完后把两个指针都各自+1，从这里是不是也能领略到一点C语言的简洁高效的魅力呢。这个函数的用处自然就是用来比较接收到的数据和事先放在程序里的命令字符串是否一样，从而找出相符的命令。

将串口调试助手发送和接收显示出来，采用逻辑分析仪将3次单片机发送的数据抓出来做对比，如图11-3所示。（SP为空格）

图11-3 串口收发数据和逻辑分析仪对比图