基于51单片机的串口中断读头写尾法接收NMEA0183经纬度信息 1602显示（循环接收）
51单片机 串口接收导航电文
- 设计方案
- 硬件构成
- 软件构成
- 测试情况
- 接收承载能力测试
- 传统接收方式测试
- 程序代码
- 传统程序中断部分代码
- 采用了读头写尾方法的程序
- 结论
传统的串口接收程序是采用设立中断接收缓存区，主程序处理后及时将接收长度指针清零，此种方式对于单语句或者速度要求不高的数据段的接收没有问题，但是对于速度较高的一堆语句接收因为受到单片机处理速读的限制，容易造成丢失数据的问题。本文探讨在单片机速度一定的情况下，怎样设计接收程序，能尽可能的不丢包。
设计方案
硬件构成
STC89C52RC作为控制模块，LCD1602作为显示屏，将串口接收的NMEA0183中GGA语句的经纬度信息显示出来。
软件构成
1、中断采用了设立两个指针，分别是head（头）和tail（尾）两个指针，接收时写尾，处理时读头。tail指针始终指向中断缓存区数据写入的下一个位置（注意是下一个位置），head指针始终指向待读取数据的位置。
2、当head或者tail指针指向缓存区最后一个位置时，指针变为0，即跳转到缓存区的头部，新数据覆盖老数据，循环往复，当缓存区满的这种情况就是
遇到这种情况说明单片机的处理速度不够了，赶不上接收的速度，为了避免丢失数据包，令head指针+1，即将老数据覆盖，以此达到了循环接收的目的。并且LED2灯亮，来指示缓存区满。
3、由于NMEA0183数据是以dollar符号开头，\n结尾，程序处理一条语句方便一些，缓存区中可能存有多条的语句，我们在中断函数中设立一个标志位recline来表示缓存区中有几条语句,当接收到\n时，recline++，并且LED1亮，表示接收到一帧的数据。
4、中断缓存区是接收全部数据，get_linestr_fromBuf（）函数从缓存区中找到一条语句，getLATstrFromGGA（）函数从一条语句中筛选经纬度信息储存到1602显示的数组中，SendstrLCD1602（）函数是1602的显示函数。
5、get_linestr_fromBuf（）函数的主要功能是从缓存区找到一条$开头\n结尾的完整的语句。这里要充分考虑到系统的容错性，即如果缓存区中没有\n和dollar符号就将recline清0，表示缓存区中没有正确的语句，并直接退出函数，返回值是0，表示有效长度是0。
另外，此函数中第一个while循环中，这条语句的作用是增加系统的容错性
if(cc == '\n') { //增加容错性 考虑到2个\n 一个$的这种情况if(recline>0) recline--;
在找寻$符号的过程中，如果先碰到了\n那么，缓存区的语句就要-1，就是为了防止\n比dollar符号多的这种情况。
测试情况
接收承载能力测试
使用导航数据发送模拟软件来模拟导航数据的接收。一次发送多条语句来测试串口的接收承载能力。如果缓存区满 LED2就会闪烁。如果遇到缓存区中没有$ 接收错误的这种情况。LED3就会闪烁。
测试软件如图，一秒钟发送三条指令，接收正常
一秒钟发送25条指令，LED2开始疯狂闪烁，但是经纬度的显示还是一秒钟换一次。可以看到 系统的承载能力还是可以的。
传统接收方式测试
由测试结果可以看到 传统方式 仅仅每秒钟两条语句，就出现了过载，不能正确显示经纬度了，图中1602显示的画面已经不动了。
程序代码
传统程序中断部分代码
volatile char NAV_uart_p = 0;
void serial_rec(void) interrupt 4
{if(NAV_uart_p < UART_BUFF_SIZE && NAV_RcvDone == 0) //在长度的范围之内{if(RI) //内部的中断寄存器{RI=0; NAV_rx_buf[NAV_uart_p] = SBUF;if(NAV_rx_buf[0] == '$') //导航数据帧头均以'$'开始，如果不是这个字段代表不是导航数据{NAV_uart_p++;if(NAV_uart_p > 5) //$BDGGA,先接收个报头,判断数据是否接收完毕，数据结尾格式 "xxxx*xx\r\n"(\r=0x0D \n=0x0A){if(NAV_rx_buf[NAV_uart_p - 1] == 0X0A && NAV_rx_buf[NAV_uart_p - 2] == 0X0D && NAV_rx_buf[NAV_uart_p - 5] == '*' ){NAV_rx_buf[NAV_uart_p] = '\0'; //字符串结束符NAV_RcvDone = 1; //数据接收完毕ES = 0; //关中断}}}else{NAV_uart_p = 0;}} }
}
采用了读头写尾方法的程序
//*********************************************************
// 程序: 接收NMEA0183串口字符串，缓冲区收收尾指针
// 处理器 : STC90C52RC
// 编译环境 : Keil5 C51
// 系统时钟 : 11.0592MHZ
//*********************************************************#include <reg52.h>
#include <string.h>#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define BUFLEN 120 //收到51单片机内存的限制，缓存区长度不能太长
#define LINE 80 //一条语句长度最多80
xdata char recBuf[BUFLEN]; //都放到拓展区中
xdata char onelineBuf[LINE];
char head=0;
char tail=0;
char char_in;
char recline=0; //全局变量/* ***************************************************** */
// 位定义，定义控制LCD1602的引脚
/* ***************************************************** */
sbit RS = P2^6; //数据/命令选择端(H/L)
sbit RW = P2^7; //数/写选择端(H/L)
sbit EN = P2^5; //使能信号
sbit LED1 = P1^0; //LED1
sbit LED2 = P1^1; //LED2
sbit LED3 = P1^2; //LED1
sbit LED4 = P1^3; //LED2/* ***************************************************** */
// 函数名称：DelayMS()
// 函数功能：毫秒延时
// 入口参数：延时毫秒数(ValMS)
void DelayMS(uint ValMS)
{uint uiVal,ujVal;for(uiVal = 0; uiVal < ValMS; uiVal++)for(ujVal = 0; ujVal < 113; ujVal++);
}
/* ***************************************************** */
// 函数名称：DectectBusyBit()
// 函数功能：检测状态标志位（判断是忙/闲）
void DectectBusyBit(void)
{ P1 = 0xff; // 读状态值时，先赋高电平RS = 0;RW = 1;EN = 1;DelayMS(5);while(P0 & 0x80); // 若LCD忙，等待EN = 0; // 之后将EN初始化为低电平
}
/* ***************************************************** */
// 函数名称：WrComLCD()
// 函数功能：为LCD写指令
// 入口参数：指令（ComVal）
void WrComLCD(uchar ComVal)
{DectectBusyBit();RS = 0;RW = 0;P0 = ComVal;EN = 1;DelayMS(5);EN = 0;
}
/* ***************************************************** */
// 函数名称：WrDatLCD()
// 函数功能：为LCD写数据
// 入口参数：数据（DatVal）
void WrDatLCD(uchar DatVal)
{DectectBusyBit();RS = 1;RW = 0;P0 = DatVal;EN = 1;DelayMS(5);EN = 0;
}
/* ***************************************************** */
// 函数名称：LCD_Init()
// 函数功能：初始化LCD
void LCD_Init(void)
{ WrComLCD(0x38); // 16*2行显示、5*7点阵、8位数据接口DelayMS(5); // 稍作延时WrComLCD(0x01); // 显示清屏 WrComLCD(0x06); // AC自动+、画面不动 WrComLCD(0x0f); // 开显示、光标并闪烁
}//串口初始化 波特率9600
void Uartinit(void)
{TMOD = 0x20;SCON = 0x50;TH1 = 250;TL1 = TH1;PCON = 0x80;EA = 1;ES = 1;TR1 = 1;
}/*----------serial receive interrupt--------------*/
void serial_rec(void) interrupt 4
{if(RI){ char_in=SBUF; RI=0; recBuf[tail++] =char_in;if(tail == BUFLEN) tail = 0;if(char_in == '\n'){recline++; //换行标志加1LED1 = ~LED1;}if(tail == head){ //缓冲区满head++;if(head == BUFLEN) head = 0;LED2 = ~LED2;}}
}//---------------------------------------------------------
//让1602显示字符串,len为指定长度
void SendstrLCD1602(char str[], int len)
{char i=0;for(i=0; i<len; i++)WrDatLCD(str[i]);
}//-----------------------------------------------------------
int getLATstrFromGGA(char *onelineBuf, char *latstr)
{char i;if(onelineBuf[3] != 'G' || onelineBuf[4] != 'G' || onelineBuf[5] != 'A' ) return 0;for(i=0; i<10; i++)latstr[i] = onelineBuf[i+ 17];latstr[i] = '\0';return 1;
}//-----------------------------------------------------------
int getLONstrFromGGA(char *onelineBuf,char *lonstr)
{char i;if(onelineBuf[3] != 'G' || onelineBuf[4] != 'G' || onelineBuf[5] != 'A' ) return 0;for(i=0; i<11; i++)lonstr[i] = onelineBuf[i+ 28];lonstr[i] = '\0';return 1;
}//-----------------------------------------------------
int get_linestr_fromBuf() //从中断缓存区中读取一条语句
{char cc = 0;char index=0;//find ‘$’while(cc != '$'){//读空了也没有遇'$'if(head == tail) {recline = 0;return 0;}cc = recBuf[head++];if(head == BUFLEN) head = 0;if(cc == '$'){onelineBuf[index++] = cc;break;}if(cc == '\n') { //增加容错性 考虑到2个\n 一个$的这种情况if(recline>0) recline--;}}//读取数据直至换行符while(cc != '\n'){//读空了也没有遇到换行符if(head == tail){recline = 0;LED3 = ~LED3;return 0;}cc = recBuf[head++];if(head == BUFLEN) head = 0;onelineBuf[index++] = cc; }//正常情况，头尾完整if(recline>0) recline--;onelineBuf[index] = '\0';return index; //返回提取串的长度}//--------------------------------------------------------------------
//将数字转换成5位字符串
void int_to_ASCstr(char str[],uint d)
{str[0] = '0' + (d / 100); str[1] = '0' + (d / 10) % 10;str[2] = '0' + d % 10;str[3] = '\0';
}/****************************************************** */
void main()
{ idata uint i;char dispstr[20];char len;for(i=0; i<10000; i++); //延时,让1602等外设准备好Uartinit(); //串口初始化LCD_Init(); //1602初始化//1602两行显示后面要显示数据的含义WrComLCD(0x80); //选择1602第1行,第1位strcpy(dispstr,"Lat:");SendstrLCD1602(dispstr,4);WrComLCD(0xC0); //选择1602第2行,第1位strcpy(dispstr,"Lon:");SendstrLCD1602(dispstr, 4);while(1){if(recline > 0) //看看有没有一行的数据{ len = get_linestr_fromBuf();if(len > 50){ if(getLATstrFromGGA(onelineBuf,dispstr) == 1){WrComLCD(0x86); SendstrLCD1602(dispstr, 10); //显示LAT }if(getLONstrFromGGA(onelineBuf,dispstr) == 1){WrComLCD(0xC5); //选择1602第2行,第11位SendstrLCD1602(dispstr, 11); //显示LON }}}}
}
结论
由测试结果可以看到，采用了读头写尾方法，在不改变单片机速度的情况下，显著提高了系统的接收能力，对于设计一次接收很多的字符串，具有很高的意义。
本人不是计算机和嵌入式专业的，这个方式是我们这学期有一门涉及到单片机的课程中，教员讲的一个方式，我就是觉得这个方式挺有意义的，总结下来，提供给大家，以供参考，如果大家觉得有的地方写的不对，欢迎批评指正。
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