在前兩篇文章中我們介紹了IO口模擬串口發送數據和接收數據，前兩種方法都是使用定時器來進行發送和接收，沒有用到中斷，優點是邏輯簡單，但是缺點很明顯，只能進行單個字節的發送和接收，而且不能同時工作。因此在實際工程中沒有什么作用，僅供學習使用。使用中斷方式我們可以發送和接收多個字節的數據。

1、使用中斷方式進行IO口模擬串口發送和接收數據的原理

這篇文章我將使用中斷的方式進行發送和接收，同樣的，由于原理缺陷，這篇文章介紹的方法無法同時接收和發送，而且由于發送會延時，是一個不太好的方法，僅供學習使用。

注意：這篇文章實現的IO口模擬串口無法同時接收和發送數據！如有需要在實際項目中使用IO口模擬串口工作，請移步：

1.1、發送數據的原理

我們使用定時器更新中斷來進行數據的發送，首先在發送函數中開啟中斷，然后在中斷函數中逐位發送，直到發送10位（一個字節，我們暫時沒有使用校驗位）后關閉更新中斷。

1.2、接收數據的原理

我們使用單片機的外部中斷（IO中斷）來開啟比較中斷，在比較中斷中逐位接收，直到接收了10位后關閉比較中斷，并保存接收的有效字節個數。

2、實現過程

同樣的，在實現過程中，我們在工程文件夾SimUART中共分了4個文件夾（分別為System：存放系統文件；Project：存放項目文件；User：存放main.c和UserApp.c；My_Lib：存放其它常用的文件）。根據我們將用到的單片機的資源，我們在My_Lib中分了二個文件夾，分別是——IO：存放與IO口相關函數的文件；Time：與定時器和中斷相關函數的文件。下面我貼出相關函數的.c文件，而.h文件省略不寫，有需要的同學可以根據文章后面的網址下載使用。我的編程環境是IAR，需要自己建立IAR工程。下面詳細介紹（Project和System省略不寫，其中System只用了stm8s.h）。

2.1、一切從main()函數開始

同樣的，我們建立完工程后需要從main()函數開始，為便于理解，我將使用邏輯偽代碼，邏輯偽代碼如下：

int main( void )

{

單片機時鐘初始化;

IO口初始化;

定時器初始化;

中斷初始化;

while(1)

{

if( 需要發送的數據數 > 0 )

{

發送;

需要發送的數據數 = 0;

}

}

}

我們首先需要進行初始化的配置All_Config()【在UserApp.c中】，代碼如下：

//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;

//初始化函數

void All_Config( void )

{

    Clock_Config();

    IO_Init();  

    TIM2_Init();

    EXTI_Init();

}

其中User.h是我將自己常用的宏寫在了一個文件里面，對應于main.c。在沒有接外部時鐘的時候，STM8S003F在啟動時主時鐘默認為HSI RC時鐘的8分頻，我們這里的初始化僅指定為16MHZ高速內部RC振蕩器（HSI），也可以省略不寫，Clock_Config()【在UserApp.c中】函數代碼如下：

//初始化時鐘 選擇內部16M晶振

void Clock_Config()

{

    CLK->CKDIVR &= ~( BIT(4) | BIT(3) );

}

我選擇單片機的PD2作為我的模擬串口的數據發送口，選擇PD3作為我的模擬串口的數據接收口，IO_Init()【在IO.c中】函數代碼如下：

//head file

#include "IO.h"

#include "User.h"

void IO_Init()

{

    //TXD:TXD位推挽輸出  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:懸浮輸入 高電平 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中的宏定義為：

//宏定義

#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

定時器的初始化和前面一樣，具體操作可以見這里。代碼如下：

void TIM2_Init()

{

    CLK->PCKENR1 |= CLK_PCKENR1_TIM2; //使能 TIM2 

    TIM2->PSCR    = 0x04;                //16分頻 1MHZ 1us

    TIM2->ARRH    = ARRValue_9600 >> 8;  //自動裝載 每52us復位一次TIM2

    TIM2->ARRL    = ARRValue_9600;        //每1us遞減1

    TIM2->CNTRH = 0;              //定時器清零

    TIM2->CNTRL = 0; 

    TIM2->CR1 |= TIM2_CR1_CEN;    //開啟定時器

}

其中Time.h中的宏定義為：

#define ARRValue_9600   104

中斷初始化EXTI_Init()【在UserApp.c中】代碼如下：

//初始化中斷

void Interrupt_Init()

{

    //允許更新中斷

    //TIM2->CR1 &= ~TIM2_CR1_UDIS;      //允許更新  可以不管默認為0

    TIM2->IER |= TIM2_IER_UIE;          //更新中斷使能

    //IO口下降中斷 初始化

    SimUART_PORT->CR2 |= 0x08;          //使能外部中斷

    EXTI->CR1 = 0x80;                   //僅下降沿觸發    

    //禁止比較中斷

    TIM2->IER &= ~TIM2_IER_CC1IE;       //禁止捕獲/比較1

}

根據上面的原理，我們知道：更新中斷是在發送函數中打開的，因此更新初始化中使能；IO中斷是通過下降沿（串口數據的起始位為低電平）打開的，因此設置成使能和下降沿觸發；比較中斷實在IO中斷中打開的，因此設置成禁止。

2.2、模擬串口發送數據

完成時鐘、IO口、定時器、中斷的初始化以后我們就可以開始主體程序的設計了，邏輯偽代碼如下：

//發送 函數

void SimUART_SendByte(u8 SendData)

{

等待一個字節發送完畢;

第一步：清除 更新更新中斷標志位（保證不進入更新中斷）;

第二步：數據調整（起始位為0，數據位不變，停止位和其它位為1）;

第三步： 開啟更新中斷;

}

//定時器更新中斷  發送接收到的數據

#pragma vector = 對應向量標志位

__interrupt void SimUART_Update_IRQHandler(void)

{

第一步：清除 更新中斷標志位（保證不進入更新中斷）;

發送一個位計數;

if( 發送位為1 )

{

發送高電平;

}

esle

{

發送低電平;

}

移位，發送下一個位;

//完成了一個位的發送

if( 發送了10個位 )

{

關閉中斷;

}

}

進入發送函數，首先應該清除更新中斷標志位，然后寫功能代碼，結束前需要打開更新中斷，從而去執行更新中斷的代碼。我們需要考慮為何需要一個延時來等待一個字節完成發送。在中斷函數中我們是讓一個字節發送完成以后才關閉中斷的，如果不延時，可能發生一個字節還沒有發送完成，卻進入下一個更新中斷的情況，因此需要等待，我們直接用一個標志位就能解決。對應向量標志位通過查芯片手冊和頭文件可以得到。發送函數在UserApp.c中，更新中斷在Time.c中，發送部分代碼如下：

void SimUART_SendByte(u8 SendData)

{   

    while( SimUART_SendData_BitNum < 10 );

    //清 更新中斷標志位

    TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_UIF;

    //0000 0000 0000 0000 保證最低位（起始）為0，除數據位后全部為1

    SimUART_SendData = ( ( SendData << 1 )| (0xFE00) );

    SimUART_SendData_BitNum = 0;

    //開啟更新中斷

    TIM2-> IER |= TIM2_IER_UIE;    

}

//定時器更新中斷  發送接收到的數據

#pragma vector = TIM2_Updata_vector

__interrupt void SimUART_Update_IRQHandler(void)

{

    //第一步，清中斷標志位

    TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_UIF;

    //發送一個位 計數

    SimUART_SendData_BitNum++;

    if( ((SimUART_SendData) & 0X0001) )  //如果是高電平，發高電平

    {

        SimUART_PORT->ODR |= SimUART_PIN_TX;

    }

    else                                        //如果是低電平，發低電平

    { 

        SimUART_PORT->ODR &= ~SimUART_PIN_TX;

    }

    //發送一個位 

    SimUART_SendData >>= 1;

    if( 10 <= SimUART_SendData_BitNum )

    {      

        TIM2-> IER &= ~TIM2_IER_UIE;

    }

}

2.3、模擬串口接收數據

接收字節也是一個字節一個字節的接收的，由于單片機的始終可能存在誤差（這是不可避免的），因此我們需要像個方法來除去這個誤差，我們可以增大采樣速度（減少采樣時間）來排除，比如：我采集5次（發送數據波特率為9600，采集就要是這個的5倍速度），如果有三個是高電平我們就認為該位是高電平。另一種方法是，我們讓采樣點始終在一個電平的中間，這就用到了IO中斷來開啟比較中斷。具體實現的邏輯偽代碼如下：

//接收數據

//判斷一個數據的開始  IO外部中斷

#pragma vector = 對應向量標志位

__interrupt void SimUART_IO_IRQHandler(void)

{

關閉 IO中斷 ;

設置 比較中斷 ;

清除 比較中斷 中斷標志位;

打開 比較中斷 ;

}

//接收數據  比較中斷

#pragma vector = 對應向量標志位

__interrupt void SimUART_Capture_IRQHandler(void)

{

清除 比較中斷 標志位;

接收位個數計數;

if( 接收位為1 )

{

將相應的位置1;

}

if( 接收了10個位 )

{

接收位個數清零;

關 比較中斷;

清除 IO中斷標志位;

開 IO中斷;

接收到的有效字節個數計數;

}

}

兩個中斷函數均在Time.c中，具體實現代碼如下：

//判斷一個數據的開始  IO外部中斷

#pragma vector = EXTI3_PD_vector

__interrupt void SimUART_IO_IRQHandler(void)

{

    //關閉IO中斷

    SimUART_PORT->CR2 &= ~0x08;

    //設置比較中斷

    TIM2-> CCMR1 &= 0x00;       //還是有問題

    //TIM2-> CCR1H = 0;

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

    RxDataValue = 0x0000;

    //TIM2->CCER1 |= 0x00;

    TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_CC1IF;  //清中斷標志位    

    TIM2->IER |=  TIM2_IER_CC1IE;  //使能 捕獲/比較中斷1  

}

//接收數據  比較中斷

#pragma vector = TIM2_Capture_vector

__interrupt void SimUART_Capture_IRQHandler(void)

{

    //第一步，清中斷標志位（防止始終進入中斷）

    TIM2->SR1 &= ~TIM2_SR1_CC1IF;  //清中斷標志位

    RxDataNum++;

    if( SimUART_PIN_RX_1 == (SimUART_PORT->IDR & SimUART_PIN_RX_1 ) )//其次，接收10個位

    {

        RxDataValue |= ( 0x01 << (RxDataNum) );//該位 置1       

    }

    //第二步，讀IO輸入     

    //首先，判斷是否接收了10個位             

    if(10 == RxDataNum)                 //如果是則

    {

        RxDataNum = 0;

        TIM2->IER &=  ~TIM2_IER_CC1IE;    //1、關 比較中斷

        //STM8S沒有外中斷標志位，STM8L有標志位,因此暫時不需要清中斷標志位

        SimUART_PORT->CR2 |= 0x08;        //2、開 IO中斷

        //處理有效數據

        if(  (RxDataValue & 0x0402) == 0x0400 )

        {

            RxDataValue_Temp = ( RxDataValue >> 2 );

            RxData_ValidNum++;//接收字有效 節數

        }

    }

}

2.4、補全main()函數

int main( void )

{

    All_Config();       //初始化

    _asm("rim");        //開總中斷

    while(1)           //發送循環

    {

        if( RxData_ValidNum > 0x00 )

        {

            SimUART_SendByte( RxDataValue_Temp );

            RxData_ValidNum = 0x00;

        }       

    }

    //return 0;

}

3、結束語

至此我們使用中斷的方法來進行IO口模擬串口（未使用庫函數）收發數據的功能已經實現，在本文章中，為了方便，我使用我的發送數據來驗證我接收數據的正確性，因此先寫的發送數據，再寫的接收數據。正如前面所說，我是一個位一個位的發送和接受，在發送過程中有發送延時，這樣的后果是如果是一個字符串的收發是沒問題的，但是由于沒有使用緩存區（即一個數組），導致我們收發數據不能分布于各個任務中，代碼在實際項目中可能會出現一些問題，例如已接受就得發送，否則會出現錯誤，這回影響單片機在執行任務時產生問題。我將在后面進行介紹我們在實際工程中能夠使用的全雙工串口程序。值得注意的是，收發應該是單獨存在的，我這里是為了方便反而讓我的發送程序發送接收到的數據。