單片機C語言教程第八課-開關(guān)語句

　我們學習了條件語句，用多個條件語句可以實現(xiàn)多方向條件分支，但是可以發(fā)現(xiàn)使用過多的條件語句實現(xiàn)多方向分支會使條件語句嵌套過多，程序冗長，這樣讀起來也很不好讀。這時使用開關(guān)語句同樣可以達到處理多分支選擇的目的，又可以使程序結(jié)構(gòu)清晰。它的語法為下：

switch (表達式)
{
case 常量表達式1: 語句1; break;
case 常量表達式2: 語句2; break;
case 常量表達式3: 語句3; break;
case 常量表達式n: 語句n; break;
default: 語句
}

　　運行中switch后面的表達式的值將會做為條件，與case后面的各個常量表達式的值相對比，如果相等時則執(zhí)行后面的語句，再執(zhí)行break（間斷語句）語句，跳出switch語句。如果case沒有和條件相等的值時就執(zhí)行default后的語句。當要求沒有符合的條件時不做任何處理，則可以不寫default語句。
　　在上面的課程中我們一直在用printf這個標準的C輸出函數(shù)做字符的輸出，使用它當然會很方便，但它的功能強大，所占用的存儲空間自然也很大，要1K左右字節(jié)空間，如果再加上scanf輸入函數(shù)就要達到2K左右的字節(jié)，這樣的話如果要求用2K存儲空間的芯片時就無法再使用這兩個函數(shù)，例如AT89C2051。在這些小項目中，通常我們只是要求簡單的字符輸入輸出，這里以筆者發(fā)表在《無線電雜志》的一個簡單的串口應用實例為例，一來學習使用開關(guān)語句的使用，二來簡單了解51芯片串口基本編程。這個實例是用PC串口通過上位機程序與由AT89C51組成的下位機相通訊，實現(xiàn)用PC軟件控制AT89C51芯片的IO口，這樣也就可以再通過相關(guān)電路實現(xiàn)對設(shè)備的控制(這里是控制繼電器)。在筆者的網(wǎng)站http://www.cdle.net還可以查看相關(guān)文章。所使用的硬件還是用回我們以上課程中做好的硬件，以串口和PC連接，用LED查看實驗的結(jié)果。下面是源代碼。
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CDLE-J20_Main.c

PC串口控制IO口電路
可以用字符控制和讀取IO口
簡單版本V2.0
更加好的單片機版本和PC控制軟件和DLL動態(tài)庫
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#include

static unsigned char data CN[4];
static unsigned char data CT;
unsigned char TS[8] = {254,252,248,240,224,192,128,0};

void main(void)
{
void InitCom(unsigned char BaudRate);
void ComOutChar(unsigned char OutData);
void CSToOut(void);
void CNToOut(void);
unsigned int a;

CT = 0; //接收字符序列
CN[0] = 0;
CN[1] = 51;
CN[2] = 51;
CN[3] = 0;
InitCom(6); //設(shè)置波特率為9600 1-8波特率300－57600
EA = 1;
ES = 1; //開串口中斷
do
{
for (a=0; a<30000; a++)
P3_6 = 1;
for (a=0; a<30000; a++) //指示燈閃動
P3_6 = 0;
}
while(1);
}

//串口初始化 晶振為11.0592M　方式1 波特率300－57600
void InitCom(unsigned char BaudRate)
{
unsigned char THTL;
switch (BaudRate)
{
case 1: THTL = 64; break; //波特率300
case 2: THTL = 160; break; //600
case 3: THTL = 208; break; //1200
case 4: THTL = 232; break; //2400
case 5: THTL = 244; break; //4800
case 6: THTL = 250; break; //9600
case 7: THTL = 253; break; //19200
case 8: THTL = 255; break; //57600
default: THTL = 208;
}
SCON = 0x50; //串口方式1,允許接收
TMOD = 0x20; //定時器1定時方式2
TCON = 0x40; //設(shè)定時器1開始計數(shù)
TH1 = THTL;
TL1 = THTL;
PCON = 0x80; //波特率加倍控制,SMOD位
RI = 0; //清收發(fā)標志
TI = 0;
TR1 = 1; //啟動定時器
}

//向串口輸出一個字符（非中斷方式）
void ComOutChar(unsigned char OutData)
{
SBUF = OutData; //輸出字符
while(!TI); //空語句判斷字符是否發(fā)完
TI = 0; //清TI
}

//串口接收中斷
void ComInINT(void) interrupt 4 using 1
{
if (RI) //判斷是不是收完字符
{
if (CT>3)
{
CT = 0; //收完一組數(shù)據(jù)，序列指針清零
CN[0] = 0;
CN[1] = 51;
CN[2] = 51;
CN[3] = 0;
}
CN[CT] = SBUF;
CT++;
RI = 0; //RI清零
if (CN[0]==0x61 && CN[3]==0x61) //用aXXa的簡單方式保證接收的可靠性，可以滿足業(yè)余的要求
{ //a也可以為板下的ID號，在同一個串行口上可以掛上一塊以上的板
CSToOut(); //收到的數(shù)據(jù)格式正確時，調(diào)用控制輸出函數(shù)
} //要想更為可靠的工作則要用到數(shù)據(jù)檢驗和通訊協(xié)議
}
}

//根據(jù)全局變量輸出相應的控制信號
void CSToOut(void)
{
unsigned char data a;
unsigned int data b;
switch(CN[1]) //aXXa的格式定義是第一個X為端口,0為P0，1為P1，2為P2，3為關(guān)閉所有（同時要第2個X為3，XX＝33）
{ //XX＝44為測試用，5為讀取端口狀態(tài)，大于5則為無效數(shù)據(jù)，
case 0: //第一個X小于3時，第二個X為要輸出的數(shù)據(jù)。
P0 = CN[2];
CNToOut();
break;
case 1:
P1 = CN[2];
CNToOut();
break;
case 2:
P2 = CN[2];
CNToOut();
break;
case 3:
P0 = 0xFF;
P1 = 0xFF;
P2 = 0xFF;
CNToOut();
break;
case 4:
P0 = 0xFF;
P1 = 0xFF;
P2 = 0xFF;
for (a=0; a<8; a++)
{
P0 = TS[a];
for (b=0; b<50000; b++);
}
P0 = 0xFF;
for (a=0; a<8; a++)
{
P1 = TS[a];
for (b=0; b<50000; b++);
}
P1 = 0xFF;
for (a=0; a<4; a++)
{
P2 = TS[a];
for (b=0; b<50000; b++);
}
P2 = 0xFF;
CNToOut();
break;
case 5: //根據(jù)CN[2]返回所要讀取的端口值
switch(CN[2])
{
case 0:
ComOutChar(CN[0]);
ComOutChar(CN[1]);
ComOutChar(P0);
ComOutChar(CN[3]);
break;
case 1:
ComOutChar(CN[0]);
ComOutChar(CN[1]);
ComOutChar(P1);
ComOutChar(CN[3]);
break;
case 2:
ComOutChar(CN[0]);
ComOutChar(CN[1]);
ComOutChar(P2);
ComOutChar(CN[3]);
break;
case 3:
ComOutChar(CN[0]);
ComOutChar(CN[1]);
ComOutChar(P3);
ComOutChar(CN[3]);
break;
}
break;
}
}

void CNToOut(void)
{
ComOutChar(CN[0]);
ComOutChar(CN[1]);
ComOutChar(CN[2]);
ComOutChar(CN[3]);
}

　　代碼中有多處使用開關(guān)語句的，使用它對不同的條件做不同的處理，如在CSToOut函數(shù)中根據(jù)CN[1]來選擇輸出到那個IO口，如CN[1]=0則把CN[2]的值送到P0，CN[1]=1則送到P1，這樣的寫法比起用if (CN[1]==0)這樣的判斷語句來的清晰明了。當然它們的效果沒有太大的差別（在不考慮編譯后的代碼執(zhí)行效率的情況下）。
在這段代碼其主要的作用就是通過串口和上位機軟件進行通訊，跟據(jù)上位機的命令字串，對指定的IO端口進行讀寫。InitCom函數(shù)，原型為void InitCom(unsigned char BaudRate)，其作用為初始化串口。它的輸入參數(shù)為一個字節(jié)，程序就是用這個參數(shù)做為開關(guān)語句的選擇參數(shù)。如調(diào)用InitCom(6),函數(shù)就會把波特率設(shè)置為9600。當然這段代碼只使用了一種波特率，可以用更高效率的語句去編寫，這里就不多討論了。
　　看到這里，你也許會問函數(shù)中的SCON，TCON，TMOD，SCOM等是代表什么？它們是特殊功能寄存器，在以前也略提到過，51芯片的特殊功能寄存器說明可以參看附錄二的'AT89C51特殊功能寄存器列表'，在這里簡單的說說串口相關(guān)的硬件設(shè)置。
　　SBUF　數(shù)據(jù)緩沖寄存器　這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個寄存器SBUF？而不是收發(fā)各用一個寄存器?！睂嶋H上SBUF包含了兩個獨立的寄存器，一個是發(fā)送寄存，另一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址－99H。CPU在讀SBUF時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SBUF寄存器的方法則很簡單，只要把這個99H地址用關(guān)鍵字sfr定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0x99;當然你也可以用其它的名稱。通常在標準的reg51.h或at89x51.h等頭文件中已對其做了定義，只要用#include引用就可以了。
　　SCON　串行口控制寄存器　通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會引用到接口控制寄存器。SCON就是51芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H，是一個可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制51芯片串行口的工作狀態(tài)。51芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用SCON寄存器。它的各個位的具體定義如下：

　　　　　　表8－1　串行口控制寄存器SCON
　　SM0、SM1為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對應進行四種模式的設(shè)置?？幢?－2串行口工作模式設(shè)置。

　　　　　　表8－2　串行口工作模式設(shè)置
　　在這里只說明最常用的模式1，其它的模式也就一一略過，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。表中的fosc代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。UART為(Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。
　　SM2在模式2、模式3中為多處理機通信使能位。在模式0中要求該位為0。
　　REM為允許接收位，REM置1時串口允許接收，置0時禁止接收。REM是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發(fā)送引腳P3.0,P3.1都和上位機相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個子程序的開始處加入REM=0來禁止接收，在子程序結(jié)束處加入REM=1再次打開串口接收。大家也可以用上面的實際源碼加入REM=0來進行實驗。
　　TB8發(fā)送數(shù)據(jù)位8，在模式2和3是要發(fā)送的第9位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。
　　RB8接收數(shù)據(jù)位8，在模式2和3是已接收數(shù)據(jù)的第9位。該位可能是奇偶位，地址/數(shù)據(jù)標識位。在模式0中，RB8為保留位沒有被使用。在模式1中，當SM2=0，RB8是已接收數(shù)據(jù)的停止位。
　　TI發(fā)送中斷標識位。在模式0，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI置位后，申請中斷，CPU響應中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到SBUF后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應（如中斷打開），這時TI=1，表明發(fā)送已完成，TI不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。
　　RI接收中斷標識位。在模式0，接收第8位結(jié)束時，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI=1，申請中斷，要求CPU取走數(shù)據(jù)。但在模式1中，SM2=1時，當未收到有效的停止位，則不會對RI置位。同樣RI也必須要靠軟件清除。
　　常用的串口模式1是傳輸10個位的，1位起始位為0,8位數(shù)據(jù)位，低位在先，1位停止位為1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時器1或定時器2的定時值（溢出速率）。AT89C51和AT89C2051等51系列芯片只有兩個定時器，定時器0和定時器1，而定時器2是89C52系列芯片才有的。
　　波特率　在使用串口做通訊時，一個很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機的波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。有一些初學的朋友認為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標準9600會被誤認為每秒種可以傳送9600個字節(jié)，而實際上它是指每秒可以傳送9600個二進位，而一個字節(jié)要8個二進位，如用串口模式1來傳輸那么加上起始位和停止位，每個數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10個二進位，9600波特率用模式1傳輸時，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是9600÷10＝960字節(jié)。51芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個12M的晶振來計算，那么它的波特率可以達到1M。模式2的波特率是固定在fosc/64或fosc/32，具體用那一種就取決于PCON寄存器中的SMOD位，如SMOD為0，波特率為focs/64,SMOD為1，波特率為focs/32。模式1和模式3的波特率是可變的，取決于定時器1或2（52芯片）的溢出速率。那么我們怎么去計算這兩個模式的波特率設(shè)置時相關(guān)的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計算。

波特率＝（2SMOD÷32）×定時器1溢出速率

　　上式中如設(shè)置了PCON寄存器中的SMOD位為1時就可以把波特率提升2倍。通常會使用定時器1工作在定時器工作模式2下，這時定時值中的TL1做為計數(shù)，TH1做為自動重裝值　，這個定時模式下，定時器溢出后，TH1的值會自動裝載到TL1，再次開始計數(shù)，這樣可以不用軟件去干預，使得定時更準確。在這個定時模式2下定時器1溢出速率的計算公式如下：

溢出速率＝（計數(shù)速率）/(256－TH1)

　　上式中的“計數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在51芯片中定時器啟動后會在每一個機器周期使定時寄存器TH的值增加一，一個機器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知51芯片的計數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個12M的晶振用在51芯片上，那么51的計數(shù)速率就為1M。通常用11.0592M晶體是為了得到標準的無誤差的波特率，那么為何呢？計算一下就知道了。如我們要得到9600的波特率，晶振為11.0592M和12M，定時器1為模式2，SMOD設(shè)為1，分別看看那所要求的TH1為何值。代入公式：

11.0592M

9600＝(2÷32)×((11.0592M/12)/(256-TH1))

TH1＝250　//看看是不是和上面實例中的使用的數(shù)值一樣？

12M

9600＝(2÷32)×((12M/12)/(256-TH1))

TH1≈249.49

　　上面的計算可以看出使用12M晶體的時候計算出來的TH1不為整數(shù)，而TH1的值只能取整數(shù)，這樣它就會有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的9600波特率。當然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用11.0592M的晶體振蕩器也會因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計。
　　這一節(jié)借著學習開關(guān)語句的機會，簡略說明了串行的一些相關(guān)內(nèi)容，但串口的工作方式設(shè)定有好種同時也要涉及到其它的相關(guān)寄存器，內(nèi)容十分多，在此也不能一一做實例說明，下面的章節(jié)也會加入一些硬件方面的東西.