單片機C語言教程第八課-開關語句

　我們學習了條件語句，用多個條件語句可以實現多方向條件分支，但是可以發現使用過多的條件語句實現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，又可以使程序結構清晰。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，如果相等時則執行后面的語句，再執行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左右字節空間，如果再加上scanf輸入函數就要達到2K左右的字節，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，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，實現用PC軟件控制AT89C51芯片的IO口，這樣也就可以再通過相關電路實現對設備的控制(這里是控制繼電器)。在筆者的網站http://www.cdle.net還可以查看相關文章。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; //設定時器1開始計數
TH1 = THTL;
TL1 = THTL;
PCON = 0x80; //波特率加倍控制,SMOD位
RI = 0; //清收發標志
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; //收完一組數據，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(); //收到的數據格式正確時，調用控制輸出函數
} //要想更為可靠的工作則要用到數據檢驗和通訊協議
}
}

//根據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，大于5則為無效數據，
case 0: //第一個X小于3時，第二個X為要輸出的數據。
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語句的，使用它對不同的條件做不同的處理，如在CSToOut函數中根據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，跟據上位機的命令字串，對指定的IO端口進行讀寫。InitCom函數，原型為void InitCom(unsigned char BaudRate)，其作用為初始化串口。它的輸入參數為一個字節，程序就是用這個參數做為開關語句的選擇參數。如調用InitCom(6),函數就會把波特率設置為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的硬件設置。
　　SBUF　數據緩沖寄存器　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“為何在串行口收發中，都只是使用到同一個寄存器SBUF？而不是收發各用一個寄存器。”實際上SBUF包含了兩個獨立的寄存器，一個是發送寄存，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，數據沒有被取走，下一幀數據已到來，而造成的數據重疊問題。發送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發送程序時也不必用到發送中斷去外理發送數據。操作SBUF寄存器的方法則很簡單，只要把這個99H地址用關鍵字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　通常在芯片或設備中為了監視或控制接口狀態，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，作用就是監視和控制51芯片串行口的工作狀態。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置位，這樣兩位可以對應進行四種模式的設置。看表8－2串行口工作模式設置。

　　　　　　表8－2　串行口工作模式設置
　　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發送數據位8，在模式2和3是要發送的第9位。該位可以用軟件根據需要置位或清除，通常這位在通信協議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數據幀。
　　RB8接收數據位8，在模式2和3是已接收數據的第9位。該位可能是奇偶位，地址/數據標識位。在模式0中，RB8為保留位沒有被使用。在模式1中，當SM2=0，RB8是已接收數據的停止位。
　　TI發送中斷標識位。在模式0，發送完第8位數據時，由硬件置位。其它模式中則是在發送停止位之初，由硬件置位。TI置位后，申請中斷，CPU響應中斷后，發送下一幀數據。在任何模式下，TI都必須由軟件來清除，也就是說在數據寫入到SBUF后，硬件發送數據，中斷響應（如中斷打開），這時TI=1，表明發送已完成，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取走數據。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位數據位，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可以傳輸的波特位數。有一些初學的朋友認為波特率是指每秒傳輸的字節數，如標準9600會被誤認為每秒種可以傳送9600個字節，而實際上它是指每秒可以傳送9600個二進位，而一個字節要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，每個數據字節就要占用10個二進位，9600波特率用模式1傳輸時，每秒傳輸的字節數是9600÷10＝960字節。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置時相關的寄存器的值呢？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，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，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＝（計數速率）/(256－TH1)

　　上式中的“計數速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關，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，而TH1的值只能取整數，這樣它就會有一定的誤差存在不能產生精確的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。
　　這一節借著學習開關語句的機會，簡略說明了串行的一些相關內容，但串口的工作方式設定有好種同時也要涉及到其它的相關寄存器，內容十分多，在此也不能一一做實例說明，下面的章節也會加入一些硬件方面的東西.