CN107423239B - Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法 - Google Patents

Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法，其设有单片机，特征在于单片机的芯片内嵌有在Halt模式下接收完整数据帧的主循环程序，所述主循环程序是由模拟串口接收数据帧第一字节程序和硬件串口接收数据帧后续字节程序两个步骤组成，所述模拟串口接收数据帧第一字节程序和硬件串口接收数据帧后续字节程序是通过并联单片机硬件串口接收引脚和具有软件模拟串口的单片机外部中断引脚来实现接收完整数据帧，不但有效解决了单片机串口在Halt模式下唤醒后无法接受完整串口数据的实质性技术问题，而且，还解决了运行速度慢、功耗高的实质性技术问题。

Description

Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法
技术领域
本发明涉及一种通信设备，具体地说是一种Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法。
背景技术
串口通信是指通过串行接口发送和接收串行数据流的一种通信方式，由于其具有传送数据的距离远的优点而被广泛使用，比如在一般的处理器中都会设置有串行接口引脚，通过该串行接口引脚可以方便的实现与其它设备的串行数据的通信。STM8作为工业应用和消费电子中常用8位单片机，当STM8处于Halt模式下（即停机模式）时CPU及外设等均处于关闭状态，仅可通过外部中断或复位的方式触发唤醒单片机，故在Halt模式下STM8不具有硬件串口接收数据的功能。为了使STM8在Halt模式能够接收数据，CN102521183公开了一种用于嵌入式系统的模拟串口方法，其通过使用芯片外部中断并联串口接收引脚唤醒单片机并同时接收字节，其实质性不足是：由于单片机唤醒时间的32个周期和串口通道使能所消耗的时间超过9600bps下起始位数据的104us时间，因此，存在会导致数据帧第一字节的第一位丢失的缺陷。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的不足，提供一种方法简单、数据接收完整、准确、运行速度快、功耗低、节能高效的Halt模式下的低功耗单片机数据接收方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法，设有单片机，其特征在于单片机的芯片内嵌有在Halt模式下接收完整数据帧的主循环程序，所述主循环程序是由模拟串口接收数据帧第一字节程序和硬件串口接收数据帧后续字节程序两个步骤组成，所述模拟串口接收数据帧第一字节程序和硬件串口接收数据帧后续字节程序是通过并联单片机硬件串口接收引脚和具有软件模拟串口的单片机外部中断引脚来实现接收完整数据帧，在单片机处于Halt模式下，当有数据帧到来时， 单片机的外部中断引脚被触发从而唤醒单片机进入RUN模式，软件模拟串口利用nop语句延时和位移的方法并通过IO的输入功能读取电平状态接收第一字节后，启动硬件串口接收后续字节，然后将软件模拟串口接收的数据和硬件串口接收的数据合并后形成完整的数据帧，不但有效解决了单片机串口在Halt模式下唤醒后无法接受完整串口数据的实质性技术问题，而且，还解决了运行速度慢、功耗高的实质性技术问题。
本发明所述单片机采用8位低功耗单片机STM8L152C6T6，以使该单片机在接收数据帧前工作在Halt模式下，具有功耗低的作用。
本发明件模拟串口接收数据帧第一字节步骤具体为：
（1）当数据帧到来时，上升沿触发IO口的外部中断，此时单片机从Halt模式下唤醒进入RUN模式；
（2）随即清除中断标志位并将串口接收字符标志位置为1，随后禁止接收IO口中断；
（3）主循环程序中检测串口接收字符标志位是否置为1，若为1则执行接收数据程序；
进入RUN模式且接收字符标志位置为1后接收数据过程开始，进行初始化延时，即使能定时器中断并根据不同波特率初始化不同的帧间延时时间；
起始位延时后进入数据位接收过程：进入while循环，共遍历8次IO口输入电平状态，每次进入while循环时，接收字节变量的二进制位顺序右移一位，最高位补二进制0，并将IO口捕获的电平状态赋值到完成后进行数据位的延时，延时时间同起始位延时，此过程共循环8次，直至接收计数值递减为0时跳出循环，结束模拟串口接收第一字节的过程。
（4）否则，将接收缓冲区数据清零并再次进入Halt模式。
本发明所述硬件串口接收数据帧后续字节步骤具体为：
模拟串口接收数据帧第一字节后使能PC2、PC3的硬件串口功能，使用硬件串口接收中断接收数据帧后续字节，将串口接收寄存器数据合并至接收缓冲区，接收完整数据帧后，关闭硬件串口并使能外部中断，整个数据接收过程结束并进入Halt模式等待下次唤醒并接收数据。
本发明的有益效果为：
（1）可解决单片机工作在Halt模式下时通过硬件串口无法接收完整数据帧、丢失数据帧第一字节的问题，实现了STM8单片机工作在Halt模式下唤醒并利用模拟串口完整接收整个串口数据的过程。
（2）单片机工作在Halt模式下时工作电流仅为350nA，通过IO中断唤醒单片机后进入RUN模式时工作电流为2mA，对于一些收发字节较短、串口实际工作时间较少的实际应用来说，本发明能够较好的降低功耗，具有低功耗、节能等优点。
（3）由于模拟串口利用延时函数对IO口高低电平进行读取，在模拟串口接收完第一字节数据后，将后续字节交由硬件串口接收，该方案能够很少的占用CPU工作时间，将CPU空闲留给其他工作，具有高效便捷等优点。
附图说明
图1为本发明实施例的所述硬件原理图。
图2为本发明所述系统整体工作流程图。
图3为本发明所述外部中断触发进入RUN模式工作流程图。
图4为本发明所述模拟串口详细工作流程图。
图5为本发明所述硬件串口工作流程图。
图6为图1中电源电路的放大图。
图7为图1中蓝牙电路的放大图。
图8为图1中单片机的放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
如附图所示，一种Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法，设有单片机，其特征在于单片机的芯片内嵌有在Halt模式下接收完整数据帧的主循环程序，所述主循环程序是由模拟串口接收数据帧第一字节程序和硬件串口接收数据帧后续字节程序两个步骤组成，所述模拟串口接收数据帧第一字节程序和硬件串口接收数据帧后续字节程序是通过并联单片机硬件串口接收引脚和具有软件模拟串口的单片机外部中断引脚来实现接收完整数据帧，在单片机处于Halt模式下，当有数据帧到来时， 单片机的外部中断引脚被触发从而唤醒单片机进入RUN模式，软件模拟串口利用nop语句延时和位移的方法并通过IO的输入功能读取电平状态接收第一字节后，启动硬件串口接收后续字节，然后将软件模拟串口接收的数据和硬件串口接收的数据合并后形成完整的数据帧，不但有效解决了单片机串口在Halt模式下唤醒后无法接受完整串口数据的实质性技术问题，而且，还解决了运行速度慢、功耗高的实质性技术问题。
本发明所述单片机采用8位低功耗单片机STM8L152C6T6，以使该单片机在接收数据帧前工作在Halt模式下，具有功耗低的作用。
本发明件模拟串口接收数据帧第一字节步骤具体为：
（1）当数据帧到来时，上升沿触发IO口的外部中断，此时单片机从Halt模式下唤醒进入RUN模式；
（2）随即清除中断标志位并将串口接收字符标志位置为1，随后禁止接收IO口中断；
（3）主循环程序中检测串口接收字符标志位是否置为1，若为1则执行接收数据程序；
进入RUN模式且接收字符标志位置为1后接收数据过程开始，进行初始化延时，即使能定时器中断并根据不同波特率初始化不同的帧间延时时间：初始化定时器中断时间间隔为5us，当波特率为9600bps时，定时器计数600次即帧间隔时间为600*5us=3ms，4800bps时定时器计数1200次，帧间隔时间为6ms，2400bps时计数1800次，帧间隔时间为9ms，将STM8L152C6T6单片机PC2端口与PC3端口配置为模拟串口功能，利用模拟串口接收数据帧的第一字节；
起始位延时后进入数据位接收过程：进入while循环，共遍历8次IO口输入电平状态，每次进入while循环时，接收字节变量的二进制位顺序右移一位，最高位补二进制0，并将IO口捕获的电平状态赋值到完成后进行数据位的延时，延时时间同起始位延时，此过程共循环8次，直至接收计数值递减为0时跳出循环，结束模拟串口接收第一字节的过程。
（4）否则，将接收缓冲区数据清零并再次进入Halt模式。
本发明所述硬件串口接收数据帧后续字节步骤具体为：
模拟串口接收数据帧第一字节后使能PC2、PC3的硬件串口功能，使用硬件串口接收中断接收数据帧后续字节，将串口接收寄存器数据合并至接收缓冲区，接收完整数据帧后，关闭硬件串口并使能外部中断，整个数据接收过程结束并进入Halt模式等待下次唤醒并接收数据。
实施例1：本发明采用意法半导体（ST）公司的8位低功耗单片机STM8L152C6T6作为单片机的芯片，该模式下单片机功耗最低，CPU、外设、振荡器的时钟均为关闭状态，仅可通过复位或外部中断唤醒，最小系统中外部高速晶振为8MHz、外部低速晶振为32kHz，所述单片机包括最小系统电路、电源电路和蓝牙电路，所述电源模块稳压电路的输出电压为3.3V，所述电源电路为最小系统电路和蓝牙电路提供电源，由3.7V锂电池、稳压芯片SPX3819、开关S1、电容C1、C2、C3、C4、C6构成，开关S1一端接锂电池正极，另一端接U1芯片1脚，U1芯片的2脚接地，3脚接锂电池正极，4脚接C6电容，5脚即为3.3V电压的输出端,C3、C4的作用为输入电压滤波，C1、C2的作用为输出电压滤波，当开关S1闭合时，LED灯RED1点亮，指示该稳压电路正常工作；所述最小系统电路是由芯片U2、按键S2、电容C5、晶振X1、电容C7、电容C9、晶振X2、电容C8；电容C10及电容C12、C13、C14、C15、C16、电感L1构成；所述S2、C5为该系统的复位电路；电容C7，C9，晶振X1构成外源晶振系统Ⅰ，供给16M的标准震荡频率，电容C8，C10，晶振X2构成外源晶振系统Ⅱ，供给32.768K的标准震荡频率；所述C12、C13、C14、C15、C16、L1负责芯片U2的内部供电稳压。其中PC2、PC3分别为RXD、TXD引脚，PB2为外部中断输入引脚Interrupt；蓝牙电路是由HC-05主从一体蓝牙模块、电阻BR1、LED灯BED2电子器件组成，将Interrupt外部中断输入引脚与RXD引脚共同接到蓝牙的发送引脚上，将TXD连接至蓝牙的接收引脚上；所述最小系统电路的PC2硬件串口接收引脚为RXD引脚、PC3硬件串口接收引脚为TXD引脚，所述最小系统电路的PB2为Interrupt外部中断输入引脚， Interrupt外部中断输入引脚与RXD引脚共同接到蓝牙电路的发送引脚上，将TXD引脚连接至蓝牙电路的接收引脚上；
如附图3所示，外部中断触发进入RUN模式的工作流程：最小系统电路在上电运行后，所述STM8单片机在接收数据帧前工作在Halt模式下，即停机模式，当蓝牙电路的主机模块向蓝牙电路的从机模块发送数据帧时，由于外部中断引脚与串口数据接收引脚共同连接，数据帧的上升沿将触发外部中断，此时单片机从Halt模式下唤醒进入RUN模式；随即清除中断标志位并将串口接收字符标志位置为1，随后禁止接收IO口中断；
如附图4所示，模拟串口详细工作流程为：
当主循环程序中检测串口接收字符标志位为1时，执行模拟串口接收数据帧第一字节程序接收数据，将接收字符缓冲区清零，进行初始化延时，即使能定时器中断并根据不同波特率初始化不同的帧间延时时间：初始化定时器中断时间间隔为5us，当波特率为9600bps时，定时器计数600次即帧间隔时间为600*5us=3ms，4800bps时定时器计数1200次，帧间隔时间为6ms，2400bps时计数1800次，帧间隔时间为9ms。将PC2、PC3配置为模拟串口功能，利用模拟串口接收数据帧的第一字节；起始位延时后进入数据位接收过程，进入while循环接收计数，每执行一次程序接收计数变量减1，直至小于0时跳出while循环，同时，接收字节变量的二进制位顺序右移一位，最高位补二进制0，将IO口捕获的电平状态赋值到接收字节变量的最高位，进行数据位延时，延时时间同起始位延时；
如附图5所示，硬件串口接收数据帧后续字节的工作流程：
模拟串口接收数据帧第一字节后使能stm8单片机的PC2、PC3的硬件串口功能，并进行延时计数初始化；进入硬件串口接收中断，清除中断标志位并将串口接收字符标志位置1。硬件串口接收数据帧后续字节，将串口接收寄存器数据合并至接收缓冲区，接收完整数据帧后，将串口接收数据标志位置为0，关闭硬件串口并使能外部中断。
（3）关闭硬件串口功能；
如附图2所示，单片机退出RUN模式重新进入Halt模式工作流程：
将接收缓冲区数据清零；使能接收外部IO口中断功能；执行halt()程序；单片机重新进入Halt模式，等待下次外部中断触发并进入接收数据过程。
本发明的有益效果为：
（1）可解决单片机工作在Halt模式下时通过硬件串口无法接收完整数据帧、丢失数据帧第一字节的问题，实现了STM8单片机工作在Halt模式下唤醒并利用模拟串口完整接收整个串口数据的过程。
（2）单片机工作在Halt模式下时工作电流仅为350nA，通过IO中断唤醒单片机后进入RUN模式时工作电流为2mA，对于一些收发字节较短、串口实际工作时间较少的实际应用来说，本发明能够较好的降低功耗，具有低功耗、节能等优点。
（3）由于模拟串口利用延时函数对IO口高低电平进行读取，在模拟串口接收完第一字节数据后，将后续字节交由硬件串口接收，该方案能够很少的占用CPU工作时间，将CPU空闲留给其他工作，具有高效便捷等优点。

Claims (4)

1.一种Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法，设有单片机，其特征在于单片机的芯片内嵌有在Halt模式下接收完整数据帧的主循环程序，所述主循环程序是由模拟串口接收数据帧第一字节程序和硬件串口接收数据帧后续字节程序两个步骤组成，所述模拟串口接收数据帧第一字节程序和硬件串口接收数据帧后续字节程序是通过并联单片机硬件串口接收引脚和具有软件模拟串口的单片机外部中断引脚来实现接收完整数据帧，在单片机处于Halt模式下，当有数据帧到来时， 单片机的外部中断引脚被触发从而唤醒单片机进入RUN模式，软件模拟串口利用nop语句延时和位移的方法并通过IO的输入功能读取电平状态接收第一字节后，启动硬件串口接收后续字节，然后将软件模拟串口接收的数据和硬件串口接收的数据合并后形成完整的数据帧。
2.根据权利要求1所述的一种Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法，其特征在于所述单片机采用8位低功耗单片机STM8。
3.根据权利要求2所述的一种Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法，其特征在于所述模拟串口接收数据帧第一字节程序步骤具体为：
（1）当数据帧到来时，上升沿触发IO口的外部中断，此时单片机从Halt模式下唤醒进入RUN模式；
（2）随即清除中断标志位并将串口接收字符标志位置为1，随后禁止接收IO口中断；
（3）主循环程序中检测串口接收字符标志位是否置为1，若为1则执行接收数据程序；
进入RUN模式且接收字符标志位置为1后接收数据过程开始，进行初始化延时，即使能定时器中断并根据不同波特率初始化不同的帧间延时时间；
起始位延时后进入数据位接收过程：进入while循环，共遍历8次IO口输入电平状态，每次进入while循环时，接收字节变量的二进制位顺序右移一位，最高位补二进制0，并将IO口捕获的电平状态赋值到完成后进行数据位的延时，延时时间同起始位延时，此过程共循环8次，直至接收计数值递减为0时跳出循环，结束模拟串口接收第一字节的过程；
（4）否则，将接收缓冲区数据清零并再次进入Halt模式。
4.根据权利要求3所述的一种Halt模式下的低功耗单片机完整数据帧接收方法，其特征在于所述硬件串口接收数据帧后续字节程序步骤具体为：
模拟串口接收数据帧第一字节后使能PC2、PC3的硬件串口功能，使用硬件串口接收中断接收数据帧后续字节，将串口接收寄存器数据合并至接收缓冲区，接收完整数据帧后，关闭硬件串口并使能外部中断，整个数据接收过程结束并进入Halt模式等待下次唤醒并接收数据。
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