串口通信在近年蓝桥杯中的地位越来越重要。第15届国赛直接把串口作为核心交互方式——上位机发坐标给单片机，单片机回传状态和位置。这篇文章把串口相关的全部知识点讲透。

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硬件基础

STC15F2K60S2有两路串口，蓝桥杯用的是UART1：

• RXD：P3.0
• TXD：P3.1
• 通信参数：9600bps, 8N1（8数据位、无校验、1停止位）

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串口初始化

使用Timer2作为波特率发生器：

void Uart_Init(void)    // 9600bps@12.000MHz
{
    SCON = 0x50;      // SM0=0, SM1=1 (模式1), REN=1 (允许接收)

    AUXR |= 0x01;     // 串口1选择Timer2作为波特率发生器
    AUXR &= 0xFB;     // Timer2时钟12T模式
    T2L = 0xE6;       // Timer2初值低字节
    T2H = 0xFF;       // Timer2初值高字节
    AUXR |= 0x10;     // 启动Timer2

    ES = 1;           // 开串口中断
    EA = 1;           // 开总中断
}

SCON寄存器拆解

SCON = 0x50 = 0101_0000

bit7 SM0 = 0  \
bit6 SM1 = 1   > 模式1：8位UART，可变波特率
bit5 SM2 = 0   / 多机通信（不用）
bit4 REN = 1    允许接收
bit3 TB8 = 0    发送第9位（不用）
bit2 RB8 = 0    接收第9位（不用）
bit1 TI  = 0    发送中断标志（软件清零）
bit0 RI  = 0    接收中断标志（软件清零）

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printf重定向

这是一个非常实用的技巧——通过重写 putchar 函数，让标准库的 printf 直接输出到串口：

#include <stdio.h>

extern char putchar(char ch) {
    SBUF = ch;            // 把字符放入发送缓冲区
    while(TI == 0);       // 等待发送完成
    TI = 0;               // 清除发送标志
    return ch;
}

这样你在代码里就能直接写：

printf("Got it");                      // 发送字符串
printf("(%u,%u)", Pos_Now_X, Pos_Now_Y);  // 格式化输出坐标
printf("Idle");                         // 发送状态

重要提醒：while(TI == 0) 是阻塞式的。这意味着在等待发送完成期间，CPU什么都不做。在主循环里用没问题，但绝对不能在中断服务函数里调用printf。中断里要用的话，直接写 SBUF = ch，然后在TI中断里处理后续字符。

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中断接收 + 超时帧检测

串口接收的难点在于：一帧数据有多个字节，你需要判断什么时候"一帧结束了"。方案是用超时检测——如果超过一定时间没有收到新字符，就认为一帧结束。

串口接收中断

/* 接收缓冲区和状态变量 */
pdata uc Uart_Buf[16] = {0};      // 接收缓冲区
idata uc Uart_Recv_Index;          // 写入指针
idata uc Uart_Recv_Time;           // 超时计时
idata uc Uart_Recv_Flag;           // 接收中标志

void Uart_Server() interrupt 4 {
    if(RI) {
        Uart_Recv_Time = 0;            // 每收到一个字节就重置超时计时
        Uart_Recv_Flag = 1;            // 标记正在接收
        Uart_Buf[Uart_Recv_Index++] = SBUF;  // 存入缓冲区
        RI = 0;                        // 清除接收标志

        if(Uart_Recv_Index > 16) {     // 防止缓冲区溢出
            Uart_Recv_Index = 0;
            memset(Uart_Buf, 0, 16);
        }
    }
}

Timer1中断中递增超时计数

void Time1_Server() interrupt 3 {
    uwTick++;
    if(Uart_Recv_Flag == 1)
        Uart_Recv_Time++;       // 每毫秒+1
    // ...
}

主循环中检测超时并解析

void Uart_Proc() {
    if(Uart_Recv_Index == 0)
        return;                   // 没有数据直接返回

    if(Uart_Recv_Time >= 10) {    // 10ms无新数据 = 一帧结束
        Uart_Recv_Time = 0;
        Uart_Recv_Flag = 0;

        // 解析坐标数据
        Pos_Goal_x_Old = Pos_Goal_X;  // 保存旧值（解析失败时恢复）
        Pos_Goal_y_Old = Pos_Goal_Y;

        if(sscanf(Uart_Buf, "(%u,%u)", &Pos_Goal_X, &Pos_Goal_Y) == 2) {
            if(Running_Mode == 0) {
                printf("Got it");         // 空闲时接收成功
                Uart_Get_Flag = 1;
            } else {
                printf("Busy");           // 忙碌时拒绝
                Pos_Goal_X = Pos_Goal_x_Old;  // 恢复旧值
                Pos_Goal_Y = Pos_Goal_y_Old;
            }
        }
        else if(strcmp(Uart_Buf, "#") == 0) {
            printf("(%u,%u)", Pos_Now_X, Pos_Now_Y);  // 查询当前位置
        }
        else if(strcmp(Uart_Buf, "?") == 0) {
            switch(Running_Mode) {
                case 0: printf("Idle"); break;
                case 1: printf("Wait"); break;
                case 2: printf("Busy"); break;
            }
        }
        else {
            printf("Error");          // 无法识别的命令
        }

        // 清空缓冲区
        memset(Uart_Buf, 0, Uart_Recv_Index);
        Uart_Recv_Index = 0;
    }
}

超时检测的时间线

串口数据流：  (  1  2  3  ,  4  5  6  )  \n
              ↑                        ↑
              收到第一个字节             收到最后一个字节

时间线：
  t=0ms:   收到'('，Uart_Recv_Time = 0
  t=1ms:   定时器中断，Uart_Recv_Time = 1
  t=2ms:   收到'1'，Uart_Recv_Time = 0（重置）
  t=3ms:   定时器中断，Uart_Recv_Time = 1
  ...
  t=8ms:   收到')'，Uart_Recv_Time = 0
  t=18ms:  定时器中断，Uart_Recv_Time = 10 → 触发解析！

10ms的超时阈值是经验值。9600bps下每个字符约1ms传输时间，帧间间隔通常不会超过几毫秒，10ms足够区分帧边界了。

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第15届国赛的串口协议设计

这是我认为国赛代码里设计得最好的部分。完整的命令/响应协议：

发送端命令：

• (x,y) — 设置目标坐标（两位无符号整数）
• # — 查询当前位置
• ? — 查询运行状态

单片机响应：

• Got it — 成功接收坐标
• Busy — 当前忙碌，拒绝接收
• Idle — 空闲状态
• Wait — 暂停（等待障碍物清除）
• Error — 命令格式错误

状态机：

收到坐标时：
  空闲 → Got it + 进入运行
  暂停 → Busy（拒绝）
  运行 → Busy（拒绝）

收到#时：
  任何状态 → 返回当前位置

收到?时：
  任何状态 → 返回当前状态

有一个细节：当运行中收到坐标命令被拒绝时，代码会恢复旧的目标坐标：

Pos_Goal_x_Old = Pos_Goal_X;  // 解析前保存
// ... 尝试解析 ...
// 解析失败或被拒绝
Pos_Goal_X = Pos_Goal_x_Old;  // 恢复

这个"保存-尝试-回滚"的模式在处理外部输入时很实用，防止脏数据污染当前状态。

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调试技巧

如果串口通信不正常，按这个顺序排查：

1. 收到乱码 → 波特率不匹配。检查晶振频率和T2初值
2. printf不输出 → 检查TI标志是否清零了
3. 接收数据不完整 → 超时时间太短，调大到20试试
4. sscanf解析失败 → 用串口助手确认发送端格式，注意括号和逗号不能少

最简单的串口测试方法：

// 收到'A'回复'OK'
if(Uart_Buf[0] == 'A')
    printf("OK");

这个测试能同时验证收发两条路径是否都通。调通了再写复杂协议。