单片机通信的汉明码

收稿日期:2002-3-10作者简介:刘业辉(1969-),男,西安矿业学院通讯工程专业,讲师。

单片机通信的汉明码刘业辉(北京工业职业技术学院,北京100042)摘　要:差错控制编码理论是现代通信的一个重要理论范畴并在实际中有广泛的应用。

本文介绍汉明码的编码、译码和差错校正的原理,并给出单片机与PC 机间通信的编程实例。

关键词:单片机 异步串行通信 奇偶校验 汉明码 编码 译码 TurboC C51中图分类号:T N 919.3 文献标识码:　B 文章编号:1671-6558(2002)01-12-06H anming Codes in Single -chip Micro -controller CommunicationLiu Yehui(Beijing Vocational &T echnical Institute of Industry ,100042)Abstract :Error -control coding theory is one of the im portant categ ories in m odern communication ,and used widely in practice.This paper deals with the coding ,decoding ,error correction principles of Hanming codes ,and illustrates the programming for the communication between a single -chip micro -controller and PC.K ey words :a single -chip micro -controller ;asynchronous serial communication ;parity check ;Hanming codes ;cod 2ing ;decoding ;Turbo C ;C51 为提高数据通信的可靠性,单片机之间异步串行通信采用的检错与纠错方法很多,最简单的就是偶校验,在单片机通信的一般应用中常用。

但它只能检错而不能纠错,通常应用中检出有错误可请求重发实现差错控制。

这里介绍较为实用的可实现检错与纠错的汉明码编码、解码原理并给出单机与PC 机之间通信应用的实例编程。

1　汉明编码原理汉明码就是在一组代码中加入一定数量的校验中去。

若某个信息位错,引起几组奇偶校验结果均出错,由此根据奇偶组的检错,确定误码信息位及误码性质。

汉明码有如下特点:码长 N =2m-1信息码位　k =2m-m -1监督码位　r =n -k =m m ≥2正整数最小码距　k =3纠错能力　t =1 假定监督码位m =3,三位奇遇校验监督码位设为c 2c 1c 0,则信息码位k =4即传送四位二进制码(信息位)b 3b 2b 1b 0。

这样就构成(7,4)汉明码,其构成见表1所示。

这里用aa 6a 5a 4a 3a 2a 1a 0表示7个码元,s 0s 1s 2表示三个监督关系式中的校正子。

则s 0s 1s 2的值与错码位置的对应关系见表2所示。

由表1知,发送编码时,按下式决定监督位。

a 0=a 6 a 4 a 3a 1=a 6 a 5 a 3a 2=a 6 a 5 a 4第1卷　第1期2002年5月 北京工业职业技术学院学报JOURNAL OF BEI J INGVOCATIONAL &TECHNICAL INSTIT UTE OF INDUSTRY V ol.1№1M ay.2002表1信息位b 3b 2b 1b 0监督位c 2c 1c 0信息位b 3b 2b 1b 0监督位c 2c 1c 0a 6a 5a 4a 3a 2a 1a 0a 6a 5a 4a 3a 2a 1a00000000100011100010111001100001010110100100011110101100101001101100001010110111010100110011111010001110001111111表2S 2S 1S 0错码位置S 2S 1S 0错码位置001a 0101a 4010a 1110a 5100a 2111a 6011a 3000无错 由表2知,接收译码时,错码由下面的校正式决定。

如当a 6、a 5、a 4a 2位置出现一错码,校正子S 2为1,否则为0。

S 0=S 6 S 4 S 3 S 0S 1=S 6 S 5 S 3 S 1S 2=S 6 S 5 S 4 S 2通常,我们只考虑一位错的情况,两个以上误码同时在一个字节中出现的概率是极低的。

因此,(7,4)汉明码在字符传送中有其实用的价值。

单片机串行通信按字节(8位)传送即字符方式,其字节的发送与接收分两次编码、解码进行。

下面将以图1所示的系统,分析汉明码的编码与译码以及软件实现的过程。

2　单片机通信程序(文件DP J PR0.C )#include 〈reg51.h 〉#define uchar unsigned char #define S LAVE 02#define BL 0331第1期 刘业辉,单片机通信的汉明码 uchar idata bu f [32];uchar badta flag ;sbit address =flag ^0Π3接收从机地址标志3Πv oid main (w oid ){　T M OD =0x20;　Π3T ΠC1定义为方式23ΠT L1=0x f3;Π3置初值3ΠTH =0x f3;PC ON =0x00;TR1=1;SC ON =0x50;　Π3串口为方式13ΠES =1;E A =1;Π3开串口中断3Πflag =0x00;while (1){;}}v oid ssio (v oid )interrupt 4using 1{　v oid receive (v oid );uchar a ,command ,i ;RI =0;ES =0;　Π3关串口中断3Πwhile (!address )Π3接收PC 机发送的地址并与本机比较3Π{if (S BUF !=S LAVE )　{　ES =1;g oto reti ;} S BUF =S LAVE ; Π3是本机地址,发回本机地址作应答3Π while (TI !=1);TI =0; address =1;ES =1;g oto reti ;}if (S BUF ==’s ’)transm it ();Π3接收PC 机命令3Πelse if (S BUF ==’r ’)receive (　);图3　单片机发送子程序else {flag =0;ES =1;}reti :}v oid transmit (v oid )　Π3发送数据块3Π{　uchar p ,a ,i ;S BUF =BL ;while (TI !=1);TI =0;　Π3发送数据长度3Πdo{p =0;　Π3清校验和3Π　for (i =0;i <BL ;i ++)　{　S BUF =H M BM (bu f [i ]&0x0f ); p +=S BUF ; Π3发送低半字节的汉明编码3Π while (TI !=1);TI =0; S BUF =H M BM (bu f [i ]>>4) p +S BUF ; Π3发送高半字节的汉明编码3Π while (TI !=1);TI =0; } S BUF =p Π3发送校验和3Π while (TI ==0);TI =0; while (RI ==0);RI =0;}while (S BUF ==’F ’);Π3收到应答‘F ’,主机接收不正确,重发3Πflag =0x00;ES =1;}图4　单片机接收子程序流程v oid receive (v oid ){　uchar H MY M (uchar ch );41 北京工业职业技术学院学报 第1卷 uchar ch,ch1,count,p,i;rep1: while(RI!=1);RI=0 count=S BUF;Π3接收数据字节数3Π while(1) {　p=0;　Π3清校验和3Π　for(i=0;i<count;i++)　{　while(RI!^=1);RI=0 ch1=S BUF;　Π3接收一数据3Π p=p+ch1; ch=H MY M(ch1) while(RI!^=1);RI=0 ch=S BUF;Π3接收一数据3Π p=p+ch1; ch=ch|(H MY M(ch1)<<4); bu f[i]=ch; } while(RI!=1);RI=0; if(S BUF==p)　{　S BUF=’0’; while(TI==0);TI=0; break; }Π3校验正确,发‘0’,置标志,准备下次3Π　else　{　S BUF=’F’; while(TI==0);TI=0; g oto repl; }Π3校验不正确,发‘F’,重新接收3Π } flag=0;ES=1;}3　PC机通信程序(文件PCPRO.C)Π3利用bioscom()函数,采用查询方式从串口1发送一个字符功能的子函数sport3Πv oid sport(char n){　while(!bioscom(3,0,0)&0x2000))if(bioscom(1,ch,0)&0x800){printf(“超时错误\n”);　exit(1);}}Π3利用bioscom函数接收字符的功能。

查询方式从串口1接收一个字符的子函数rport()3Πv oid rport(char n){　while(!(bioscom(3,0,0)&0x0100)) if(kbhit()) {getch(); exit(1); a=bioscom(2,0,0)&0x00ff; return(a); }}Π3PC机发送文件子函数send f(),调用此函数可以设置从机(下位单片机)的工作参数3Π图5　PC机发送文件函数流程v oid send f(char slave,chve,char3fname){　FI LE3fp; char ch,ch1,chh; int handle,cont,sum=0; if((fp=fopen(fname,”r”))==NU LL); {　printf(“不能打开输入文件!Πn”) exit(1);}handle=fileno(fp);Π3取得文件句柄3Πcount=filelength(handle);51第1期 刘业辉,单片机通信的汉明码 Π3取文件总字节数3Πdo{　ch=slave;　Π3发从机地址信号3Π sport(ch);}while(rport()!=slave);Π3直到收到应答信号为止3Πsport(’s’);　Π3发送命令’s’3Πrep:sport(count);Π3发总字节数3Πfor(;count;count--){　ch=getch(fp);Π3从文件中取一字符3Π if(ferro(fp)) {　printf(“读文件有错误\n”) break; } ch1=H M BM(ch&0x0f); sum=sum+ch1;　Π3累加校验和3Π sport(ch1);　Π3发低半字节的汉明码3Π chh=H M BM(ch>>4); sum=sum+chh; sprt(chh);Π3发高半字节汉明码3Π } sport(sum);Π3发送累加校验和3Π if(rport()==’F’) {　count=filelength(handle); Π3发送错误则重发3Π sum=0; fseek(fp,-count,1); Π3文件指针回退C OUNT字节3Π g oto rep; } else {　fclose(fp); printf(“发送文件结束\n”) }}Π3PC机接收文件子函数receivef(),调用此函数可采集从机(下位单片机)数据并写入相关文件3Πv oid receivef(char slave,char3fname){　FI LE3fp char ch,ch1,chh; int count,tem p,sum=0; rem ove(fname);Π3盘上同名文件将删掉3Π图6　PC机接收文件函数流程if((fp=fopen(fname,“W”))==NU LL){　printf(“不能打开输出文件\n”); exit(1);}printf(“接收文件:%\n”,fname);do{　sport(slave);}while(rport()!=slave);Π3发送从机地址并等正确回应3Πsport(‘r’);Π3发命令‘r’接收从机数据3Πtem p=rport();Π3收总字节数3Πcount=tem p;rep:for(;count;count--){　ch1=rprt(); Π3从串口接收一个字符3Π sum=sum+ch1;Π3累加校验和3Π ch=H MY M(ch1);61 北京工业职业技术学院学报 第1卷 chh=rprt(); sum=sum+chh; ch=ch|(H MY M(chh)<<4); putc(ch,fp); Π3将一个完整字符写入文件3Π sum=sun+ch; if(ferror(fp)) {　printf(“printf“写文件有错误!\n”); exit(1); }}if(rport()!=sum){　ch=’F’; sport(ch);Π3校验和有误,发‘F’3Π count=tem p; sum=0 fseek(fp,-count,1); Π3文件指针回退C OUNT个字节3Π g oto rep;}eles{　ch=’0’; sport(ch);Π3校验和正确,发‘0’3Π fclose(fp); printf(“接收文件结束\n”);}}Π3PC机主函数3Π#include〈stdio.h〉#include〈stdlib.h〉#include〈dos.h〉main(int argc,char3argv[]){　while(argc!=4){　printf(“命令行命令不正确,请重新健入命令\n”) exit(1);}bioscom(0,0x83,0);Π3串口初始化:1200波特,8数据位,无奇偶校验3Πif(tolower(3argv[1]==’s’))send f(argv[2],argv[3]);else if(tolower(3avgv[1]==’r’)receivef(argv[2],argv[3]);}图7　PC机主程序流程4　汉明编译码函数的编写根据表1和表2给出的汉明码原理,编、译码函数分别如下。