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MCU中的LSB、MSB和大端模式、小端模式

article 2025/1/20 4:27:37

第一章 LSB和MSB

1.1 最低有效位(Least Significant Bit, LSB)

红外接收器接收了0x45（0100 0101）之后，怎么将这个数据发送给MCU;

LSB（least significant bit）：最低有效位优先，例如红外通信是以最低有效位发送和接收的

LSB发送的比特顺序： 1010 0010


当接收到按键数据时，红外接收头将数据按照从低到高，一个bit一个bit的将数据发生转发给MCU的GPIO口；

1.1.1 MCU的接收示例 

int32_t readIRData(uint8_t *pbuff){
	
	uint32_t timeout;			// 超时时间
	uint8_t tempData;			// 保存临时的1Byte数据
	int8_t i, j;				
	uint8_t *pData = pbuff;		// 使用一个指针来指向传递进来的数组	

	/* 红外通讯协议要求引导码为低电平；
	* 如果检测端口有高电平说明错误
	*/
	if(PAin(8) == 1){
		return -1;
	}

	/* 检测端口低电平持续时间 */
	timeout = 0;
	while(PAin(8) == 0){
		timeout++;
		delay_us(10);
		
		/* 红外接收头需要给端口输入9ms左右的低电平“引导码”
		* delay_us(10) * 1000 = 10000us = 10ms 
		*/
		if(timeout >= 1000){
			return -2;
		}
	}
	
	/* 检测端口是高电平持续时间 */
	timeout = 0;
	while(PAin(8)){
		timeout++;
		delay_us(10);
		
		/* 红外接收头需要给端口输入4.5ms左右的高电平“引导码”
		* delay_us(10) * 500 = 5000us = 5ms 
		*/
		if(timeout >= 500){
			return -3;
		}
	}
	
	
	/* 接收红外接收头的4Byte数据 = 地址码 + !地址码 + 功能码 + !功能码 */
	for(j = 0; j < 4; j++){
	
		/* 接收红外接收头的1Byte数据 */
		tempData = 0;
		for(i = 0; i < 8; i++){
			/* 检测端口是低电平持续时间 */
			timeout = 0;
			while(PAin(8) == 0){
				timeout++;
				delay_us(10);
				
				/* 红外接收头需要给端口输入0.56ms(0.56ms * 1000 = 560us)左右的低电平时序*/
				if(timeout >= 100){
					return -4;
				}
			}
			
			/* 
			* 借助低电平在延时一段时间，检测再检测高电平还是低电平来判断是0还是1
			* 延时只需要在0.56~1.685ms之间即可 
			* 如果高电平时间为0.56ms表示传输数据0， 1.685ms表示数据1；
			*/
			delay_us(600);
			
			
			/* 延时600us后，检测再检测高电平还是低电平
			* 如果是高电平，认为红外接收头输入的是数据1，将数据1写入tempData
			* 否则tempData已经全部初始化为是0，所以不必理会。
			*/
			if(PAin(8)){
				tempData |= 1 << i;
				
				/* 检测端口是高电平持续时间 */
				timeout = 0;
				while(PAin(8)){
					timeout++;
					delay_us(10);
					
					/* 已经延时了delay_us(600); 现在再延时2ms。
					* 总的延时了2.6ms，远远大于1.685ms。所以要报错*/
					if(timeout >= 200){
						return -5;
					}
				}
			}
		}
		
		/* 保存一个字节的数据 */
		pData[j] = tempData;
	}
	
	/* 红外接收头拉低电平50us,一次通讯结束 */
	delay_us(50);
	
	/* 校验数据 */
	if((pData[0] + pData[1]) == 0xFF){
		if((pData[2] + pData[3]) == 0xFF){
			return 0;
		}
	}

	
	/* 返回错误 */
	return -6;
}

1.1.2  MUC接收示意 

1.2 最高有效位(Most Significant Bit, MSB)

DHT11温湿度传感器一次完整的数据传输为40bit，高位先出。

数据格式：8bit湿度整数数据 + 8bit湿度小数数据 + 8bit温度整数数据 + 8bit温度小数数据 + 8bit校验和。

数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据 + 8bit湿度小数数据 + 8bit温度整数数据 + 8bit温度小数数据”所得结果的末8位。

温湿度传感器产生了一个字节的数据0xF4（1111 0100）之后，怎么将这个数据发送给MCU;

MSB（Most Significant Bit）：最高有效位优先，例如获取温湿度比特流数据的时候是以最高有效位接收的。

MSB发送的比特顺序： 1111 0100


当传感器产生数据时，DHT11将数据按照从高到低，一个bit一个bit的将数据发生转发给MCU的GPIO口；

1.2.1 MCU的接收示例

int32_t readDHT11(uint8_t *pbuff){
	
	uint32_t timeout;			// 超时时间
	uint8_t tempData;			// 保存临时的1Byte数据
	int8_t i, j;				
	uint8_t *pData = pbuff;		// 使用一个指针来指向传递进来的数组	
	uint16_t check_sum = 0;		// 定义一个变量。用于计数效验和

	/* 配置端口为输出模式 */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
	GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
	
	/* 端口输出低电平 */
	PGout(9) = 0;
	delay_ms(20);
	
	/* 端口输出高电平 */
	PGout(9) = 1;
	delay_us(30);
	
	/* 将端口设置为输入模式，准备接受数据 */	 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
	GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);
	
	
	/* 检测端口高电平持续时间 */
	timeout = 0;
	while(PGin(9)){
		timeout++;
		delay_us(1);
		
		/* 高电平时间超过4000ms(DHT11数据手持可知道), 认为DHT11设备损坏 */
		if(timeout >= 4000){
			return -1;
		}
	}
	
	/* 检测端口低电平持续时间 */
	timeout = 0;
	while(PGin(9) == 0){
		timeout++;
		delay_us(1);
		
		/* DHT11需要给端口输入至少80us的低电平时序*/
		if(timeout >= 85){
			return -2;
		}
	}
	
	/* 检测端口是高电平持续时间 */
	timeout = 0;
	while(PGin(9)){
		timeout++;
		delay_us(1);
		
		/* DHT11需要给端口输入至少80us的高电平时序*/
		if(timeout >= 85){
			return -3;
		}
	}
	
	
	/* 接收DHT11的40bit(5Byte)数据 */
	for(j = 0; j < 5; j++){
	
		/* 接收DHT11的8bit(1Byte)数据 */
		tempData = 0;
		for(i = 7; i >= 0; i--){
			/* 检测端口是低电平持续时间 */
			timeout = 0;
			while(PGin(9) == 0){
				timeout++;
				delay_us(1);
				
				/* DHT11需要给端口输入至少50us的低电平时序*/
				if(timeout >= 60){
					return -4;
				}
			}
			
			/* 
			* 借助低电平在延时一段时间，检测再检测高电平还是低电平来判断是0还是1
			* 延时只需要在28~70us之间即可 
			* 如果高电平时间为26~28us表示传输数据0， 28~70us范围内表示数据1；
			*/
			delay_us(40);
			
			
			/* 延时40us后，检测再检测高电平还是低电平
			* 如果是高电平，认为DHT11输入的是数据1，将数据1写入tempData
			* 否则tempData已经全部初始化为是0，所以不必理会。
			*/
			if(PGin(9)){
				tempData |= 1 << i;
				
				/* 检测端口是高电平持续时间 */
				timeout = 0;
				while(PGin(9)){
					timeout++;
					delay_us(1);
					
					/* DHT11需要给端口输入大于70us的高电平时序，认为错误*/
					if(timeout >= 75){
						return -5;
					}
				}
			}
		}
		
		/* 保存一个字节的数据 */
		pData[j] = tempData;
	}
	
	/* DHT11拉低电平50us,一次通讯结束 */
	delay_us(50);
	
	/* 判断效验和 */
	check_sum = (pData[0] + pData[1] + pData[2] + pData[3]) & 0xFF;
	if(check_sum != pData[4]){
		return -6;
	}
	
	/* 全部正确，返回0 */
	return 0;
}

1.2.2  MUC接收示意

第二章 大端模式和小端模式

2.1 大端模式

在大端模式下，多字节数据的高字节存储在低地址，低字节存储在高地址。也就是说，数据的高位在内存中存放得较前。

举个例子，如果要存储 32 位的十六进制数 0x12345678，在大端模式下，它会被按以下顺序存储在内存中：

地址:    ...     0x01    0x02    0x03    0x04
数据:   ...      0x12    0x34    0x56    0x78

在内存中的存储顺序是从高位到低位，先存储 0x12（最高字节），再存储 0x34，依此类推。

2.1.1 Modbus通讯协议

Modbus协议使用的是大端模式来表示16位和32位的数据类型。

  1. 16位数据---2Byte（表示一个寄存器数据）

例如，Modbus中读取的16位数据 0x1234 将会按以下方式传输：

  • 高字节（MSB）：0x12
  • 低字节（LSB）：0x34

因此，数据将会被按以下顺序传输：0x12 0x34（大端模式）。

  1. 32位数据----4byte (表示2个寄存器数据)

如果Modbus需要传输32位数据，协议也会将其按照大端模式进行存储，即先发送高字节，再发送低字节。例如，32位数据 0x12345678 会按以下顺序传输：

  • 高字节：0x12
  • 次高字节：0x34
  • 次低字节：0x56
  • 低字节：0x78

传输顺序为：0x12 0x34 0x56 0x78（大端模式）。

 

 2.1.1.1 ModbusRTU主机
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

// 定义宏 MAKEWORD 来组合两个字节
#define MAKEWORD(a, b) ((uint16_t)(((uint8_t)(a)) | ((uint16_t)((uint8_t)(b))) << 8))

// CRC计算函数（标准的 CRC-16-IBM 算法）
uint16_t crc16(const uint8_t *data, uint16_t length) {
    uint16_t crc = 0xFFFF;
    for (uint16_t i = 0; i < length; ++i) {
        crc ^= data[i];
        for (uint8_t j = 0; j < 8; ++j) {
            if (crc & 0x0001) {
                crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
            } else {
                crc >>= 1;
            }
        }
    }
    return crc;
}

int main() {
    // 1. 从站地址：0x01
    // 2. 功能码：0x03
    // 3. 起始寄存器地址：MAKEWORD(0x00, 0x01) => 0x0001
    // 4. 寄存器数量：MAKEWORD(0x00, 0x02) => 0x0002

    // 定义一个足够大的数组来存放 Modbus RTU 请求帧
    uint8_t request_frame[8];

    // 填充请求帧数据
    request_frame[0] = 0x01;   // 从站地址
    request_frame[1] = 0x03;   // 功能码
    request_frame[2] = (uint8_t)(MAKEWORD(0x00, 0x01) >> 8); // 起始寄存器地址高字节
    request_frame[3] = (uint8_t)(MAKEWORD(0x00, 0x01) & 0xFF); // 起始寄存器地址低字节
    request_frame[4] = (uint8_t)(MAKEWORD(0x00, 0x02) >> 8); // 寄存器数量高字节
    request_frame[5] = (uint8_t)(MAKEWORD(0x00, 0x02) & 0xFF); // 寄存器数量低字节

    // 计算 CRC 校验码
    uint16_t crc = crc16(request_frame, 6); // CRC计算不包含 CRC 字节
    request_frame[6] = (uint8_t)(crc & 0xFF);       // CRC 低字节
    request_frame[7] = (uint8_t)((crc >> 8) & 0xFF); // CRC 高字节

    // 输出 Modbus RTU 请求帧
    printf("Modbus RTU Request Frame: ");
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        printf("%02X ", request_frame[i]);
    }
    printf("\n");

    // 发送数据（在实际应用中可以通过串口发送）
    // send_data(request_frame, 8); // 伪代码，实际发送数据的函数

    return 0;
}

Modbus RTU Request Frame: 01 03 00 01 00 02 F7 D4

2.1.1.2 ModbusRTU从机
  • 主机发送

  • 从机解析 
#define MAKEWORD(a, b)      ((WORD)(((BYTE)(a)) | ((WORD)((BYTE)(b))) << 8))

假设你调用 MAKEWORD(0x12, 0x34)，那么：

  • a = 0x12（低字节）
  • b = 0x34（高字节）

过程如下：

  1. 低字节： (BYTE)(a) 结果是 0x12。
  2. 高字节： (WORD)((BYTE)(b)) << 8 结果是 0x34 << 8 = 0x3400。

结果是：0x34 12

使用上述宏定义解析主机发送来的帧；

typedef struct TModbusProtocol
{
	/* 缓冲区 */
	BYTE pRxd[256];					/* 接受帧缓冲地址 */
	BYTE pTxd[256];					/* 发送帧缓冲地址 */
	BYTE byAddress; 				/* 装置地址 */

	/* 浏览结构 */
	DWORD dwEventSend;				/* 动作报告浏览指针 */

	/* 计数器 */
	WORD wErrorCount;				/* 异常报文计数,CPT3 */
	WORD wSuccessCount;				/* 成功报文计数,CPT4 */
	DWORD dwNetStateCount;			/* 网络状态 */
}TModbusProtocol;

static TModbusProtocol me;
static BYTE* s_pRxd; 			/* 接受帧缓冲地址 */
static BYTE s_byWritePtr;		/* 发送缓冲区写指针 */




/* modbus归约处理 */
BOOL ManageModbusProtocol(void){

    .........
	/* 读取接收帧数据 */
	dwLen = hw485_read(me.pRxd, 256);
	s_pRxd = me.pRxd;
    .........

}



/* 读取多个Hold Register */
static BYTE _Frame_03_ReadHoldRegisters(TModbusProtocol* me)

    WORD wStartAddr = MAKEWORD(s_pRxd[3], s_pRxd[2]);        // 0x00 01
    WORD wCount = MAKEWORD(s_pRxd[5], s_pRxd[4]);            // 0x00 01

    /* 个数判断 */
    if (wCount < 1 || wCount > MAX_HOLDING_REGISTER_COUNT)
	    return ExeptionCode_3_ValidateDataValue;

    /* 准备工作 */
    me->pTxd[s_byWritePtr++] = wCount * 2;		/* BYTE Count */
}

 

2.2 小端模式

在小端模式模式下，多字节数据的**低字节（LSB）**存储在低地址，**高字节（MSB）**存储在高地址。即数据的低位存放得较前。

同样以 0x12345678 为例，在小端模式下，它会被按以下顺序存储：

内存存储顺序：
地址:    ...     0x01    0x02    0x03    0x04
数据:   ...    0x78    0x56    0x34    0x12

2.3 总结

网络字节序、Modbus协议都是大端模式；

主机字节序是小端模式；

 


http://www.kler.cn/a/510199.html

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