在Windows下實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)AT89C51的串行通信
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關(guān)鍵詞：Windows95 單片機(jī)AT89C51 RS-232接口 RS-485接口 串行通信
在以單片機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，通過計(jì)算機(jī)中的RS-232接口進(jìn)行計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的命令和數(shù)據(jù)傳送，就可以利用計(jì)算機(jī)對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測和控制。由于計(jì)算機(jī)上的RS-232所傳送的距離不超過30m，所以，在遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳送和控制時(shí)，可以用MAX485的接口轉(zhuǎn)換芯片將RS-232轉(zhuǎn)換成RS-485協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。在發(fā)送和接收端都進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后，RS-485協(xié)議對數(shù)據(jù)傳送來說是相對透明的，所以依然可以使用計(jì)算機(jī)中的RS-232進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳送和控制。在最簡單的RS-232直接傳送通信系統(tǒng)中，只要發(fā)送和接收雙方同時(shí)準(zhǔn)備好，僅用信號發(fā)送端(TXD)，信號接收端(RXD)和信號地(GND)3根線即可進(jìn)行通信；若以應(yīng)答方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可使用請求發(fā)送(RTS)、清除發(fā)送(CTS)或數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備(DTR)、數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備(DSR)進(jìn)行硬件握手。在Windows95下，可以很方便地使用Win32通信API函數(shù)來實(shí)現(xiàn)這些硬件的握手以及數(shù)據(jù)的傳送。在89C51單片機(jī)系統(tǒng)中，分別從P3.0和P3.1引出串口線RXD和TXD通過專用的電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)的電平，這樣，二者之間就可以通過RS-232接口進(jìn)行數(shù)字信號的傳送。單片機(jī)也可以以直接傳送或應(yīng)答握手的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但由于握手方式占用其他的端口，而單片機(jī)的端口數(shù)量有限，所以，計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的通信常采用直接傳送的方式，本文將重點(diǎn)介紹。
1 Windows95下的通信編程
Windows95通信體系提供了1個(gè)改進(jìn)的串行應(yīng)用程序接口SAPI用來進(jìn)行交互式串行通信。其中，串口和其他通信設(shè)備是作為文件進(jìn)行處理的，串口的打開、關(guān)閉、讀取和寫入所用的函數(shù)和操作文件的函數(shù)相同。
通信會話以調(diào)用CreateFile函數(shù)開始，CreateFile函數(shù)為讀訪問或?qū)懺L問打開串口，打開成功后返回該串口句柄，供讀寫串口時(shí)使用。CreateFile函數(shù)的使用如下：
CreateFile(szDevice,fdwAccess,fdwShareMode,lpsa,fdwCreate,fdwAttrsAndFlags,hTemplateFile)
其中，第1個(gè)參數(shù)szDevice是要打開的串口邏輯名，如COM1或COM2；第2個(gè)參數(shù)fdwAccess指定串口的訪問類型，如讀、寫或兩者兼而有之，大部分通信是雙向的，因而通常設(shè)置為：GENERICREAD｜GENERICWRITE；第3個(gè)參數(shù)fdwShareMode指定串口的共享屬性，串口不能共享，所以它必須為0；第4個(gè)參數(shù)lpsa引用安全性屬性結(jié)構(gòu)；第5個(gè)參數(shù)fdwCreate指定如果CreateFile正被已有的文件調(diào)用時(shí)應(yīng)做些什么，既然串口總是存在，此參數(shù)就必須被設(shè)置為OPENEXISTING。第6個(gè)參數(shù)fdwAttrsAndFlags描述了該端口的各種屬性，對串口而言，唯一有意義的設(shè)置是FILEFLAGOVERLAPPED，指定該設(shè)置時(shí)，端口I/O可以在后臺進(jìn)行；最后1個(gè)參數(shù)hTemplateFile是指向模板文件的句柄，當(dāng)端口打開時(shí)，該參數(shù)為NULL。
打開串口后，在Windows95下可以對串口進(jìn)行合適的配置。Windows95提供了COMMPROP結(jié)構(gòu)，COMMPROP結(jié)構(gòu)中包含了對串口允許的設(shè)置，如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位的個(gè)數(shù)以及奇偶校驗(yàn)方法等，如果串口連接到調(diào)制解調(diào)器，COMMPROP結(jié)構(gòu)中還包含調(diào)制解調(diào)器支持的設(shè)置。但COMMPROP結(jié)構(gòu)給出的只是單純的信息，它不能用來改變串口的設(shè)置。Windows95下串口設(shè)置的改變是通過改變它的DCB結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，DCB結(jié)構(gòu)中包含了所有串口的設(shè)置，其中包括硬件的握手、流控制等。
Windows95提供GetCommState函數(shù)來得到當(dāng)前串口的設(shè)置情況，該函數(shù)接收1個(gè)打開的端口句柄和1個(gè)指向DCB結(jié)構(gòu)的指針，在DCB結(jié)構(gòu)中返回信息，GetCommState函數(shù)的補(bǔ)充函數(shù)是SetCommState函數(shù)，SetCommState函數(shù)將DCB結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容寫向串口設(shè)置，這2個(gè)函數(shù)的調(diào)用如下：
BOOLGetCommState(hComm,&dcb)
BOOLSetCommState(hComm,&dcb)
其中，hComm為打開串口的句柄，dcb為1個(gè)指向DCB的結(jié)構(gòu)。
Windows95中實(shí)現(xiàn)串口的讀寫函數(shù)與文件的讀寫函數(shù)相同，讀寫函數(shù)的使用格式如下：
ReadFile(hComm,inbuff,nBytes,&nBytesRead,&overlapped)
WriteFile(hComm,outbuff,nBytes,&nBytesWrite,&overlapped)
其中，第1個(gè)參數(shù)是打開串口的句柄，第2個(gè)參數(shù)是數(shù)據(jù)所使用的緩沖區(qū)，第3個(gè)參數(shù)是要讀取的字節(jié)數(shù)，第4個(gè)參數(shù)是實(shí)際讀取的字節(jié)數(shù)，實(shí)際讀取的字節(jié)數(shù)可能小于要讀取的字節(jié)數(shù)，最后1個(gè)參數(shù)指向1個(gè)覆蓋似的結(jié)構(gòu)，當(dāng)CreateFile中dwAttrsAndFlags參數(shù)設(shè)置為FILEFLAGOVERLAPPED時(shí)，此參數(shù)可以指定1個(gè)OVERLAPPED結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)的讀寫操作在后臺進(jìn)行。
讀寫端口可以通過4種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)：查詢、同步I/O、異步I/O(后臺I/O)和事件驅(qū)動I/O。查詢方式直接、易于理解，但占用大量CPU時(shí)間；同步I/O直到讀取所指定字節(jié)數(shù)或超時(shí)時(shí)才返回，這樣很容易長時(shí)間地阻塞線程；異步I/O可以在后臺讀寫數(shù)據(jù)，而在前臺做其他的事情；事件驅(qū)動I/O是由Windows95通知應(yīng)用程序某些事件什么時(shí)候發(fā)生，然后根據(jù)所發(fā)生的事情來對串口進(jìn)行操作。
這4種不同的技術(shù)，各有利弊和自己適用的領(lǐng)域，所以，在不同的通信系統(tǒng)中，可以根據(jù)不同的要求采用不同的技術(shù)。在監(jiān)測系統(tǒng)中，由于事件的偶然性和要求傳送的實(shí)時(shí)性，計(jì)算機(jī)常采用事件驅(qū)動I/O方式來進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。
在事件驅(qū)動I/O方式下，Windows95報(bào)告給應(yīng)用程序的事件由函數(shù)GetCommMask返回，改變返回的事件時(shí)，可以使用SetCommMask函數(shù)設(shè)置，這2個(gè)函數(shù)的調(diào)用如下：
GetCommMask(hComm,&dwMask)
SetCommMask(hComm,dwMask)
第1個(gè)參數(shù)是打開串口的句柄，第2個(gè)參數(shù)是要等待的1個(gè)或多個(gè)事件的掩碼。在用SetCommMask設(shè)置了有用的事件后，應(yīng)用程序調(diào)用WaitCommEvent函數(shù)來等待事件的發(fā)生，直到事件發(fā)生，WaitCommEvent函數(shù)返回。WaitCommEvent函數(shù)使用格式如下：
WaitCommEvent(hComm,&dwEvent,&overlapped)
第1個(gè)參數(shù)是打開串口的句柄，第2個(gè)參數(shù)是返回的事件，第3個(gè)參數(shù)是指定同步或者異步操作。當(dāng)函數(shù)返回后，可根據(jù)返回的事件掩碼進(jìn)行相應(yīng)的串口操作。
完成通信后，串口應(yīng)該關(guān)閉，否則，它始終處于打開狀態(tài)，其他應(yīng)用程序就不能打開或使用它。關(guān)閉串口的函數(shù)為：CloseHandle(hComm)，其中，hComm為打開的串口句柄。
2 單片機(jī)下的通信編程
單片機(jī)89C51的串行端口有4種工作方式，通過編程設(shè)計(jì)，可以使其工作在任一方式，以滿足不同場合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的I/O電路；方式1主要用于雙機(jī)之間或外設(shè)電路的通信；方式2、3除有方式1的功能外，還可用作多機(jī)通信，以構(gòu)成多微機(jī)系統(tǒng)，方式2、3的區(qū)別在于波特率的不同。
單片機(jī)的串行通信的波特率可以程控設(shè)定，在不同的工作方式下，由時(shí)鐘振蕩頻率的分頻值或由定時(shí)器T1的定時(shí)溢出時(shí)間確定。
單片機(jī)的串行端口有2個(gè)控制寄存器，用來設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送的波特率以及中斷標(biāo)志TI和RI。
單片機(jī)的串行端口有1個(gè)數(shù)據(jù)寄存器SBUF，該寄存器為發(fā)送和接收所共有，在一定條件下，向SBUF寫入數(shù)據(jù)就啟動了發(fā)送過程，讀SBUF就啟動了接收過程。
單片機(jī)可以采用循環(huán)方式或中斷方式實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的傳送。在循環(huán)方式下，單片機(jī)循環(huán)對數(shù)據(jù)寄存器SBUF進(jìn)行讀寫來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送；在中斷方式下，對方式1、2來說，1幀數(shù)據(jù)發(fā)送或接收完后，TI/RI自動置1，請求串行中斷，若CPU響應(yīng)中斷，則執(zhí)行串行中斷服務(wù)程序，并把TI/RI清0以再次響應(yīng)中斷。對在方式2、3下的接收，還要視串口控制寄存器SCON的設(shè)置才可確定RI是否被置位以及串口中斷是否開放。
實(shí)時(shí)控制中，由于事件的突發(fā)性，常采用中斷的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，中斷方式能更大限度地提高資源的利用率，使CPU在不進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)做其他的工作。下面重點(diǎn)介紹單片機(jī)在方式1下的中斷方式編程。
方式1是10位異步通信方式，其中包括1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。波特率由定時(shí)器T1的溢出率和串口控制寄存器SMOD的狀態(tài)確定，在CPU的晶振為11.0592MHz時(shí)，波特率常采用9600b/s。
對SBUF進(jìn)行寫操作就可啟動發(fā)送，在發(fā)送移位時(shí)鐘的同步下，從TXD先送出起始位，然后是8位數(shù)據(jù)位，最后是停止位，這樣，1幀數(shù)據(jù)發(fā)送完，中斷標(biāo)志TI置位。
在允許接收的條件下(REN＝1)，當(dāng)RXD出現(xiàn)由1到0的負(fù)跳變時(shí)，即被當(dāng)成是串行發(fā)送來的1幀數(shù)據(jù)的起始位，從而啟動1次接收過程。當(dāng)8位數(shù)據(jù)接收完，并檢測到高電平停止位后，即把收到的8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，置位RI，1幀數(shù)據(jù)的接收過程就完成了。
下面是單片機(jī)以方式1在直接傳送下的中斷接收和發(fā)送程序。由于沒有使用通信握手，所以通信雙方都應(yīng)做好通信準(zhǔn)備。在計(jì)算機(jī)接收、單片機(jī)發(fā)送時(shí)，由計(jì)算機(jī)先發(fā)送字母“R”，通知單片機(jī)計(jì)算機(jī)已準(zhǔn)備好，然后計(jì)算機(jī)在事件驅(qū)動I/O方式下等待接收到字符“Y”；當(dāng)單片機(jī)接收到“R”時(shí)，向計(jì)算機(jī)發(fā)送“Y”，表示單片機(jī)也已準(zhǔn)備好，這樣，一旦計(jì)算機(jī)接收到“Y”就表示雙方都已準(zhǔn)備好，二者之間就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換了。在計(jì)算機(jī)發(fā)送、單片機(jī)接收時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)送1幀數(shù)據(jù)，單片機(jī)響應(yīng)中斷，接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)程序的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：
org 0000h
ajmpstart
org0023h ??；串行中斷入口
ljmps&r
org0100h
start:mov tmod,#20h ；設(shè)置定時(shí)器T1方式2
movpcon,#00h；使SMOD為0
movtll,#0fdh；波特率為9600b/s
movthl,#0fdh
setbea；開全局中斷
clret1；關(guān)T1中斷
setbes；開串行中斷
setbtrl；開T1定時(shí)
movscon,#50h；串行方式1，允許接收
sjmp$
S&r:movc,ri
jcrecive;RI為1，執(zhí)行接收子程序
sjmpsend；否則，執(zhí)行發(fā)送子程序
recive:mova,sbuf；接收數(shù)據(jù)
clrri
cjnea,#52h,re；是否接收到“R”
mova,#59h；是，發(fā)送“Y”
movsbuf,a
sjmpendtr
re:mov @rl,a ??；r1為接收數(shù)據(jù)存放地址
incr1
sjmpendtr
send:mova,@r0；發(fā)送數(shù)據(jù)，r0為存放數(shù)據(jù)的地址
movsbuf,a
jnbti,$
clrti
incr0
endtr:reti；中斷返回
3 結(jié)束語
串口通信是一種廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的通信方式，由于目前大部分計(jì)算機(jī)都安裝了Windows95操作系統(tǒng)，所以本文具體實(shí)現(xiàn)了在Windows95下利用它的SDK函數(shù)來與單片機(jī)進(jìn)行串口通信。本文所提出的實(shí)現(xiàn)函數(shù)在所有當(dāng)前流行軟件如VC++、Delphi等中都可實(shí)現(xiàn)。它不僅可以用于近距離的RS-232通信，而且，還可以實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離RS-485通信。在使用該程序的通信系統(tǒng)中，近遠(yuǎn)距離的通信都取得良好的效果。
參考文獻(xiàn)
1 MirhoCA,TerrisseA著，賀軍，高勝友譯.WINDOWS95通信編程.北京：清華大學(xué)出版社，1997
2 陳光東，趙性初.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).武漢：華中理工大學(xué)出版社，1993
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