WINDOWS環(huán)境下PC機(jī)與單片機(jī)的通信

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PC機(jī)與單片機(jī)組成上位機(jī)和下位機(jī)，其基本構(gòu)成是：下位機(jī)（單片機(jī)系統(tǒng)）完成信號(hào)檢測(cè)、A/D轉(zhuǎn)換和簡(jiǎn)單的控制功能，通過系統(tǒng)總線（如RS-232、RS-485、USB）與上位機(jī)（PC機(jī)）相連，進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，形成主從式結(jié)構(gòu)。下面就上位機(jī)和下位機(jī)之間目前幾種常用的通訊方法作一些介紹。

1、RS-232的串行通訊

在工業(yè)控制中，串口是常用的計(jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，由于串行通信方便易行，成本低，且完全能滿足要求，所以應(yīng)用廣泛。

1.1、利用VC++的標(biāo)準(zhǔn)通信函數(shù)

利用VC++的標(biāo)準(zhǔn)通信函數(shù)_inp和_outp可實(shí)現(xiàn)串口通信。下面是一個(gè)串口初始化的程序：
Void init_com (PORT)
{char i;
outp(PORT+3,0x80);
outp(PORT,0x0C);
outp(PORT+1,0);
outp(PORT+3 ,0x3a);
outp(PORT+3 ,0x03);
i=inp(PORT+5) 0xfe;
outp(PORT+5,i);}

1.2、使用串行通信控件MSComm

MSCOMM控件，即Microsoft Communication Control，是Microsoft為簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程而提供的ActiveX控件。它提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的使用接口，利用它可以建立與串口的連接，并可以通過串口連接到其他通信設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器），發(fā)出命令，交換數(shù)據(jù)以及監(jiān)視和響應(yīng)串行連接中發(fā)生的事件和錯(cuò)誤。MSCOMM控件可用于創(chuàng)建電話撥號(hào)程序、串口通信程序和功能完備的終端程序。

串行通信控件MSComm32.OCX提供了使用RS-232來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的所有協(xié)議，VC編程語言為該控件提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)、過程，并通過屬性和方法提供了串行通信的設(shè)置。它使用戶能夠方便地訪問Windows串行通信驅(qū)動(dòng)程序的大多數(shù)特性，包括輸入、輸出緩沖區(qū)的大小及決定何時(shí)使用流控制命令掛起數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

在ClassWizard中為新創(chuàng)建的通信控件定義成員對(duì)象(CMSComm m_Serial)，通過該對(duì)象便可以對(duì)串口屬性進(jìn)行設(shè)置，MSComm控件共有27個(gè)屬性。如果需要通過多個(gè)串行口與多臺(tái)設(shè)備通信，那么每一個(gè)串行口對(duì)應(yīng)于一個(gè)單獨(dú)的MSComm控件。串行口的設(shè)置參數(shù)既可以在對(duì)話框編輯器里設(shè)定，也可以在程序代碼中通過調(diào)用CMSComm類的成員函數(shù)設(shè)定。例如，我們可以在MyCOMDlg類的OnInitDialog成員函數(shù)中初始化MSComm控件的參數(shù)，代碼如下：
BOOL CMyCOMDlg::OnInitDialog ()
{
CDialog::OnInitDialog ();
m_wndCOM1.SetCommPort(1);
m_wndCOM1.SetSettings(9600,e,7,1);
m_wndCOM1.SetRThreshold(1);
m_wndCOM1.SetSThreshold(0);
m_wndCOM1.SetInputLen(1);
m_wndCOM1.SetPortOpen(TRUE);
Return TRUE
}

打開所需串口后，我們需要考慮串口通信的時(shí)機(jī)。在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，可能需要監(jiān)視并響應(yīng)一些事件和錯(cuò)誤，所以事件驅(qū)動(dòng)是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。使用OnComm事件和CommEvent屬性捕捉并檢查通信事件和錯(cuò)誤的值。發(fā)生通信事件或錯(cuò)誤時(shí)將觸發(fā)OnComm事件，CommEvent屬性的值將被改變，應(yīng)用程序通過檢查CommEvent屬性值并做出相應(yīng)的反應(yīng)。

如圖1是PC機(jī)與多個(gè)單片機(jī)連接的原理圖，圖2是其通信程序流程圖。

1.3、使用API函數(shù)

Windows 應(yīng)用程序要與標(biāo)準(zhǔn)串口通信，Windows函數(shù)庫(kù)中提供了24個(gè)低級(jí)函數(shù)，這些函數(shù)為與外部設(shè)備的通信提供了基本的工具，文件輸入和文件輸出函數(shù)為通信資源句柄的打開、關(guān)閉以及執(zhí)行讀寫操作提供了基本的接口，Win32 API也包含一系列訪問通信資源的通信函數(shù)，具體工作過程如下：首先打開一個(gè)通信資源句柄CreateFile()，接著進(jìn)行串行通信資源的配置（包括波特率、奇偶校驗(yàn)、停止位和數(shù)據(jù)位等信息），通過SetCommState()、GetCommState()進(jìn)行修改和查詢完成初始化設(shè)置；串行通信資源的讀寫通過ReadFile()、WriteFile()來完成收發(fā)數(shù)據(jù)，監(jiān)視串行通信資源某些可能發(fā)生的事件可通過WaitCommEvent()來完成，向與某通信資源相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送控制命令，使驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行特定任務(wù)。

控件雖然簡(jiǎn)單易用，但由于必須拿到對(duì)話框中使用，在一些需要在線程中實(shí)現(xiàn)通信的應(yīng)用場(chǎng)合下，控件的使用顯得捉襟見肘。API是附帶在Windows內(nèi)部的一個(gè)極其重要的組成部分。Windows的32位API主要是一系列很復(fù)雜的函數(shù)和消息集合。它可以看作是Windows系統(tǒng)為在其下運(yùn)行的各種開發(fā)系統(tǒng)提供的開放式通用功能增強(qiáng)接口。通信程序在CreateFile處指定串口設(shè)備及相關(guān)的操作屬性，再返回一個(gè)句柄，該句柄將被用于后續(xù)的通信操作，并貫穿整個(gè)通信過程。串口打開后，其屬性被設(shè)置為默認(rèn)值，根據(jù)具體需要，通過調(diào)用GetCommState(hComm,dcb)讀取當(dāng)前串口設(shè)備控制塊DCB設(shè)置，修改后通過 SetCommState(hComm,dcb)將其寫入。運(yùn)用ReadFile()與WriteFile()這兩個(gè)API函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口讀寫操作，若為異步通信方式，兩函數(shù)中最后一個(gè)參數(shù)為指向OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的非空指針，在讀寫函數(shù)返回值為FALSE的情況下，調(diào)用 GetLastError()函數(shù)，返回值為ERROR_IO_PENDING，表明I/O操作懸掛，即操作轉(zhuǎn)入后臺(tái)繼續(xù)執(zhí)行。此時(shí)，可以用 WaitForSingleObject()來等待結(jié)束信號(hào)并設(shè)置最長(zhǎng)等待時(shí)間，舉例如下：
BOOL bReadStatus;
bReadStatus = ReadFile (m_hIDComDev, buffer,
dwBytesRead, dwBytesRead, m_OverlappedRead);
if (! bReadStatus){
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING){
WaitForSingleObject(m_OverlappedRead.hEvent,1000);
return ((int)dwBytesRead);}
return(0);}
return ((int)dwBytesRead);

1.4、多線程下的串行通信

Windows內(nèi)部的搶先調(diào)度程序在活動(dòng)的線程之間分配CPU時(shí)間，Windows區(qū)分兩種不同類型的線程，一種是用戶界面線程(User Interface Thread),它包含消息循環(huán)或消息泵，用于處理接收到的消息；另一種是工作線程(Work Thread)，它沒有消息循環(huán)，用于執(zhí)行后臺(tái)任務(wù)、監(jiān)視串口事件的線程即為工作線程。多線程程序的編寫在端口的配置、連接部分與單線程的相同，在端口配置完畢后，最重要的是根據(jù)實(shí)際情況，建立多線程之間的同步對(duì)象，如信號(hào)燈、臨界區(qū)和事件等。多線程的實(shí)現(xiàn)可以使得各端口獨(dú)立，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)串行通信，使串行通信具有更廣泛的靈活性與嚴(yán)格性，且充分利用CPU時(shí)間。但在具體的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中如何協(xié)調(diào)多個(gè)線程、線程之間以何種方式實(shí)現(xiàn)同步，這是多線程串行通信程序?qū)崿F(xiàn)的難點(diǎn)。