Linux PC和51系列單片機串行通信的設計

單片機性能穩(wěn)定、價格低廉、功能強大，在智能儀器、工業(yè)裝備以及日用電子消費品中得到了越來越廣泛的應用。在單片機的輸入輸出控制中，除直接接上小鍵盤和 LCD顯示屏等方法外，一般都通過串口和上位機PC進行通信，而后一種方法由于能實現(xiàn)遠程控制，并且能夠利用PC機強大的數(shù)據(jù)處理功能以及友好的控制界面，顯得尤為重要。在一般的利用PC機對單片機進行控制的場合，都是采用Windows作為上位機的平臺，其優(yōu)點是界面友好，編程和操作都比較容易，缺點是穩(wěn)定性太差，這對于需要連續(xù)數(shù)天或數(shù)月運行的裝置來說，尤其不合適。在要求比較苛刻的場合，一般都采用UNIX工作站作為主控平臺，如合肥同步輻射加速器的主控平臺采用的是SUN的Solaris工作站系統(tǒng)，然而UNIX工作站昂貴的價格又大大限制了其使用的范圍。近年來，隨著Linux的迅猛發(fā)展，使其逐漸從少數(shù)人的玩具變成了主流的操作系統(tǒng)。Linux是遵循GPL協(xié)議的免費源代碼開放軟件，任何人都可以自由的從Internet上取得其源程序，也可在GPL的協(xié)議下修改其源代碼以適應特定的應用，其運行在普通的PC上，性能穩(wěn)定，特別適于做工業(yè)控制，因此實現(xiàn)Linux和單片機的串行通信非常有意義，他可以是昂貴的UNIX工作站的一種可選的替代方法。

1　硬件原理

目前國內使用較多的為MCS-51系列的單片機，因此選用的單片機實驗對象為一片AT89C51，圖1是硬件原理圖，由于要實現(xiàn)符合RS232C的串行通信，還應該用一片ICL232CPE(MAX232)作為串行通信的電平轉換電路。在實驗過程中，為了查看通信是否成功，除了讓單片機對上位機回送數(shù)據(jù)外，還在單片機外圍擴展了幾片鎖存器，幾個LED發(fā)光二極管和幾個小鍵盤。串行通信是采用最簡單的TxD，RxD，GND三線制連接，注意TxD和RxD 兩邊應該交叉連線。

上位機是一臺普通的PC機，共有2個串行口COM1，COM2，其運行RedHat8．0，實際上，如果不要求運行Gnome或KDE等圖形界面，Linux對系統(tǒng)硬件的要求相當?shù)汀?/p>

實驗證明，此電路簡單可靠，非常適用于測試串行通信。

2　串行通信程序設計

串行通信程序包括下位機單片機和上位機PC機的程序。單片機接收上位機傳來的數(shù)據(jù)，放到片內RAM里面，再將RAM內數(shù)據(jù)同時發(fā)送到外部擴展鎖存器和上位機，由此可以判斷通信是否成功。此程序由匯編語言寫成，初始化時波特率設置為4 800 b/s，通信方式為8－N－1。

上位機程序的編寫是關鍵部分，因為要對串口硬件設備進行操作，有2種方法，一是利用Linux內核自帶的串口驅動程序，另外一種方法就是直接讀寫串口硬件端口，下面分別介紹。

2．1　利用串口驅動程序的編程方法

利用Linux自身的串口驅動程序進行編程，實際上就是調用驅動程序的一系列函數(shù)，完成串口通信參數(shù)的設置，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在這種方法中，Linux給每個串口都分配一個文件索引號，有相應的文件名稱，實際上是將硬件設備看成一種特殊的文件，如COM1，COM2對應的文件分別為/dev/ttyS0，/dev/ttyS1，操作這2個串口實際上就是操作這2個文件，而對硬件設備文件的操作與對普通文件的操作并沒有什么不同，都可以使用相同的文件I/O調用函數(shù)(open，write，read，close)，不同之處在于用系統(tǒng)調用 open()打開串口得到相應設備的文件描述符以后，先要對其進行初始化，設置一些特定的參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、輸入輸出方式等，這些參數(shù)存放在 structtermios中，函數(shù)tcsetattr()可以設置串口的structtermios，tcgetattr()可以得到串口的 struct termios。設置完通信參數(shù)后就可用read和write對串口文件進行讀寫了。運行程序時要注意用戶是否有對要操作的串口文件進行讀寫的權力，可以用chmod命令進行文件權限修改。