摘 要 概述了PC機(jī)與單片機(jī)間進(jìn)行串行口通信的基本原理，介紹了PC機(jī)與下位機(jī)之間的通信協(xié)議，并詳述了在VisualC + +環(huán)境下上位機(jī)利用MSComm通信控件與單片機(jī)之間進(jìn)行RS232異步串行口通信的實現(xiàn)，給出了實現(xiàn)通信的硬件設(shè)計、串行口屬性的初始化、與下位機(jī)進(jìn)行通信的控制代碼以及下位機(jī)的程序流程圖。

　　隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，上位機(jī)和下位機(jī)的主從工作方式為工業(yè)控制及自動控制系統(tǒng)所采用。由于PC機(jī)分析能力強(qiáng)、處理速度更快及單片機(jī)使用靈活方便等特點，所以一般都將PC機(jī)作為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)，二者通過RS2232或者RS2485接收、發(fā)送數(shù)據(jù)和傳送指令。單片機(jī)可單獨處理數(shù)據(jù)和控制任務(wù)，同時也將數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)，由PC機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或顯示。

　　本文介紹PC機(jī)和單片機(jī)通信在一種基于C8051F單片機(jī)的波形發(fā)生器中的應(yīng)用，在上位機(jī)上顯示正弦波的幅值和頻率，由上位機(jī)發(fā)送指令可以改變波形幅度及頻率。

　　1 硬件電路的設(shè)計

　　MCS251 單片機(jī)有一個全雙工的串行通訊口UART,利用其RXD和TXD與外界進(jìn)行通信，其內(nèi)部有2 個物理上完全獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF,可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。所以單片機(jī)和PC機(jī)之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。單片機(jī)串口有3條引線： TXD （發(fā)送數(shù)據(jù)） 、RXD （接收數(shù)據(jù)）和GND（信號地） .因此在通信距離較短時可采用零MO2DEM方式，簡單三連線結(jié)構(gòu)。IBM2PC機(jī)有兩個標(biāo)準(zhǔn)的RS2232串行口，其電平采用的是E IA電平，而MCS251單片機(jī)的串行通信是由TXD （發(fā)送數(shù)據(jù)）和RXD （接收數(shù)據(jù)）來進(jìn)行全雙工通信的，它們的電平是TTL電平；為了PC機(jī)與MCS251機(jī)之間能可靠地進(jìn)行串行通信，需要用電平轉(zhuǎn)換芯片，我們采用了MAXIM公司生產(chǎn)的專用芯片MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

　　電路如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)換芯片電路

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　軟件設(shè)計分上位機(jī)軟件設(shè)計和下位機(jī)軟件設(shè)計。這兩部分雖然在不同的機(jī)器上編寫和運行，但它們要做的工作是對應(yīng)的：一個發(fā)送，另一個接收。

　　為了保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，要制定通信協(xié)議，然后各自根據(jù)協(xié)議分別編制程序?，F(xiàn)約定通信協(xié)議如下： PC機(jī)和單片機(jī)都可以發(fā)送和接收。上位機(jī)和下位機(jī)均采用查詢方式發(fā)送控字符和數(shù)據(jù)、中斷方式接收控制字符和數(shù)據(jù)。采用RS2232串口異步通信，1位起始位， 8位數(shù)據(jù)位， 1位停止位，無奇偶校驗，波特率9 600 b / s.每次PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，先發(fā)送握手信號"FF",下位單片機(jī)收到握手信號則發(fā)送應(yīng)答信號"EE"至PC機(jī)，上位PC機(jī)收到應(yīng)答信號后即發(fā)送數(shù)據(jù)。同樣，當(dāng)單片機(jī)要向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，也先向PC機(jī)發(fā)聯(lián)絡(luò)信號"EB90",PC機(jī)收到聯(lián)絡(luò)信號后發(fā)應(yīng)答信號"EBOO",單片機(jī)收到應(yīng)答信號后則發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　2.1 上位機(jī)通信程序設(shè)計

　　PC機(jī)的串口都采用的是INS8250芯片。PC機(jī)中有2個異步通信口，一個是COM1,其端口地址范圍是3F8H-3 FFH,另一個是COM2,其端口地址是2F8H-2FFH.其與MODEM配合可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。其波特率是標(biāo)準(zhǔn)波特率（50-9 600） b / s。

　　8250內(nèi)部有10個寄存器端口，其中有一個除數(shù)鎖存器，可以通過編程除數(shù)的大小來確定異步通信的波特率。8250使用的頻率是2 MHz的基準(zhǔn)時鐘輸入信號，所以必須用分頻的方法產(chǎn)生所需要的波特率（移位脈沖） .除數(shù)鎖存器的值必須在8250初始化時設(shè)置， 即把通信線路控制器的位（DLAB）置1,然后分兩次把除數(shù)鎖存器的高8位和低8位分別寫入端口地址3F8H和3F9H （COM1） ,8250傳送或接收串行數(shù)據(jù)時使用的時鐘信號的頻率是數(shù)據(jù)傳輸波特率的16 倍，即波特率= 16 ×除數(shù)/1 843 200.

　　在Windows平臺上的串行通信多使用其提供的AP I函數(shù)來實現(xiàn)，這種方法使用起來需要許多底層設(shè)置，因而較為繁瑣，并且難以理解。Microsoft推出的ActiveX技術(shù)提供了另外一種實現(xiàn)串行通信的方法。這種方法不僅相對較為簡單，而且非常實用。

　　尤其是Visual C + +這種可視化面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境中，可以真正把串口看作一個對象，編程時只需簡單的設(shè)置，理解起來也很容易。本文上位機(jī)通信程序使用VC + +提供的串行通信控件MSComm （Mi2crosoft Communication Control） ,主要步驟如下：打開VC + + 610集成開發(fā)環(huán)境，選擇菜單項File /New,在出現(xiàn)的對話框中選中Projects標(biāo)簽中的MFC App2Wizard （ exe） ,生成一個基于對話框的應(yīng)用程序。選擇菜單項Project/Add to p roject/Components andControls?,在彈出的對話框中選擇Registered Ac2tiveX Controls文件夾下的Microsoft CommunicationsControl, 選擇Registered ActiveX Controls 來注冊MSComm,將該控件從工具箱中拉到對話框中即可實現(xiàn)控件的插入。選擇ClassWizard為新創(chuàng)建的通信控件加入一個成員變量，將其命名為m_commute.

　　通過該成員變量便可以對串口屬性進(jìn)行設(shè)置。以下是通過設(shè)置控件屬性對串口進(jìn)行初始化：

　　BOOL CMyCOMMDlg: : OnlnitDialog（ ）

　　{

　　CDialog: : OnlnitDialog（ ） ;

　　/ /此處為應(yīng)用框架自動生成代碼

　　m_commute. SetCommPort（1） ; / /使用串口1

　　m_commute. SetSettings（"9600,N, 8, 1"） ; / /波特率為9600,無奇偶校驗， 8位數(shù)據(jù)位， 1位停止位

　　m_commute. SetRThreshold （10） ; / /每接收10個字符就觸發(fā)1次接收事件

　　m_commute. SetSThreshold （0） ; / /不觸發(fā)發(fā)送事件

　　m_commute. SetInputLen （10） ; / /每次讀操作從緩沖區(qū)中取10個字符

　　m_commute. SetInputMode （1） ; / /二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸形式

　　m_commute. SetPortOpen （ TRUE） ; / /打開串口

　　return TRUE; / /返回

　　}

　　事件驅(qū)動是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。OnComm 事件的CommEvent屬性可以捕捉并檢查通信事件和錯誤。發(fā)生通信事件或錯誤時，將觸發(fā)OnComm 事件， CommEvent屬性的值將被改變，應(yīng)用程序檢查CommEvent屬性值并作出相應(yīng)的反應(yīng)。雙擊對話框中CMSComm控件，添加OnComm事件的代碼：

　　if （m_commute. GetCommEvent（ ） = = 2） / /判斷comEvReceive事件發(fā)生否

　　{

　　shortm_size =m_commute. GetinBufferCount（ ） ;

　　if （m_size = = 11） / /緩沖區(qū)為11個字符為滿

　　{

　　m_commute. SetInputLen （L） ; / /讀取接收到的數(shù)據(jù)

　　VAR IANT vRep ly =m_commute. GetInput （ ） ; / /處理接收到的數(shù)據(jù)

　　}

　　}

　　2.2 下位機(jī)通信程序設(shè)計

　　在上位機(jī)與多片單片機(jī)通信中，要保證主機(jī)與從機(jī)間可靠的通信，必須保證通信接口具有識別功能。而單片機(jī)串行口控制寄存器SCON中的控制位SM2就是為了滿足這一要求而設(shè)置的。且SM2控制位只在MCS51單片機(jī)的串行工作方式2與方式3才起作用。在串行口以方式2或方式3接收時，若SM2 =1,表示置多機(jī)通信功能位，這時出現(xiàn)兩種可能情況：接收到第9位數(shù)據(jù)為1時，數(shù)據(jù)才裝入SBUF,并置R I = 1向CPU發(fā)出中斷請求；如果接收到第9位數(shù)據(jù)為0時，則不發(fā)生中斷，信息被掉失。若SM2=0,則接收到的第9位數(shù)據(jù)無論是0還是1都產(chǎn)生R I =1中斷標(biāo)志，接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF中。根據(jù)上述情況MCS - 51多機(jī)通信過程安排如下：

　?。?）開始時設(shè)所有的從機(jī)SM2位為1 ,處于只接收地址幀的狀態(tài)（串行幀的第9位為1 ） ,對數(shù)據(jù)幀（串行口的第9位為0）則不做響應(yīng)。

　?。?）當(dāng)從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)來的地址幀后，將所接收的地址與本機(jī)地址相比較，若地址與本機(jī)地址相符，便使SM2清零以接收主機(jī)隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)，對于地址不相符合的從機(jī)，仍保持SM2 = 1狀態(tài)，故不能接收主機(jī)隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)信息。

　　（3）當(dāng)主機(jī)改為與另外從機(jī)聯(lián)系時，可再發(fā)出地址幀來尋找其它從機(jī)。而先前被尋址過的從機(jī)在分析出主機(jī)是對其它從機(jī)尋址時，恢復(fù)其SM2 = 1,等待主機(jī)的再尋址。

　?。?）從機(jī)要呼叫主機(jī)時，可先發(fā)送握手信號，主機(jī)檢測到有從機(jī)呼叫后，發(fā)出應(yīng)答信號，從機(jī)接收到主機(jī)應(yīng)答后，便可發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)。主機(jī)通過該信號來判斷從機(jī)所處的狀態(tài)，從而作出相應(yīng)的反應(yīng)。

　　設(shè)計單片機(jī)通信程序時，必須充分發(fā)揮單片機(jī)的效率。由于單片機(jī)多應(yīng)用于實時性較強(qiáng)的控制場合，因此，應(yīng)將及時響應(yīng)和控制對象的動作放在優(yōu)先考慮的位置，以盡量減少通信等輔助性操作所占用的CPU時間?；谏鲜隹紤]，筆者在設(shè)計單片機(jī)通信程序時，將通信程序分為接收中斷處理程序、發(fā)送中斷處理程序和通信處理程序3部分，并將這3部分程序巧妙地進(jìn)行組合，從而構(gòu)成整個單片機(jī)的通信程序。圖2給出了接收中斷處理子程序，圖3給出了發(fā)送中斷子程序。

圖2 接收中斷處理程序

圖3 發(fā)送中斷處理程序

　　3 結(jié)束語

　　本文給出了上位PC機(jī)與下位單片機(jī)之間進(jìn)行異步串行通信的解決方案，上位機(jī)通過友好的用戶界面，可給下位機(jī)發(fā)送控制指令。此方案在實際運行過程中，運行穩(wěn)定，效果良好，從而較好地解決了上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信問題。