如何實(shí)現(電腦)PC機與單片機AT89C51的串行通信

在Windows95下使用串口A(yíng)PI函數實(shí)現PC機與單片機AT89C51的串口通信，重點(diǎn)介紹計算機采用事件驅動(dòng)I/O方式的函數編程及單片機串口中斷發(fā)送、接收程序的實(shí)現。
　　關(guān)鍵詞：Windows95　單片機AT89C51　RS-232接口　RS-485接口　串行通信
　　在以單片機為基礎的數據采集和實(shí)時(shí)控制系統中，通過(guò)計算機中的RS-232接口進(jìn)行計算機與單片機之間的命令和數據傳送，就可以利用計算機對生產(chǎn)現場(chǎng)進(jìn)行監測和控制。由于計算機上的RS-232所傳送的距離不超過(guò)30m，所以，在遠距離的數據傳送和控制時(shí)，可以用MAX485的接口轉換芯片將RS-232轉換成RS-485協(xié)議進(jìn)行遠距離傳送。在發(fā)送和接收端都進(jìn)行協(xié)議轉換后，RS-485協(xié)議對數據傳送來(lái)說(shuō)是相對透明的，所以依然可以使用計算機中的RS-232進(jìn)行遠距離的數據傳送和控制。在最簡(jiǎn)單的RS-232直接傳送通信系統中，只要發(fā)送和接收雙方同時(shí)準備好，僅用信號發(fā)送端(TXD)，信號接收端(RXD)和信號地(GND)3根線(xiàn)即可進(jìn)行通信；若以應答方式進(jìn)行數據通信，可使用請求發(fā)送(RTS)、清除發(fā)送(CTS)或數據終端準備(DTR)、數據裝置準備(DSR)進(jìn)行硬件握手。在Windows95下，可以很方便地使用Win32通信API函數來(lái)實(shí)現這些硬件的握手以及數據的傳送。在89C51單片機系統中，分別從P3.0和P3.1引出串口線(xiàn)RXD和TXD通過(guò)專(zhuān)用的電平轉換芯片轉換成RS-232接口標準的電平，這樣，二者之間就可以通過(guò)RS-232接口進(jìn)行數字信號的傳送。單片機也可以以直接傳送或應答握手的方式進(jìn)行數據通信，但由于握手方式占用其他的端口，而單片機的端口數量有限，所以，計算機與單片機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)的串行應用程序接口SAPI用來(lái)進(jìn)行交互式串行通信。其中，串口和其他通信設備是作為文件進(jìn)行處理的，串口的打開(kāi)、關(guān)閉、讀取和寫(xiě)入所用的函數和操作文件的函數相同。
　　通信會(huì )話(huà)以調用CreateFile函數開(kāi)始，CreateFile函數為讀訪(fǎng)問(wèn)或寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)打開(kāi)串口，打開(kāi)成功后返回該串口句柄，供讀寫(xiě)串口時(shí)使用。CreateFile函數的使用如下：
CreateFile(szDevice,fdwAccess,fdwShareMode,lpsa,fdwCreate,fdwAttrsAndFlags,hTemplateFile)
　　其中，第1個(gè)參數szDevice是要打開(kāi)的串口邏輯名，如COM1或COM2；第2個(gè)參數fdwAccess指定串口的訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)型，如讀、寫(xiě)或兩者兼而有之，大部分通信是雙向的，因而通常設置為：GENERICREAD｜GENERICWRITE；第3個(gè)參數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lpsa引用安全性屬性結構；第5個(gè)參數fdwCreate指定如果CreateFile正被已有的文件調用時(shí)應做些什么，既然串口總是存在，此參數就必須被設置為OPENEXISTING。第6個(gè)參數fdwAttrsAndFlags描述了該端口的各種屬性，對串口而言，唯一有意義的設置是FILEFLAGOVERLAPPED，指定該設置時(shí)，端口I/O可以在后臺進(jìn)行；最后1個(gè)參數hTemplateFile是指向模板文件的句柄，當端口打開(kāi)時(shí)，該參數為NULL。
　　打開(kāi)串口后，在Windows95下可以對串口進(jìn)行合適的配置。Windows95提供了COMMPROP結構，COMMPROP結構中包含了對串口允許的設置，如波特率、數據位數、停止位的個(gè)數以及奇偶校驗方法等，如果串口連接到調制解調器，COMMPROP結構中還包含調制解調器支持的設置。但COMMPROP結構給出的只是單純的信息，它不能用來(lái)改變串口的設置。Windows95下串口設置的改變是通過(guò)改變它的DCB結構來(lái)實(shí)現的，DCB結構中包含了所有串口的設置，其中包括硬件的握手、流控制等。
　　Windows95提供GetCommState函數來(lái)得到當前串口的設置情況，該函數接收1個(gè)打開(kāi)的端口句柄和1個(gè)指向DCB結構的指針，在DCB結構中返回信息，GetCommState函數的補充函數是SetCommState函數，SetCommState函數將DCB結構中的內容寫(xiě)向串口設置，這2個(gè)函數的調用如下：
　　BOOLGetCommState(hComm,dcb)
　　BOOLSetCommState(hComm,dcb)
　　其中，hComm為打開(kāi)串口的句柄，dcb為1個(gè)指向DCB的結構。
　　Windows95中實(shí)現串口的讀寫(xiě)函數與文件的讀寫(xiě)函數相同，讀寫(xiě)函數的使用格式如下：
　　ReadFile(hComm,inbuff,nBytes,nBytesRead,overlapped)
　　WriteFile(hComm,outbuff,nBytes,nBytesWrite,overlapped)
　　其中，第1個(gè)參數是打開(kāi)串口的句柄，第2個(gè)參數是數據所使用的緩沖區，第3個(gè)參數是要讀取的字節數，第4個(gè)參數是實(shí)際讀取的字節數，實(shí)際讀取的字節數可能小于要讀取的字節數，最后1個(gè)參數指向1個(gè)覆蓋似的結構，當CreateFile中dwAttrsAndFlags參數設置為FILEFLAGOVERLAPPED時(shí)，此參數可以指定1個(gè)OVERLAPPED結構，使數據的讀寫(xiě)操作在后臺進(jìn)行。
　　讀寫(xiě)端口可以通過(guò)4種技術(shù)來(lái)實(shí)現：查詢(xún)、同步I/O、異步I/O(后臺I/O)和事件驅動(dòng)I/O。查詢(xún)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數或超時(shí)時(shí)才返回，這樣很容易長(cháng)時(shí)間地阻塞線(xiàn)程；異步I/O可以在后臺讀寫(xiě)數據，而在前臺做其他的事情；事件驅動(dòng)I/O是由Windows95通知應用程序某些事件什么時(shí)候發(fā)生，然后根據所發(fā)生的事情來(lái)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，在不同的通信系統中，可以根據不同的要求采用不同的技術(shù)。在監測系統中，由于事件的偶然性和要求傳送的實(shí)時(shí)性，計算機常采用事件驅動(dòng)I/O方式來(lái)進(jìn)行現場(chǎng)監測。
　　在事件驅動(dòng)I/O方式下，Windows95報告給應用程序的事件由函數GetCommMask返回，改變返回的事件時(shí)，可以使用SetCommMask函數設置，這2個(gè)函數的調用如下：
　　GetCommMask(hComm,dwMask)
　　SetCommMask(hComm,dwMask)
　　第1個(gè)參數是打開(kāi)串口的句柄，第2個(gè)參數是要等待的1個(gè)或多個(gè)事件的掩碼。在用SetCommMask設置了有用的事件后，應用程序調用WaitCommEvent函數來(lái)等待事件的發(fā)生，直到事件發(fā)生，WaitCommEvent函數返回。WaitCommEvent函數使用格式如下：
　　WaitCommEvent(hComm,dwEvent,overlapped)
　　第1個(gè)參數是打開(kāi)串口的句柄，第2個(gè)參數是返回的事件，第3個(gè)參數是指定同步或者異步操作。當函數返回后，可根據返回的事件掩碼進(jìn)行相應的串口操作。
　　完成通信后，串口應該關(guān)閉，否則，它始終處于打開(kāi)狀態(tài)，其他應用程序就不能打開(kāi)或使用它。關(guān)閉串口的函數為：CloseHandle(hComm)，其中，hComm為打開(kāi)的串口句柄。

2　單片機下的通信編程
　　單片機89C51的串行端口有4種工作方式，通過(guò)編程設計，可以使其工作在任一方式，以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以擴展單片機的I/O電路；方式1主要用于雙機之間或外設電路的通信；方式2、3除有方式1的功能外，還可用作多機通信，以構成多微機系統，方式2、3的區別在于波特率的不同。
　　單片機的串行通信的波特率可以程控設定，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。
　　單片機的串行端口有2個(gè)控制寄存器，用來(lái)設置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數據傳送的波特率以及中斷標志TI和RI。
　　單片機的串行端口有1個(gè)數據寄存器SBUF，該寄存器為發(fā)送和接收所共有，在一定條件下，向SBUF寫(xiě)入數據就啟動(dòng)了發(fā)送過(guò)程，讀SBUF就啟動(dòng)了接收過(guò)程。
　　單片機可以采用循環(huán)方式或中斷方式實(shí)現串行數據的傳送。在循環(huán)方式下，單片機循環(huán)對數據寄存器SBUF進(jìn)行讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現數據的接收和發(fā)送；在中斷方式下，對方式1、2來(lái)說(shuō)，1幀數據發(fā)送或接收完后，TI/RI自動(dòng)置1，請求串行中斷，若CPU響應中斷，則執行串行中斷服務(wù)程序，并把TI/RI清0以再次響應中斷。對在方式2、3下的接收，還要視串口控制寄存器SCON的設置才可確定RI是否被置位以及串口中斷是否開(kāi)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)行數據傳送，中斷方式能更大限度地提高資源的利用率，使CPU在不進(jìn)行數據通信時(shí)做其他的工作。下面重點(diǎn)介紹單片機在方式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)數據位和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(xiě)操作就可啟動(dòng)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位數據位，最后是停止位，這樣，1幀數據發(fā)送完，中斷標志TI置位。
　　在允許接收的條件下(REN＝1)，當RXD出現由1到0的負跳變時(shí)，即被當成是串行發(fā)送來(lái)的1幀數據的起始位，從而啟動(dòng)1次接收過(guò)程。當8位數據接收完，并檢測到高電平停止位后，即把收到的8位數據裝入SBUF，置位RI，1幀數據的接收過(guò)程就完成了。
　　下面是單片機以方式1在直接傳送下的中斷接收和發(fā)送程序。由于沒(méi)有使用通信握手，所以通信雙方都應做好通信準備。在計算機接收、單片機發(fā)送時(shí)，由計算機先發(fā)送字母“R”，通知單片機計算機已準備好，然后計算機在事件驅動(dòng)I/O方式下等待接收到字符“Y”；當單片機接收到“R”時(shí)，向計算機發(fā)送“Y”，表示單片機也已準備好，這樣，一旦計算機接收到“Y”就表示雙方都已準備好，二者之間就可以進(jìn)行數據交換了。在計算機發(fā)送、單片機接收時(shí)，計算機發(fā)送1幀數據，單片機響應中斷，接收數據。單片機程序的具體實(shí)現過(guò)程如下：

　　org　0000h
　　ajmpstart
　　org0023h　??；串行中斷入口
　　ljmpsr
　　org0100h
start:mov　tmod,#20h??；設置定時(shí)器T1方式2
　　movpcon,#00h；使SMOD為0
　　movtll,#0fdh；波特率為9600b/s
　　movthl,#0fdh
　　setbea；開(kāi)全局中斷
　　clret1；關(guān)T1中斷
　　setbes；開(kāi)串行中斷
　　setbtrl；開(kāi)T1定時(shí)
　　movscon,#50h；串行方式1，允許接收
　　sjmp$
Sr:movc,ri
　　jcrecive;RI為1，執行接收子程序
　　sjmpsend；否則，執行發(fā)送子程序
recive:mova,sbuf；接收數據
　　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為接收數據存放地址
　　incr1
　　sjmpendtr
send:mova,@r0；發(fā)送數據，r0為存放數據的地址
　　movsbuf,a
　　jnbti,$
　　clrti
　　incr0
endtr:reti；中斷返回

3　結束語(yǔ)
　　串口通信是一種廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域的通信方式，由于目前大部分計算機都安裝了Windows95操作系統，所以本文具體實(shí)現了在Windows95下利用它的SDK函數來(lái)與單片機進(jìn)行串口通信。本文所提出的實(shí)現函數在所有當前流行軟件如VC++、Delphi等中都可實(shí)現。它不僅可以用于近距離的RS-232通信，而且，還可以實(shí)現中遠距離RS-485通信。在使用該程序的通信系統中，近遠距離的通信都取得良好的效果。