Linux PC和51系列單片機串行通信的設計

單片機性能穩定、價(jià)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(lái)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(pán)和 LCD顯示屏等方法外，一般都通過(guò)串口和上位機PC進(jìn)行通信，而后一種方法由于能實(shí)現遠程控制，并且能夠利用PC機強大的數據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(jìn)行控制的場(chǎng)合，都是采用Windows作為上位機的平臺，其優(yōu)點(diǎn)是界面友好，編程和操作都比較容易，缺點(diǎn)是穩定性太差，這對于需要連續數天或數月運行的裝置來(lái)說(shuō)，尤其不合適。在要求比較苛刻的場(chǎng)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，然而UNIX工作站昂貴的價(jià)格又大大限制了其使用的范圍。近年來(lái)，隨著(zhù)Linux的迅猛發(fā)展，使其逐漸從少數人的玩具變成了主流的操作系統。Linux是遵循GPL協(xié)議的免費源代碼開(kāi)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，性能穩定，特別適于做工業(yè)控制，因此實(shí)現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(shí)驗對象為一片AT89C51，圖1是硬件原理圖，由于要實(shí)現符合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(shí)驗過(guò)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據外，還在單片機外圍擴展了幾片鎖存器，幾個(gè)LED發(fā)光二極管和幾個(gè)小鍵盤(pán)。串行通信是采用最簡(jiǎn)單的TxD，RxD，GND三線(xiàn)制連接，注意TxD和RxD 兩邊應該交叉連線(xiàn)。

上位機是一臺普通的PC機，共有2個(gè)串行口COM1，COM2，其運行RedHat8．0，實(shí)際上，如果不要求運行Gnome或KDE等圖形界面，Linux對系統硬件的要求相當低。

實(shí)驗證明，此電路簡(jiǎn)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(lái)的數據，放到片內RAM里面，再將RAM內數據同時(shí)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(yǔ)言寫(xiě)成，初始化時(shí)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(xiě)是關(guān)鍵部分，因為要對串口硬件設備進(jìn)行操作，有2種方法，一是利用Linux內核自帶的串口驅動(dòng)程序，另外一種方法就是直接讀寫(xiě)串口硬件端口，下面分別介紹。

2．1　利用串口驅動(dòng)程序的編程方法

利用Linux自身的串口驅動(dòng)程序進(jìn)行編程，實(shí)際上就是調用驅動(dòng)程序的一系列函數，完成串口通信參數的設置，數據的發(fā)送和接收。在這種方法中，Linux給每個(gè)串口都分配一個(gè)文件索引號，有相應的文件名稱(chēng)，實(shí)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(gè)串口實(shí)際上就是操作這2個(gè)文件，而對硬件設備文件的操作與對普通文件的操作并沒(méi)有什么不同，都可以使用相同的文件I/O調用函數(open，write，read，close)，不同之處在于用系統調用 open()打開(kāi)串口得到相應設備的文件描述符以后，先要對其進(jìn)行初始化，設置一些特定的參數，如波特率、數據位、輸入輸出方式等，這些參數存放在 structtermios中，函數tcsetattr()可以設置串口的structtermios，tcgetattr()可以得到串口的 struct termios。設置完通信參數后就可用read和write對串口文件進(jìn)行讀寫(xiě)了。運行程序時(shí)要注意用戶(hù)是否有對要操作的串口文件進(jìn)行讀寫(xiě)的權力，可以用chmod命令進(jìn)行文件權限修改。