如何实现(电脑)PC机与单片机AT89C51的串行通信

分享到:

在Windows95下使用串口API函数实现PC机与单片机AT89C51的串口通信,重点介绍计算机采用事件驱动I/O方式的函数编程及单片机串口中断发送、接收程序的实现。

在以单片机为基础的数据采集和实时控制系统中,通过计算机中的RS-232接口进行计算机与单片机之间的命令和数据传送,就可以利用计算机对生产现场进行监测和控制。由于计算机上的RS-232所传送的距离不超过30m,所以,在远距离的数据传送和控制时,可以用MAX485的接口转换芯片将RS-232转换成RS-485协议进行远距离传送。在发送和接收端都进行协议转换后,RS-485协议对数据传送来说是相对透明的,所以依然可以使用计算机中的RS-232进行远距离的数据传送和控制。在最简单的RS-232直接传送通信系统中,只要发送和接收双方同时准备好,仅用信号发送端(TXD),信号接收端(RXD)和信号地(GND)3根线即可进行通信;若以应答方式进行数据通信,可使用请求发送(RTS)、清除发送(CTS)或数据终端准备(DTR)、数据装置准备(DSR)进行硬件握手。在Windows95下,可以很方便地使用Win32通信API函数来实现这些硬件的握手以及数据的传送。在89C51单片机系统中,分别从P3.0和P3.1引出串口线RXD和TXD通过专用的电平转换芯片转换成RS-232接口标准的电平,这样,二者之间就可以通过RS-232接口进行数字信号的传送。单片机也可以以直接传送或应答握手的方式进行数据通信,但由于握手方式占用其他的端口,而单片机的端口数量有限,所以,计算机与单片机的通信常采用直接传送的方式,本文将重点介绍。

1 Windows95下的通信编程

Windows95通信体系提供了1个改进的串行应用程序接口SAPI用来进行交互式串行通信。其中,串口和其他通信设备是作为文件进行处理的,串口的打开、关闭、读取和写入所用的函数和操作文件的函数相同。

通信会话以调用CreateFile函数开始,CreateFile函数为读访问或写访问打开串口,打开成功后返回该串口句柄,供读写串口时使用。CreateFile函数的使用如下:

CreateFile(szDevice,fdwAccess,fdwShareMode,lpsa,fdwCreate,fdwAttrsAndFlags,hTemplateFile)

其中,第1个参数szDevice是要打开的串口逻辑名,如COM1或COM2;第2个参数fdwAccess指定串口的访问类型,如读、写或两者兼而有之,大部分通信是双向的,因而通常设置为:GENERICREAD|GENERICWRITE;第3个参数fdwShareMode指定串口的共享属性,串口不能共享,所以它必须为0;第4个参数lpsa引用安全性属性结构;第5个参数fdwCreate指定如果CreateFile正被已有的文件调用时应做些什么,既然串口总是存在,此参数就必须被设置为OPENEXISTING。第6个参数fdwAttrsAndFlags描述了该端口的各种属性,对串口而言,唯一有意义的设置是FILEFLAGOVERLAPPED,指定该设置时,端口I/O可以在后台进行;最后1个参数hTemplateFile是指向模板文件的句柄,当端口打开时,该参数为NULL。

打开串口后,在Windows95下可以对串口进行合适的配置。Windows95提供了COMMPROP结构,COMMPROP结构中包含了对串口允许的设置,如波特率、数据位数、停止位的个数以及奇偶校验方法等,如果串口连接到调制解调器,COMMPROP结构中还包含调制解调器支持的设置。但COMMPROP结构给出的只是单纯的信息,它不能用来改变串口的设置。Windows95下串口设置的改变是通过改变它的DCB结构来实现的,DCB结构中包含了所有串口的设置,其中包括硬件的握手、流控制等。

Windows95提供GetCommState函数来得到当前串口的设置情况,该函数接收1个打开的端口句柄和1个指向DCB结构的指针,在DCB结构中返回信息,GetCommState函数的补充函数是SetCommState函数,SetCommState函数将DCB结构中的内容写向串口设置,这2个函数的调用如下:

BOOLGetCommState(hComm,&dcb)

BOOLSetCommState(hComm,&dcb)

其中,hComm为打开串口的句柄,dcb为1个指向DCB的结构。
  Windows95中实现串口的读写函数与文件的读写函数相同,读写函数的使用格式如下:

ReadFile(hComm,inbuff,nBytes,&nBytesRead,&overlapped)

WriteFile(hComm,outbuff,nBytes,&nBytesWrite,&overlapped)

其中,第1个参数是打开串口的句柄,第2个参数是数据所使用的缓冲区,第3个参数是要读取的字节数,第4个参数是实际读取的字节数,实际读取的字节数可能小于要读取的字节数,最后1个参数指向1个覆盖似的结构,当CreateFile中dwAttrsAndFlags参数设置为FILEFLAGOVERLAPPED时,此参数可以指定1个OVERLAPPED结构,使数据的读写操作在后台进行。

读写端口可以通过4种技术来实现:查询、同步I/O、异步I/O(后台I/O)和事件驱动I/O。查询方式直接、易于理解,但占用大量CPU时间;同步I/O直到读取所指定字节数或超时时才返回,这样很容易长时间地阻塞线程;异步I/O可以在后台读写数据,而在前台做其他的事情;事件驱动I/O是由Windows95通知应用程序某些事件什么时候发生,然后根据所发生的事情来对串口进行操作。

这4种不同的技术,各有利弊和自己适用的领域,所以,在不同的通信系统中,可以根据不同的要求采用不同的技术。在监测系统中,由于事件的偶然性和要求传送的实时性,计算机常采用事件驱动I/O方式来进行现场监测。

在事件驱动I/O方式下,Windows95报告给应用程序的事件由函数GetCommMask返回,改变返回的事件时,可以使用SetCommMask函数设置,这2个函数的调用如下:

GetCommMask(hComm,&dwMask)

SetCommMask(hComm,dwMask)

第1个参数是打开串口的句柄,第2个参数是要等待的1个或多个事件的掩码。在用SetCommMask设置了有用的事件后,应用程序调用WaitCommEvent函数来等待事件的发生,直到事件发生,WaitCommEvent函数返回。WaitCommEvent函数使用格式如下:

WaitCommEvent(hComm,&dwEvent,&overlapped)

第1个参数是打开串口的句柄,第2个参数是返回的事件,第3个参数是指定同步或者异步操作。当函数返回后,可根据返回的事件掩码进行相应的串口操作。

完成通信后,串口应该关闭,否则,它始终处于打开状态,其他应用程序就不能打开或使用它。关闭串口的函数为:CloseHandle(hComm),其中,hComm为打开的串口句柄。

2 单片机下的通信编程

单片机89C51的串行端口有4种工作方式,通过编程设计,可以使其工作在任一方式,以满足不同场合的需要。其中,方式0主要用于外接移位寄存器,以扩展单片机的I/O电路;方式1主要用于双机之间或外设电路的通信;方式2、3除有方式1的功能外,还可用作多机通信,以构成多微机系统,方式2、3的区别在于波特率的不同。

单片机的串行通信的波特率可以程控设定,在不同的工作方式下,由时钟振荡频率的分频值或由定时器T1的定时溢出时间确定。

单片机的串行端口有2个控制寄存器,用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率以及中断标志TI和RI。

单片机的串行端口有1个数据寄存器SBUF,该寄存器为发送和接收所共有,在一定条件下,向SBUF写入数据就启动了发送过程,读SBUF就启动了接收过程。

单片机可以采用循环方式或中断方式实现串行数据的传送。在循环方式下,单片机循环对数据寄存器SBUF进行读写来实现数据的接收和发送;在中断方式下,对方式1、2来说,1帧数据发送或接收完后,TI/RI自动置1,请求串行中断,若CPU响应中断,则执行串行中断服务程序,并把TI/RI清0以再次响应中断。对在方式2、3下的接收,还要视串口控制寄存器SCON的设置才可确定RI是否被置位以及串口中断是否开放。

实时控制中,由于事件的突发性,常采用中断的方式进行数据传送,中断方式能更大限度地提高资源的利用率,使CPU在不进行数据通信时做其他的工作。下面重点介绍单片机在方式1下的中断方式编程。

方式1是10位异步通信方式,其中包括1个起始位,8个数据位和1个停止位。波特率由定时器T1的溢出率和串口控制寄存器SMOD的状态确定,在CPU的晶振为11.0592MHz时,波特率常采用9600b/s。

对SBUF进行写操作就可启动发送,在发送移位时钟的同步下,从TXD先送出起始位,然后是8位数据位,最后是停止位,这样,1帧数据发送完,中断标志TI置位。

在允许接收的条件下(REN=1),当RXD出现由1到0的负跳变时,即被当成是串行发送来的1帧数据的起始位,从而启动1次接收过程。当8位数据接收完,并检测到高电平停止位后,即把收到的8位数据装入SBUF,置位RI,1帧数据的接收过程就完成了。

下面是单片机以方式1在直接传送下的中断接收和发送程序。由于没有使用通信握手,所以通信双方都应做好通信准备。在计算机接收、单片机发送时,由计算机先发送字母“R”,通知单片机计算机已准备好,然后计算机在事件驱动I/O方式下等待接收到字符“Y”;当单片机接收到“R”时,向计算机发送“Y”,表示单片机也已准备好,这样,一旦计算机接收到“Y”就表示双方都已准备好,二者之间就可以进行数据交换了。在计算机发送、单片机接收时,计算机发送1帧数据,单片机响应中断,接收数据。单片机程序的具体实现过程如下:

继续阅读
几种单片机RAM测试故障方法

在各种单片机应用系统中,芯片存储器的正常与否直接关系到该系统的正常工作。为了提高系统的可靠性,对系统的可靠性进行测试是十分必要的。通过测试可以有效地发现并解决因存储器发生故障对系统带来的破坏问题。本文针对性地介绍了几种常用的单片机系统RAM测试方法,并在其基础上提出了一种基于种子和逐位倒转的RAM故障测试方法。

NXP低功耗LPC1000系列突出优势

基于ARM Cortex-M3/M0的恩智浦LPC1000系列,是NXP目前最新的ARM 微控制器产品,其高达100MHz运行速度、紧凑的尺寸、高能效与高性能使它特别适合SoC、ASSP和独立微控制器中的电源管理任务,潜在市场包括电池供电的消费电子设备、高级电子仪表、安检系统、便携式医疗设备、电机控制、智能卡、无线通信等领域。据相关第三方发布的2008年统计报告,中国大陆上述市场规模已超过6亿美元,未来亦有很大增长潜力。 恩智浦最新主推产品 LPC1000系列产品线 图1

资深硬件工程师从五个方面谈产品设计

一个好的硬件工程师实际上就是一个项目经理,你需要从外界交流获取对自己设计的需求,然后汇总,分析成具体的硬件实现。还要跟众多的芯片和方案供应商联系,从中挑选出合适的方案,当原理图完成后,你需要组织同事来进行配合评审和检查,还要和CAD工程师一起工作来完成PCB的设计。与此同时,要准备好BOM清单,开始采购和准备物料,联系加工厂家完成板的贴装。”

单片机到嵌入式之路3:苦逼的CPU

单片机是单核的,所以在做多线程问题的时候,我们要考虑的太多。但是大部分人都会让单片机一直工作,比如while死循环,然后就抱怨单片机太简单了,只能点灯,其它的事情就不行了。

单片机到嵌入式之路2:单片机部分

几乎很多从事控制代码编写的工程师,第一次接触的控制类项目都是单片机,不论是在学校还是工作了。有了单片机基础,学习其他的单片机和嵌入式都相对要容易些。