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如何实现(电脑)PC机与单片机AT89C51的串行通信

发布时间:2019-06-07 07:17 来源:未知 编辑:admin

  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。

  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:

  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:GENERICREADGENERICWRITE;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:

  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:

  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:

  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:

  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。

  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:

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