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在以單片機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，通過(guò)計(jì)算機(jī)中的RS-232接口進(jìn)行計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的命令和數(shù)據(jù)傳送，就可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。由于計(jì)算機(jī)上的RS-232所傳送的距離不超過(guò)30m，所以，在遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳送和控制時(shí)，可以用MAX485的接口轉(zhuǎn)換芯片將RS-232轉(zhuǎn)換成RS-485協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。在發(fā)送和接收端都進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后，RS-485協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)傳送來(lái)說(shuō)是相對(duì)透明的，所以依然可以使用計(jì)算機(jī)中的RS-232進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳送和控制。在最簡(jiǎn)單的RS-232直接傳送通信系統(tǒng)中，只要發(fā)送和接收雙方同時(shí)準(zhǔn)備好，僅用信號(hào)發(fā)送端（TXD），信號(hào)接收端（RXD）和信號(hào)地（GND）3根線即可進(jìn)行通信；若以應(yīng)答方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可使用請(qǐng)求發(fā)送（RTS）、清除發(fā)送（CTS）或數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備（DTR）、數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)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(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些硬件的握手以及數(shù)據(jù)的傳送。在89C51單片機(jī)系統(tǒng)中，分別從P3.0和P3.1引出串口線RXD和TXD通過(guò)專用的電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)的電平，這樣，二者之間就可以通過(guò)RS-232接口進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的傳送。單片機(jī)也可以以直接傳送或應(yīng)答握手的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但由于握手方式占用其他的端口，而單片機(jī)的端口數(shù)量有限，所以，計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的通信常采用直接傳送的方式，本文將重點(diǎn)介紹。
1Windows95下的通信編程
Windows95通信體系提供了1個(gè)改進(jìn)的串行應(yīng)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(shè)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(shù)和操作文件的函數(shù)相同。
通信會(huì)話以調(diào)用CreateFile函數(shù)開(kāi)始，CreateFile函數(shù)為讀訪問(wèn)或?qū)懺L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(shù)的使用如下：
CreateFile（szDevice，fdwAccess，fdwShareMode，lpsa，fdwCreate，fdwAttrsAndFlags，hTemplateFile）
打開(kāi)串口后，在Windows95下可以對(duì)串口進(jìn)行合適的配置。Windows95提供了COMMPROP結(jié)構(gòu)，COMMPROP結(jié)構(gòu)中包含了對(duì)串口允許的設(shè)置，如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位的個(gè)數(shù)以及奇偶校驗(yàn)方法等，如果串口連接到調(diào)制解調(diào)器，COMMPROP結(jié)構(gòu)中還包含調(diào)制解調(diào)器支持的設(shè)置。但COMMPROP結(jié)構(gòu)給出的只是單純的信息，它不能用來(lái)改變串口的設(shè)置。Windows95下串口設(shè)置的改變是通過(guò)改變它的DCB結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，DCB結(jié)構(gòu)中包含了所有串口的設(shè)置，其中包括硬件的握手、流控制等。
Windows95提供GetCommState函數(shù)來(lái)得到當(dāng)前串口的設(shè)置情況，該函數(shù)接收1個(gè)打開(kāi)的端口句柄和1個(gè)指向DCB結(jié)構(gòu)的指針，在DCB結(jié)構(gòu)中返回信息，GetCommState函數(shù)的補(bǔ)充函數(shù)是SetCommState函數(shù)，SetCommState函數(shù)將DCB結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容寫(xiě)向串口設(shè)置，這2個(gè)函數(shù)的調(diào)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(jié)構(gòu)。
Windows95中實(shí)現(xiàn)串口的讀寫(xiě)函數(shù)與文件的讀寫(xiě)函數(shù)相同，讀寫(xiě)函數(shù)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(shù)是打開(kāi)串口的句柄，第2個(gè)參數(shù)是數(shù)據(jù)所使用的緩沖區(qū)，第3個(gè)參數(shù)是要讀取的字節(jié)數(shù)，第4個(gè)參數(shù)是實(shí)際讀取的字節(jié)數(shù)，實(shí)際讀取的字節(jié)數(shù)可能小于要讀取的字節(jié)數(shù)，最后1個(gè)參數(shù)指向1個(gè)覆蓋似的結(jié)構(gòu)，當(dāng)CreateFile中dwAttrsAndFlags參數(shù)設(shè)置為FILEFLAGOVERLAPPED時(shí)，此參數(shù)可以指定1個(gè)OVERLAPPED結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作在后臺(tái)進(jìn)行。
讀寫(xiě)端口可以通過(guò)4種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)：查詢、同步I/O、異步I/O（后臺(tái)I/O）和事件驅(qū)動(dòng)I/O。查詢方式直接、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(jié)數(shù)或超時(shí)時(shí)才返回，這樣很容易長(zhǎng)時(shí)間地阻塞線程；異步I/O可以在后臺(tái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，而在前臺(tái)做其他的事情；事件驅(qū)動(dòng)I/O是由Windows95通知應(yīng)用程序某些事件什么時(shí)候發(fā)生，然后根據(jù)所發(fā)生的事情來(lái)對(duì)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(tǒng)中，可以根據(jù)不同的要求采用不同的技術(shù)。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，由于事件的偶然性和要求傳送的實(shí)時(shí)性，計(jì)算機(jī)常采用事件驅(qū)動(dòng)I/O方式來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。
在事件驅(qū)動(dòng)I/O方式下，Windows95報(bào)告給應(yīng)用程序的事件由函數(shù)GetCommMask返回，改變返回的事件時(shí)，可以使用SetCommMask函數(shù)設(shè)置，這2個(gè)函數(shù)的調(diào)用如下：
GetCommMask（hComm，&dwMask）
SetCommMask（hComm，dwMask）
第1個(gè)參數(shù)是打開(kāi)串口的句柄，第2個(gè)參數(shù)是要等待的1個(gè)或多個(gè)事件的掩碼。在用SetCommMask設(shè)置了有用的事件后，應(yīng)用程序調(diào)用WaitCommEvent函數(shù)來(lái)等待事件的發(fā)生，直到事件發(fā)生，WaitCommEvent函數(shù)返回。WaitCommEvent函數(shù)使用格式如下：
WaitCommEvent（hComm，&dwEvent，&overlapped）
第1個(gè)參數(shù)是打開(kāi)串口的句柄，第2個(gè)參數(shù)是返回的事件，第3個(gè)參數(shù)是指定同步或者異步操作。當(dāng)函數(shù)返回后，可根據(jù)返回的事件掩碼進(jìn)行相應(yīng)的串口操作。
完成通信后，串口應(yīng)該關(guān)閉，否則，它始終處于打開(kāi)狀態(tài)，其他應(yīng)用程序就不能打開(kāi)或使用它。關(guān)閉串口的函數(shù)為：CloseHandle（hComm），其中，hComm為打開(kāi)的串口句柄。
2單片機(jī)下的通信編程
單片機(jī)89C51的串行端口有4種工作方式，通過(guò)編程設(shè)計(jì)，可以使其工作在任一方式，以滿足不同場(chǎng)合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的I/O電路；方式1主要用于雙機(jī)之間或外設(shè)電路的通信；方式2、3除有方式1的功能外，還可用作多機(jī)通信，以構(gòu)成多微機(jī)系統(tǒng)，方式2、3的區(qū)別在于波特率的不同。
單片機(jī)的串行通信的波特率可以程控設(shè)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(jī)的串行端口有2個(gè)控制寄存器，用來(lái)設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送的波特率以及中斷標(biāo)志TI和RI。
單片機(jī)的串行端口有1個(gè)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jī)可以采用循環(huán)方式或中斷方式實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的傳送。在循環(huán)方式下，單片機(jī)循環(huán)對(duì)數(shù)據(jù)寄存器SBUF進(jìn)行讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送；在中斷方式下，對(duì)方式1、2來(lái)說(shuō)，1幀數(shù)據(jù)發(fā)送或接收完后，TI/RI自動(dòng)置1，請(qǐng)求串行中斷，若CPU響應(yīng)中斷，則執(zhí)行串行中斷服務(wù)程序，并把TI/RI清0以再次響應(yīng)中斷。對(duì)在方式2、3下的接收，還要視串口控制寄存器SCON的設(shè)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通信時(shí)做其他的工作。下面重點(diǎn)介紹單片機(jī)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(shù)據(jù)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(duì)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(shù)據(jù)位，最后是停止位，這樣，1幀數(shù)據(jù)發(fā)送完，中斷標(biāo)志TI置位。
在允許接收的條件下（REN＝1），當(dāng)RXD出現(xiàn)由1到0的負(fù)跳變時(shí)，即被當(dāng)成是串行發(fā)送來(lái)的1幀數(shù)據(jù)的起始位，從而啟動(dòng)1次接收過(guò)程。當(dāng)8位數(shù)據(jù)接收完，并檢測(cè)到高電平停止位后，即把收到的8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，置位RI，1幀數(shù)據(jù)的接收過(guò)程就完成了。
下面是單片機(jī)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(yīng)做好通信準(zhǔn)備。在計(jì)算機(jī)接收、單片機(jī)發(fā)送時(shí)，由計(jì)算機(jī)先發(fā)送字母“R”，通知單片機(jī)計(jì)算機(jī)已準(zhǔn)備好，然后計(jì)算機(jī)在事件驅(qū)動(dòng)I/O方式下等待接收到字符“Y”；當(dāng)單片機(jī)接收到“R”時(shí)，向計(jì)算機(jī)發(fā)送“Y”，表示單片機(jī)也已準(zhǔn)備好，這樣，一旦計(jì)算機(jī)接收到“Y”就表示雙方都已準(zhǔn)備好，二者之間就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換了。在計(jì)算機(jī)發(fā)送、單片機(jī)接收時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)送1幀數(shù)據(jù)，單片機(jī)響應(yīng)中斷，接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)程序的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：
3結(jié)束語(yǔ)
串口通信是一種廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的通信方式，由于目前大部分計(jì)算機(jī)都安裝了Windows95操作系統(tǒng)，所以本文具體實(shí)現(xiàn)了在Windows95下利用它的SDK函數(shù)來(lái)與單片機(jī)進(jìn)行串口通信。本文所提出的實(shí)現(xiàn)函數(shù)在所有當(dāng)前流行軟件如VC++、Delphi等中都可實(shí)現(xiàn)。它不僅可以用于近距離的RS-232通信，而且，還可以實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離RS-485通信。在使用該程序的通信系統(tǒng)中，近遠(yuǎn)距離的通信都取得良好的效果。
