PC機(jī)與單片機(jī)的通訊設(shè)計(jì)

　　大多數(shù)的電腦設(shè)備都具有RS-232C接口，盡管它的性能指標(biāo)并非很好。在廣泛的市場支持下依然常勝不衰。就使用而言，RS-232也確實(shí)有其優(yōu)勢：僅需3根線便可在兩個數(shù)字設(shè)備之間全雙工的傳送數(shù)據(jù)。不過，RS-232C的控制要比使用并行通訊的打印機(jī)接口更難于控制。RS-232C使用了遠(yuǎn)較并行口更多的寄存器。這些寄存器用來實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的傳送及RS-232C設(shè)備之間的握手與流量控制。本文將分別描述 PC機(jī)及單片機(jī)MCS-51 的串行通訊的原理及具體的軟件設(shè)計(jì)。

• RS-232C介紹與PC硬件

• 使用查詢方法的串行通訊程序設(shè)計(jì)

• 使用中斷的串行通訊程序設(shè)計(jì)

• MCS-51串行通訊

• 關(guān)于RS485

（1） RS-232C介紹與PC硬件:

　　RS-232C使用-3到-25V表示數(shù)字“1”，使用3V到25V表示數(shù)字“0”，RS-232C在空閑時處于邏輯“1”狀態(tài)，在開始傳送時，首先產(chǎn)生一起始位，起始位為一個寬度的邏輯“0”，緊隨其后為所要傳送的數(shù)據(jù)，所要傳送的數(shù)據(jù)有最低位開始依此送出，并以一個結(jié)束位標(biāo)志該字節(jié)傳送結(jié)束，結(jié)束位為一個寬度的邏輯“1”狀態(tài)。

　　PC機(jī)一般使用8250或16550作為串行通訊的控制器，使用9針或25針的接插件將串行口的信號送出。該插座的信號定義如下：

　　以上信號在通訊過程之中可能會被全部或部分使用，最簡單的通訊僅需TXD及RXD及SG即可完成，其他的握手信號可以做適當(dāng)處理或直接懸空，至于是否可以懸空這視乎你的通訊軟件。比如說，如果使用DOS所提供的BIOS通訊驅(qū)動程序，那么，這些握手信號則需要做如下處理，因?yàn)锽IOS的通訊驅(qū)動使用了這些信號。如果使用自己編寫的串行驅(qū)動程序則可以完全不使用這些握手信號（詳見下面有關(guān)章節(jié)）。

　　PC機(jī)一般使用8250或16550的作為串行通訊控制器，8250及16550的管腳排列如下：

　　8250（16550）的寄存器如下表所示：

　　PC機(jī)支持1-4個串行口，即COM1-COM4，其基地址在BIOS數(shù)據(jù)區(qū)0000：0400-0000：0406中描述，對應(yīng)地址分別為3F8/2F8/3E8/2E8，COM1及COM3使用PC機(jī)中斷4，COM2及COM4使用中斷3。

　　在上表中，8250共有12個寄存器，使用了8個地址，其中部分寄存器共用一個地址，由DLAB=0/1來區(qū)分，在DLAB=1用于設(shè)定通訊所需的波特率。常用的波特率參數(shù)見下表：

　　以下幾個表格為8250的寄存器的功能描述：

　　中斷允許寄存器（IER）：

　　Bit0置1將允許接收到數(shù)據(jù)時產(chǎn)生中斷，Bit1置1時允許發(fā)送保持寄存器空時產(chǎn)生中斷，Bit2置1將在LSR變化時產(chǎn)生中斷，相應(yīng)的Bit3置位將在MSR變化時產(chǎn)生中斷。

　　中斷識別寄存器（IIR）：

　　IIR為只讀寄存器，Bit6:7用來指示FIFO的狀態(tài)，均為0時則無FIFO，此時為8250或16450芯片，為01時有FIFO但不可以使用，為11時FIFO有效并可以正常工作。Bit3用來指示超時中斷（16550/16750）。

　　Bit0用來指示是否有中斷發(fā)生，Bit1:2標(biāo)識具體的中斷類型，這些中斷具有不同的優(yōu)先級別，其中LSR中斷級別最高，其次是數(shù)據(jù)就緒中斷，然后是發(fā)送寄存器空中斷，而MSR中斷級別最低。

　　FIFO控制寄存器（FCR）：

　　FCR可寫但不可以讀，該寄存器用來控制16550或16750的FIFO寄存器。Bit0置1將允許發(fā)送/接收的FIFO工作，Bit1和Bit2置1分別用來清除接收及發(fā)送FIFO。清除接收及發(fā)送FIFO并不影響移位寄存器。Bit1:2可自行復(fù)位，因此無需使用軟件對其清零。Bit6:7用來設(shè)定產(chǎn)生中斷的級別，發(fā)送/接收中斷將在發(fā)送/接收到對應(yīng)字節(jié)數(shù)時產(chǎn)生。

　　線路控制寄存器（LCR）：

　　LCR用來設(shè)定通訊所需的一些基本參數(shù)。Bit7為1指定波特率因子寄存器有效，為0則指定發(fā)送/接收及IER有效。Bit6置1會將發(fā)送端置為0，這將會使接收端產(chǎn)生一個“間斷”。Bit3-5用來設(shè)定是否使用奇偶校驗(yàn)以及奇偶校驗(yàn)的類型，Bit3=1時使用校驗(yàn)，Bit4為0則為奇校驗(yàn)，1為偶校驗(yàn)，而Bit5則強(qiáng)制校驗(yàn)為1或0，并由Bit4決定具體為0或1。Bit2用來設(shè)定停止位的長度，0表示1位停止位，為1則根據(jù)數(shù)據(jù)長度的不同使用1.5-2位停止位。Bit0:1用來設(shè)定數(shù)據(jù)長度。

　　MODEM控制寄存器（MCR）：

　　MCR寄存器可讀可寫，Bit4=1進(jìn)入環(huán)路測試模式。Bit3-0用來控制對應(yīng)的管腳。

　　線路狀態(tài)寄存器（LSR）：

　　LSR為只讀寄存器，當(dāng)發(fā)生錯誤時Bit7為1，Bit6為1時標(biāo)示發(fā)送保持及發(fā)送移位寄存器均空，Bit5為1時標(biāo)示僅發(fā)送保持寄存器空，此時，可以由軟件發(fā)送下一數(shù)據(jù)。當(dāng)線路狀態(tài)為0時Bit4置位為1，幀格式錯時Bit3置位為1，奇偶錯和超越錯分別將Bit2及Bit1置位為1。Bit0置位為1表示接收數(shù)據(jù)就緒。

　　MODEM狀態(tài)寄存器（MSR）：

　　MSR寄存器的高4位分別對應(yīng)MODEM的狀態(tài)線，低4位表示MODEM的狀態(tài)線是否發(fā)生了變化。

　　以上我們詳細(xì)介紹了PC機(jī)的串行通訊硬件環(huán)境，以下將分別給出使用查詢及中斷驅(qū)動的方法編寫的串行口驅(qū)動程序。這些程序僅使用RXD/TXD，無需硬件握手信號。

（2） 使用查詢方法的串行通訊程序設(shè)計(jì)：　

polling.c

#include
#include
#include
#define PortBase 0x2F8

void com_putch(unsigned char);
int com_chkch(void);

main()
{
int c;
unsigned char ch;

outportb(PortBase + 1 , 0); /* Turn off interrupts - Port1 */

/* Set COM1: 9600,8,N,1*/
outportb(PortBase + 3 , 0x80);
outportb(PortBase + 0 , 0x0C);
outportb(PortBase + 1 , 0x00);
outportb(PortBase + 3 , 0x03);

clrscr();

while(1) {

c = com_chkch();
if(c!=-1) {
c &= 0xff; putch(c);
if(c==' ') putch(' ');
}

if(kbhit()) {
ch = getch(); com_putch(ch);
}
}

}


void com_putch(unsigned char ch) {
unsigned char status;

while(1) {
status = inportb(PortBase+5);
if(status&0x01) inportb(PortBase+0); else break;
}

outportb(PortBase,ch);
}

int com_chkch(void) {
unsigned char status;

status = inportb(PortBase+5);
status &= 0x01;
if(status) return((int)inportb(PortBase+0)); else return(-1);

}

使用查詢方式的通訊程序適合9600bps以下的應(yīng)用。

（3） 使用中斷的串行通訊程序設(shè)計(jì)：

　　該程序由兩部分組成，serial.c及sercom.c，sercom.c為通訊的底層驅(qū)動，使用中斷的串行通訊程序可以工作到115.2Kbps.

serial.c

#include
#include
#include
#include
#include
#include "sercom.c"

COM *c;

main()
{
unsigned char ch;

c = ser_init( PORT_B,BAUD_9600,_COM_CHR8,_COM_NOPARITY,4096,4096 );

while(1) {

if( serhit(c)) {
ch = getser(c);
putchar(ch);
}

if(kbhit()) {
ch = getch();
putser(ch,c);
}

}
}

llio.c

#include
#include
#include
#include

#define CR 0x0d
#define TRUE 0xff
#define FALSE 0

#define PORT_A 0 /* COM1 */
#define PORT_B 1 /* COM2 */
#define BAUD_9600 _COM_9600
#define BAUD_4800 _COM_4800
#define BAUD_2400 _COM_2400
#define BAUD_1200 _COM_1200
#define BAUD_600 _COM_600
#define BAUD_300 _COM_300
#define BAUD_110 _COM_110


typedef struct {
char ready; /* TRUE when ready */
unsigned com_base; /* 8250 Base Address */
char irq_mask; /* IRQ Enable Mask */
char irq_eoi; /* EOI reply for this port */
char int_number; /* Interrupt # used */
void (_interrupt _far *old)( void ); /* Old Interrupt */

/* Buffers for I/O */

char *in_buf; /* Input buffer */
int in_tail; /* Input buffer TAIL ptr */
int in_head; /* Input buffer HEAD ptr */
int in_size; /* Input buffer size */
int in_crcnt; /* Input count */
char in_mt; /* Input buffer FLAG */

char *out_buf; /* Output buffer */
int out_tail; /* Output buffer TAIL ptr */
int out_head; /* Output buffer HEAD ptr */
int out_size; /* Output buffer size */
char out_full; /* Output buffer FLAG */
char out_mt; /* Output buffer MT */
} COM;


COM *ser_init( int port,int baud,int bit,int parity,int isize,int osize );
void ser_close( COM *c );


int getsers( COM *c,int len,char *str );
int putsers( char *str, COM *c );
char serline( COM *c );
int getser( COM *c );
char serhit(COM *c);
char putser(char outch,COM *c);
void cntl_rts(int flag,COM *c);
void cntl_dtr(int flag,COM *c);
void clean_ser( COM *c );


#define COM1_BASE 0x03F8
#define COM1_IRQ_MASK 0xEF /*11101111B IRQ 4 For COM1 */
#define COM1_IRQ_EOI 0x64 /* IRQ 4 Spec EOI */
#define COM1_INT_NUM 0x0C /* Int # for IRQ4 */

#define COM2_BASE 0x02F8
#define COM2_IRQ_MASK 0xF7 /*11110111B IRQ 3 For COM2 */
#define COM2_IRQ_EOI 0x63 /* IRQ 3 Spec EOI */
#define COM2_INT_NUM 0x0B /* Int # for IRQ3 */

/* 8250 ACE register defs */

#define THR 0 /* Offset to Xmit hld reg (write) */
#define RBR 0 /* Receiver holding buffer (read) */
#define IER 1 /* Interrupt enable register */
#define IIR 2 /* Interrupt identification reg */
#define LCR 3 /* Line control register */
#define MCR 4 /* Modem control register */
#define LSR 5 /* Line status register */
#define MSR 6 /* Modem status register */

#define SREG(x) ((unsigned)((unsigned)x + c->com_base))

/* 8259 Int controller registers */

#define INTC_MASK 0x21 /* Interrupt controller MASK reg */
#define INTC_EOI 0x20 /* Interrupt controller EOI reg */


#define MAX_PORTS 2 /* # I/O ports (DOS limit) */
static int count = 0;
static COM com_list[MAX_PORTS]; /* I/O data structure */

static COM *com1; /* Pointers for interrupt actions */
static COM *com2;
static COM *com_xfer; /* Transfer interrupt data structure */

COM *ser_init0(int port,char *ibuf,int isize, char *obuf,int osize);
void ser_close0( COM *c );


void (_interrupt _far int_ser1)( void ); /* Int rtn for serial I/O COM 1 */
void (_interrupt _far int_ser2)( void ); /* Int rtn for serial I/O COM 2 */
void (_interrupt _far int_ser_sup)( void ); /* Support int actions */

COM *ser_init( int port,int baud,int bit,int parity,int isize,int osize )
{
unsigned status;
char ch;
COM *c;
char *in_buf,*out_buf;

status = _bios_serialcom(_COM_INIT,port,(bit | parity | _COM_STOP2| baud ));


in_buf = malloc( isize );
if( in_buf == NULL ) return( NULL );

out_buf = malloc( osize );
if( out_buf == NULL ) return( NULL );

c = ser_init0(port,in_buf,isize,out_buf,osize );

clean_ser(c);

return( c );
}


void ser_close(COM *c)
{
int i;


if( !c->ready ) return;

ser_close0(c);

free( c->in_buf );
free( c->out_buf );

}


char serline( COM *c )
{

if( !c->ready ) return(FALSE);

if( c->in_crcnt > 0 ) return( TRUE );
else return( FALSE );
}

int getsers( COM *c,int len,char *str )
{
char ch;
int i;

i = 0;
while( iwhile( !serhit(c) ) {
if(kbhit()) return( -1 );
}

ch = 0x7f & getser(c);
switch( ch ) {

case 0x0d: str[i++] = '