介绍了MCS251单片机和PC机间的串口通信原理与通信协议

随着计算机技术的快速发展和广泛应用，上位机和下位机的主从工作方式为工业控制及自动控制系统所采用。由于PC机分析能力强、处理速度更快及单片机使用灵活方便等特点，所以一般都将PC机作为上位机，单片机作为下位机，二者通过RS2232或者RS2485接收、发送数据和传送指令。单片机可单独处理数据和控制任务，同时也将数据传送给PC机，由PC机对这些数据进行处理或显示。

本文介绍PC机和单片机通信在一种基于C8051F单片机的波形发生器中的应用，在上位机上显示正弦波的幅值和频率，由上位机发送指令可以改变波形幅度及频率。

1 硬件电路的设计

MCS251 单片机有一个全双工的串行通讯口UART,利用其RXD和TXD与外界进行通信，其内部有2 个物理上完全独立的接收、发送缓冲器SBUF,可同时发送和接收数据。所以单片机和PC机之间可以方便地进行串口通讯。单片机串口有3条引线： TXD （发送数据） 、RXD （接收数据）和GND（信号地） .因此在通信距离较短时可采用零MO2DEM方式，简单三连线结构。IBM2PC机有两个标准的RS2232串行口，其电平采用的是E IA电平，而MCS251单片机的串行通信是由TXD （发送数据）和RXD （接收数据）来进行全双工通信的，它们的电平是TTL电平；为了PC机与MCS251机之间能可靠地进行串行通信，需要用电平转换芯片，我们采用了MAXIM公司生产的专用芯片MAX232 进行转换。

电路如图1所示。

图1 转换芯片电路

2 系统软件设计

软件设计分上位机软件设计和下位机软件设计。这两部分虽然在不同的机器上编写和运行，但它们要做的工作是对应的：一个发送，另一个接收。

为了保证数据通信的可靠性，要制定通信协议，然后各自根据协议分别编制程序。现约定通信协议如下： PC机和单片机都可以发送和接收。上位机和下位机均采用查询方式发送控字符和数据、中断方式接收控制字符和数据。采用RS2232串口异步通信，1位起始位， 8位数据位， 1位停止位，无奇偶校验，波特率9 600 b / s.每次PC机向单片机发送数据时，先发送握手信号"FF",下位单片机收到握手信号则发送应答信号"EE"至PC机，上位PC机收到应答信号后即发送数据。同样，当单片机要向PC机发送数据时，也先向PC机发联络信号"EB90",PC机收到联络信号后发应答信号"EBOO",单片机收到应答信号后则发送数据。

2.1 上位机通信程序设计

PC机的串口都采用的是INS8250芯片。PC机中有2个异步通信口，一个是COM1,其端口地址范围是3F8H-3 FFH,另一个是COM2,其端口地址是2F8H-2FFH.其与MODEM配合可以实现远距离通信。其波特率是标准波特率（50-9 600） b / s。

8250内部有10个寄存器端口，其中有一个除数锁存器，可以通过编程除数的大小来确定异步通信的波特率。8250使用的频率是2 MHz的基准时钟输入信号，所以必须用分频的方法产生所需要的波特率（移位脉冲） .除数锁存器的值必须在8250初始化时设置， 即把通信线路控制器的最高位（DLAB）置1,然后分两次把除数锁存器的高8位和低8位分别写入端口地址3F8H和3F9H （COM1） ,8250传送或接收串行数据时使用的时钟信号的频率是数据传输波特率的16 倍，即波特率= 16 ×除数/1 843 200.

在Windows平台上的串行通信多使用其提供的AP I函数来实现，这种方法使用起来需要许多底层设置，因而较为繁琐，并且难以理解。Microsoft推出的ActiveX技术提供了另外一种实现串行通信的方法。这种方法不仅相对较为简单，而且非常实用。

尤其是Visual C + +这种可视化面向对象的编程环境中，可以真正把串口看作一个对象，编程时只需简单的设置，理解起来也很容易。本文上位机通信程序使用VC + +提供的串行通信控件MSComm （Mi2crosoft Communication Control） ,主要步骤如下：打开VC + + 610集成开发环境，选择菜单项File /New,在出现的对话框中选中Projects标签中的MFC App2Wizard （ exe） ,生成一个基于对话框的应用程序。选择菜单项Project/Add to p roject/Components andControls?,在弹出的对话框中选择Registered Ac2tiveX Controls文件夹下的Microsoft CommunicationsControl, 选择Registered ActiveX Controls 来注册MSComm,将该控件从工具箱中拉到对话框中即可实现控件的插入。选择ClassWizard为新创建的通信控件加入一个成员变量，将其命名为m_commute.

通过该成员变量便可以对串口属性进行设置。以下是通过设置控件属性对串口进行初始化：

BOOL CMyCOMMDlg: : OnlnitDialog（ ）

{

CDialog: : OnlnitDialog（ ） ;

/ /此处为应用框架自动生成代码

m_commute. SetCommPort（1） ; / /使用串口1

m_commute. SetSettings（"9600,N, 8, 1"） ; / /波特率为9600,无奇偶校验， 8位数据位， 1位停止位

m_commute. SetRThreshold （10） ; / /每接收10个字符就触发1次接收事件

m_commute. SetSThreshold （0） ; / /不触发发送事件

m_commute. SetInputLen （10） ; / /每次读操作从缓冲区中取10个字符

m_commute. SetInputMode （1） ; / /二进制数据传输形式

m_commute. SetPortOpen （ TRUE） ; / /打开串口

return TRUE; / /返回

}

事件驱动是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。OnComm 事件的CommEvent属性可以捕捉并检查通信事件和错误。发生通信事件或错误时，将触发OnComm 事件， CommEvent属性的值将被改变，应用程序检查CommEvent属性值并作出相应的反应。双击对话框中CMSComm控件，添加OnComm事件的代码：

if （m_commute. GetCommEvent（ ） = = 2） / /判断comEvReceive事件发生否

{

shortm_size =m_commute. GetinBufferCount（ ） ;

if （m_size = = 11） / /缓冲区为11个字符为满

{

m_commute. SetInputLen （L） ; / /读取接收到的数据

VAR IANT vRep ly =m_commute. GetInput （ ） ; / /处理接收到的数据

}

}

2.2 下位机通信程序设计

在上位机与多片单片机通信中，要保证主机与从机间可靠的通信，必须保证通信接口具有识别功能。而单片机串行口控制寄存器SCON中的控制位SM2就是为了满足这一要求而设置的。且SM2控制位只在MCS51单片机的串行工作方式2与方式3才起作用。在串行口以方式2或方式3接收时，若SM2 =1,表示置多机通信功能位，这时出现两种可能情况：接收到第9位数据为1时，数据才装入SBUF,并置R I = 1向CPU发出中断请求；如果接收到第9位数据为0时，则不发生中断，信息被掉失。若SM2=0,则接收到的第9位数据无论是0还是1都产生R I =1中断标志，接收到的数据装入SBUF中。根据上述情况MCS - 51多机通信过程安排如下：

（1）开始时设所有的从机SM2位为1 ,处于只接收地址帧的状态（串行帧的第9位为1 ） ,对数据帧（串行口的第9位为0）则不做响应。

（2）当从机接收到主机发来的地址帧后，将所接收的地址与本机地址相比较，若地址与本机地址相符，便使SM2清零以接收主机随后发来的数据，对于地址不相符合的从机，仍保持SM2 = 1状态，故不能接收主机随后发来的数据信息。

（3）当主机改为与另外从机联系时，可再发出地址帧来寻找其它从机。而先前被寻址过的从机在分析出主机是对其它从机寻址时，恢复其SM2 = 1,等待主机的再一次寻址。

（4）从机要呼叫主机时，可先发送握手信号，主机检测到有从机呼叫后，发出应答信号，从机接收到主机应答后，便可发送数据给主机。主机通过该信号来判断从机所处的状态，从而作出相应的反应。

设计单片机通信程序时，必须充分发挥单片机的效率。由于单片机多应用于实时性较强的控制场合，因此，应将及时响应和控制对象的动作放在优先考虑的位置，以尽量减少通信等辅助性操作所占用的CPU时间。基于上述考虑，笔者在设计单片机通信程序时，将通信程序分为接收中断处理程序、发送中断处理程序和通信处理程序3部分，并将这3部分程序巧妙地进行组合，从而构成整个单片机的通信程序。图2给出了接收中断处理子程序，图3给出了发送中断子程序。

图2 接收中断处理程序

图3 发送中断处理程序

3 结束语

本文给出了上位PC机与下位单片机之间进行异步串行通信的解决方案，上位机通过友好的用户界面，可给下位机发送控制指令。此方案在实际运行过程中，运行稳定，效果良好，从而较好地解决了上位机与下位机之间的通信问题。