基于MAX232实现PC机与CPU通信 - 全文

　　随着单片微型计算机技术的发展，人们经常采用单片机对自动化系统的参数（如温度、压力和速度等）进行检测和控制。单片机之所以被广泛使用，是因为它具有灵活快速的控制能力，而PC机则具有强大的管理和监控功能；因此，PC机与外部设备进行串行通信在许多测控系统中得到广泛应用。鉴于此，利用MAX芯片制作串行接口实现PC机与单片机之间的信息交换方法具有十分重要的意义。

　　1、硬件电路的制作

　　1.1、串行通信

　　串行通信是指用1条数据线，将数据依次传输，每一位数据占据1个固定的时间长度。串行通信只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适合在计算机与计算机、计算机与外设之间进行通信，具有使用线路少和成本低的优点，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致。串行通信可以分为2种方式：同步串行通信和异步串行通信。同步串行通信一般用在传输速度较快的场合，但对硬件的要求也相对较高；而异步串行通信常用在传输速率50～115200B／S，对硬件的要求相对较低，是应用最为广泛的串行通信方式。异步通信在传输数据时是逐帧传输的，而每一帧的数据格式分为四部分：1位起始位，5～8位的数据位，1位奇偶校验位和1、1．5或2位停止位。当然，在数据传输过程中，收发双方要约定好数据格式以及数据的传输速率（波特率）。

　　1．2、MAX232芯片

　　MAX232芯片是美信公司专门为RS－232标准串口设计的接口电路，使用5V电源供电。内部结构基本可分为下述3个部分。

　　1）电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生＋12V和－12V2个电源，提供给RS－232串口电平的需要。

　　2）数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成2个数据通道。13脚（R1ｉｎ）、12脚（R1OUT）、11脚（T1ｉｎ）和14脚（T1OUT）为第1数据通道。8脚（R2ｉｎ）、9脚（R2OUT）、10脚（T2ｉｎ）和7脚（T2OUT）为第2数据通道。

　　TTL／CMOS数据从T1ｉｎ、T2ｉｎ输入，转换成RS－232数据，从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS－232数据从R1ｉｎ、R2ｉｎ输入，转换成TTL／CMOS数据后，从R1OUT、R2OUT输出。

　　3）电源部分。由15脚ＧＮD和16脚VCC（＋5V）构成。

　　1．3、RS－232C标准

　　RS－232C总线标准设有25条信号线，包括1个主通道和1个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如1条发送线、1条接收线及1条地线。RS－232C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400和115200B／S。

　　1．4、串行接口电路

　　利用MAX232芯片制作的硬件接口电路，该电路不需要驱动芯片，因为MAX232本身就具有驱动能力，所以不必再外加驱动电路。接口电路如图1所示。

　　

　　图1  RS－232接口电路

　　MAX232芯片有2路数据通道，本文只用1路接受／发射让PC机与单片机进行数据通信。单片机的TD（发射）与MCU＿TＸD1连接，单片机的RD（接收）与MCU＿TＸD1连接；PC机的接收与T1OUT相连，发射与R1ｉｎ相连，接口J1与芯片MAX232的连接。J1口通过连接线与PC机的RS－232串口相连。一般情况下，这样的连接方式即可满足普通通信的要求。

　　1．5、RS－232交叉串口线

　　通常进行串口数据通信，需要使用到RS－232交叉串口线，如图2所示，其中2脚和3脚是交叉互联的，这很容易理解，因为一个设备的发送线必须连接到另外一台设备的接收线上，反之亦然。另外，232信号的有效通信距离是15M。

　　

　　图2  RS－232交叉串口线的内部连线

　　2、通信协议的制定

　　通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，还有串行通信最重要的参数：比特率、数据位、奇偶校验位和停止位。对于2个进行通信的实体，这些参数必须相匹配，从而确保数据顺利地传送到确定的地方。通信协议如下：1）串行通信的波特率设为15200B／S；2）帧格式为1位起始位，8位数据位，2位停止位；3）无奇偶校验位；4）PC机采用COM1口进行通信。

　　3、PC机与单片机的通信过程

　　PC机与单片机通信之前，首先要做的就是搭建硬件电路，即PC机通过COM1与上面设计的接口电路收／发口相连，接口电路的发／收口与单片机［4］的串行口相连，它们之间的连接是通过RS－232串口交叉线相连。现在单片机地址为1006里面存放的数据为04，可以通过编写相应程序将单片机地址1006里面的数据读取。最后通过串口将它们读到PC机上。读取结果如图3所示。

　　

　　图3 调试助手显示串口数据

　　为了验证PC机上显示数据的正确性，再通过示波器将串口波形（见图4）输出，然后对波形进行分析。波形的周期是88US，即每传输1帧数据用时88US。由通信协议可知，1帧数据由1位起始位、8位数据位、2位停止位共11位组成，每位用时约8S。进一步对波形进行分析，第1位起始位为低电平，随后是数据位，其数据值为01111111，即十六进制7F，数据位的第1位是0，为低电平；另外7位数据位是1，为高电平，最后2位是停止位，为高电平。其中，数据位与PC机接收数据7F相同，因此读取的数据正确。

　　

　　图4  示波器显示串口数据波形

　　4、结语

　　串行通信方式使用线路少、成本低和适合远程传输，大多数RS－232C技术规范的目标在于提供必要的电压电平以驱动损耗较大的线路，如MC1488和MC1489组成RS－232接口，则需要±12V和＋5V电源供电，以实现TTL和CMOS逻辑转换匹配。而MAX232芯片不仅可以实现RS－232C的技术指标，而且芯片的供电电源只需要＋5V，这样不仅使串行通信的性能更加可靠，而且价格低廉。该通信接口电路已经在带有串口的模块、芯片和外围设备等通信系统中得到了广泛的应用，而且优点非常突出。