基于C語言編程實現(xiàn)串口通訊接口的設(shè)計和應(yīng)用分析

來源：河北工業(yè)大學(xué) 作者：葛磊蛟，毛一之，李歧，高婧嬙

前言

串行通信在通訊領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口已成為計算機(jī)、外設(shè)、交換機(jī)和許多通訊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。雖然近年來隨著USE口的日趨流行，RS232接口串口作為一種傳統(tǒng)的串口通信口有被取代的趨勢。然而由于它具有較高的性價比和傳輸?shù)目煽啃寓蟆Ｔ趥鬏斔俾室蟛皇呛芨叩那闆r下，串口通信仍然具有其自身的優(yōu)勢。同時RS232標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于微型計算機(jī)系統(tǒng)和大型系統(tǒng)中，RS232標(biāo)準(zhǔn)還具有連線簡單、通訊距離長等優(yōu)點，本文將著熏介紹串口通信的連接方式以及利用C語言編程實現(xiàn)串口通訊，最后以實際的工程項目應(yīng)用，驗證了該通訊方式的可靠性。

1 RS232串行接口

1.1 RS232接口簡介

RS232串行接口屬于個人計算機(jī)（PC）及電信應(yīng)用領(lǐng)域中最為成功的串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。它被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)，是目前PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口嗍?，F(xiàn)在的Pc機(jī)一般至少有兩個串行口COMI和COM2.新一代的汁算機(jī)主要以9引腳的D型接頭接出所有的RS232通信信號及控制線（有的計算機(jī)的COM2仍為25引腳）。

1.2 RS232串口引腳說明（見表1）

表1引腳縮寫功能說明

1.3串口連接器的連接方式

串口連接器是兩個串行接口的連接器，RS232串口存在9針和25針兩種形式，根據(jù)連接的針數(shù)，串口通信連接方式主要分為：1）無握手連接方式；2）全握手連接方式；3）循環(huán)握手回送方式。本文開發(fā)的軟件運行在全握手連接方式下，該連接方式如表2所示。

表2全握手連接

2 C語言串口通信軟件實現(xiàn)

2.1測試中的硬件設(shè)備。

2.1.1單機(jī)測試方式

如果單機(jī)僅僅擁有一個RS232串口，可將RS232連接線的第2引腳（RD）與第3引腳（TD）短路，那么由第3引腳的輸出信號就會被發(fā)送到第2引腳而送到同一串行端}1的輸入緩沖區(qū)，即可將數(shù)據(jù)讀入，進(jìn)入測試過程。

如果單機(jī)擁有COMl和COM2口兩個RS232串口，那么請選擇1 3節(jié)表2中的串口連接方式，進(jìn)入測試過程。

2.1.2近距離兩臺設(shè)備通信測試方式

如果要在兩臺PC計算機(jī)之間，一臺嵌入式系統(tǒng)主控機(jī)和一臺PC計算機(jī)之間，或者上位機(jī)和下位機(jī)之間進(jìn)行串口通信，那么請選擇1.3節(jié)表2中的RS232串口方式連接兩臺設(shè)備，進(jìn)入測試過程。

2.1.3遠(yuǎn)距離兩臺通信測試方式

RS232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若不使用Modem，在碼元畸變小于4%的情況下，Dte和DCE通信兩端之間最大傳輸距離為15 m.若距離較遠(yuǎn)，須附加調(diào)制解調(diào)器（Modem）。其連接方式如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)距離串口通信連接方式

2.2 C語言的串口通信軟件實現(xiàn)

2.2.1串口通信軟件流程圖

圖2數(shù)據(jù)通信的流程圖

2.2.2 C語言函數(shù)具體實現(xiàn)串口通信軟件過程

由于I/O串行通信口的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CPU的速度，在查詢工作方式時，CPU長時間處于等待狀態(tài)，其效率非常低，不利于CPU的資源利用。解決這一矛盾的有效辦法是采取中斷的通信方式，即當(dāng)通信口自身準(zhǔn)備就緒時，主動提出中斷申請，一旦CPU響應(yīng)此申請，便暫停執(zhí)行的工作，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)子程序，與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，數(shù)據(jù)交換完成后返回到主程序中的斷點繼續(xù)執(zhí)行未完成的任務(wù)，這樣就避免了CPU資源的浪費㈨。

為此必須對異步通信適配器以及中斷控制器進(jìn)行控制。作為系統(tǒng)的外設(shè)，異步通信適配器和中斷控制器都有其對應(yīng)的I/O口地址，所以本文采用C語言函數(shù)庫中的尋址函數(shù)outportb（）和函數(shù)inportb（）對上述芯片進(jìn)行直接讀寫操作。其控制包括對中斷控制器地址的編程，允許IRQ3，IRQ4中斷，同時置MODEM控制寄存器地址為有效，這樣即可實現(xiàn)中斷方式的通信。根據(jù)圖2的串口通信流程圖，其具體實現(xiàn)串口通信的過程如下：

1）初始化串口函數(shù)。

參數(shù)說明：

ComPortAddr 串口端口地址（coMl口是03F8H COM2口是02F8H）

IntVectNum 中斷處理號（一般選擇0X0b）

Baud 波特率

Data 數(shù)據(jù)位

STop 停止位

Parity 奇偶校驗位

void Init-COM（int ComPortAddr，unsigned char IntVectNum，im Baud，unsigned char Data，unsigned char Stop，unsigned char Parity）

{

unsigned char High，Low;

int f.

comportaddr=ComPortAddr;

intvectnum=IntVectNum;

CharslnBuf=0;Circln=0;CircOut=0;

/*set baud rate設(shè)置波特率*/

f=（Baud/100）：

f=1152/t;High=f/256;

Low=f-High*256;

outportb（ComPortAddr+3，0x80）；

outportb（ComPortAddr，LOW）；

outportb（ComPortAddr+l，High）；

/*set data bits，stop bits，and parity設(shè)置數(shù)據(jù)位。停止位。校驗*/

Data=（Data-5）|（（Stop-1）*4）；

if（Parity=2）Data=Data|0x18;

else if（Parity==1）Data=Data|0x8;

outportb（ComPortAddr+3，Data）；

/*set MCR（DTR，RTS=0，OUTl，OUT2=1）設(shè)置MODEM控制位*/

outportb（ComPortAddr+4，0xob）；

/*set input data ready interrupt mode設(shè)置輸入數(shù)據(jù)中斷模式*/

outportb（ComPortAddr+1，Ox01）；

/*set OC interrupt vector設(shè)置中斷源*/

disable （）；

OldAsyncInt=getvect（IntVectNum）；

setvect（ImVectNum，AsyncInt）；

enable （）；

/*open interrupt打開中斷*/

maskb=inp（Port8259+1）；

if（IntVectNum一0x0c）outport（Port8259+1，maskb&Oxef）；/*INT4*/

else outport（Port8259+1，maskb&0xf7）；/*INT3*/

}

2）握手信號控制。

該函數(shù)引入遞歸調(diào)用的方式，很好的解決了以往串口通信過程中，在握手信號方面選擇發(fā)送指定特定字符（例如“樣”）所帶來的誤傳送問題，大大提高了串口通信的成功率。

void wait（char ch）

{

if（ReceiveChar（COM232）==ch）return;//確定對方已經(jīng)成功接受或者發(fā)送，就返回空

else

{

SendChar（ch）；//把接受或者發(fā)送出去的字符重新發(fā)送；

wait（ch）； //遞歸調(diào)用，直到對方確定接受或者發(fā)送成功為止；

）

）

3）向串行口發(fā)送一個字符

該函數(shù)的思想是先申請占有中斷，后進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)通信；

int SendChar（unsigned char Char）

{

do

{

printf（“send waiting》》》》》》》》》\n”）：

//在屏幕上提示用戶正在等待中斷進(jìn)行。

}while（（inportb（comportaddr+5）&0x20）==O）；//檢查發(fā)送端數(shù)據(jù)線是否準(zhǔn)備好

outportb（comportaddr，Char://發(fā)送數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)

return（Char）；//返回發(fā)送完成的字符

}

4）從串行口接受一個字符

該函數(shù)的思想是先取得中斷控制，后面進(jìn)行接收數(shù)據(jù)通信；

int ReceiveChar（int port）

{

do{

printf（“receive waiting》》》》》》》》\n”）；

∥在屏幕上提示用戶正在等待中斷進(jìn)行。

}

while（（inportb（eomportaddr+5）&0x01）==0）；//檢查接收端數(shù)據(jù)線是否準(zhǔn)備好

return（inportb（pONt）；//從接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)

}

3 實例

在企業(yè)產(chǎn)品測試平臺和嵌入式控制系統(tǒng)之間，約定通信雙方的協(xié)議相同，首先嵌入式EMB主控機(jī)通過串El把控制消息發(fā)送給產(chǎn)品測試平臺，讓產(chǎn)品測試平臺根據(jù)發(fā)送來的指令進(jìn)行相關(guān)操作：同時在產(chǎn)品測試平臺上的測試結(jié)果信息，測試每個單項目的相關(guān)信息也通過串口傳輸數(shù)據(jù)到嵌入式EMB主控機(jī)；嵌入式EMB主控機(jī)把測試相關(guān)的有效信息進(jìn)行整理后，通過網(wǎng)絡(luò)上傳到Server，Server把企業(yè)所有生產(chǎn)線的嵌入式EMB主控機(jī)發(fā)送來的信息進(jìn)行整理和分析，在企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP上共享，讓企業(yè)的高級管理人員實時監(jiān)視企業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)行情況，大大提高企業(yè)的辦公效率，其整體工作原理圖如圖3所示。

圖3企業(yè)生產(chǎn)整體工作原理圖

4結(jié)論

本文所闡述的RS232串口通信軟件，在具體實踐中結(jié)合功能需要，綜合考慮復(fù)雜程度、靈活性等因素，選擇了合適的方法，實現(xiàn)了串口通信過程，同時在產(chǎn)品測試平臺和嵌入式控制系統(tǒng)之間，該軟件得到了充分的應(yīng)用，有效地提升了企業(yè)的生產(chǎn)工作效率。

責(zé)任編輯：gt