基于C++Builder的PC機(jī)與單片機(jī)串口通信的實(shí)現(xiàn)

張利利，李曉京，胡文東，李 婭

0 引言

串行口是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要介質(zhì)，所以串行通信在工程中有著廣泛的應(yīng)用。這種通信的實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常要組成上位機(jī)為PC機(jī)而下位機(jī)為單片機(jī)的二級系統(tǒng)， 通過RS232 進(jìn)行通信【1】。筆者結(jié)合某人體重心測試系統(tǒng)，詳細(xì)介紹在C++ Builder中實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)串行通信的方法。

1 串行口通信

串行通信是指數(shù)據(jù)是一位一位按順序傳送的通信方式。它有兩種基本的通信方式：異步通信和同步通信【2】。本系統(tǒng)采用的是異步通信，所以在此只對異步通信做簡要介紹。

1.1 異步串行通信

異步串行通信時(shí)，每個字符作為一個獨(dú)立的信息，可以隨機(jī)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中。為確保異步通信的正確性，必須找到一種方法，使通信雙方在隨機(jī)傳送的字符內(nèi)部實(shí)現(xiàn)同步。這種方法就是在字符格式中設(shè)置起始位和停止位，即在一個字符正式發(fā)送之前先發(fā)一個起始位，該字符結(jié)束時(shí)再發(fā)一個停止位。接收器檢測到起始位便知道字符到達(dá)并開始接收字符，檢測到停止位則知道字符傳輸已結(jié)束。由于這種通信協(xié)議是靠起始位和停止位來實(shí)現(xiàn)字符內(nèi)部同步的，所以有時(shí)也稱為起止式協(xié)議。

1.2 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)相連

普通的單片機(jī)都是通過 RS232C串行口信號線與計(jì)算機(jī)相連。考慮到通信程序之間采用軟件握手以及降低編寫PC與單片機(jī)的程序的復(fù)雜性，PC與單片機(jī)之間的連接只采用了RS232接口中的3根線，即RXD，TXD，GND。因?yàn)橛蒔C出來的是RS232電平，而單片機(jī)是典型的TTL電平，因此在PC與單片機(jī)的連接中必須要有電平轉(zhuǎn)換電路，此處采用的是MAX232電平轉(zhuǎn)換電路。PC數(shù)據(jù)發(fā)送是通過TXD口經(jīng)過一個電平轉(zhuǎn)換電路連接到單片機(jī)的RXD端，而接收數(shù)據(jù)是由RXD經(jīng)過一個電平轉(zhuǎn)換電路連接到單片機(jī)的TXD口，如圖1所示：

圖1 PC機(jī)與單片機(jī)的連接

2 通信的程序設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中，以一個人體重心測控系統(tǒng)為背景，給出單片機(jī)部分和C++ Builder環(huán)境下的通信程序?qū)嵗ㄐ艆f(xié)議采用全雙工異步串行通信方式，通過RS232的RTS信號進(jìn)行收發(fā)轉(zhuǎn)換，傳輸數(shù)據(jù)采用16進(jìn)制數(shù)據(jù)，PC機(jī)與單片機(jī)之間采用主從式通訊。

2.1 通信協(xié)議

串口通訊能有條不紊地進(jìn)行，依賴于串口通訊協(xié)議的制定。串口通訊協(xié)議分為底層通訊協(xié)議和用戶層協(xié)議。底層協(xié)議一般由計(jì)算機(jī)硬件提供商和設(shè)備廠家提供，而用戶層協(xié)議則是指數(shù)據(jù)以何種格式發(fā)送出去，或如何從接收到的某種格式的數(shù)據(jù)中提取需要的數(shù)據(jù)等，本系統(tǒng)采用的用戶層協(xié)議是自主定義的通信協(xié)議【3】，具體如下：

(1)波特率19200bps，1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無奇偶校驗(yàn)。實(shí)際通信中，PC機(jī)和下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，都帶有一個起始字和結(jié)束字，可以增加它的抗干擾性，當(dāng)下位機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)亂了之后，上位機(jī)能立即檢測出來，并將亂了的那塊數(shù)據(jù)包扔掉，重新開始尋找下一個帶有起始字和結(jié)束符的一組完整數(shù)據(jù)，這樣就能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

(2)通信采用主從式，即PC機(jī)主動發(fā)送命令給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)命令進(jìn)行相應(yīng)的動作；所有發(fā)送的數(shù)據(jù)均采用16進(jìn)制數(shù)(注：OxA1即16進(jìn)制數(shù)A1)。PC機(jī)和下位機(jī)都采用定長的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，上位機(jī)和下位機(jī)首先只需判斷起始字是否為通信協(xié)議所規(guī)定的起始字，若是，才進(jìn)行下一步的操作；否則就不用對它進(jìn)行任何操作。這樣就確保了通信的高效性。

(3)通信數(shù)據(jù)幀格式

起始符：1個字節(jié)，標(biāo)識一次發(fā)送的開始，PC機(jī)默認(rèn)的A1，下位機(jī)默認(rèn)的為B1；

命令：3個字節(jié)，區(qū)分不同的操作；

結(jié)束符：1個字節(jié)，標(biāo)識一次發(fā)送的結(jié)束，默認(rèn)的為13；

預(yù)留符：1個字節(jié)，增加程序的可擴(kuò)充性。

本系統(tǒng)的詳細(xì)命令與數(shù)據(jù)格式如下：

握手：上位機(jī)發(fā)送A12000010013

下位機(jī)回復(fù)： B1000000000000000000000013

開始測試：

無剩余能力測試時(shí)上位機(jī)發(fā)送：A12004000113，其中的01表示本次進(jìn)行無剩余能力測試。

有剩余能力測試時(shí)上位機(jī)發(fā)送：A12004000213，其中的02表示本次進(jìn)行有剩余能力的測試。

下位機(jī)根據(jù)第3、4個字節(jié)確定要發(fā)送多少組數(shù)據(jù)給PC機(jī)，根據(jù)第5個字節(jié)確定要采集那些數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)。

結(jié)束測試：上位機(jī)連續(xù)3次發(fā)送命令A(yù)12000000413，其中的04表示結(jié)束本次測試。

2.2 上位機(jī)的通信程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)的通信程序作為整個系統(tǒng)中的主機(jī)，肩負(fù)著系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、指令下達(dá)，同時(shí)提供信息系統(tǒng)管理功能的多重任務(wù)。因此我們選擇具有多任務(wù)的操作方式、良好的用戶界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能的C++ Builder作為上位機(jī)的開發(fā)軟件。在C++ Builder中實(shí)現(xiàn)串口通信的方法有多種，利用MSComm ActiveX控件(它的支持文件：MSComm32.OCX，需注冊) ，可以非常方便地創(chuàng)建串行通信應(yīng)用程序，但其程序執(zhí)行效率不夠高，并且無法應(yīng)用串行通信的一些底層功能。還可利用一種以Microsoft Communications Control(version 6)為基礎(chǔ)的串口類CSerialPort，該串口類將API和ActiveX控件結(jié)合起來，以API編程的靈活性彌補(bǔ)了C++Builder中串口控件的不足。

下面就詳細(xì)介紹如何利用串口通信類CSerialPort來實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的通信。 它的工作流程及在本系統(tǒng)的應(yīng)用如下：

上位機(jī)程序工作流程如下：首先設(shè)置好串口參數(shù)，再開啟串口監(jiān)測工作線程，串口監(jiān)測工作線程監(jiān)測到串口接收到的數(shù)據(jù)、流控制事件或其他串口事件后，就以消息方式通知主程序，激發(fā)消息處理函數(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這是對接收數(shù)據(jù)而言；發(fā)送數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送。

1)首先在應(yīng)用程序的工程中添加該類，同時(shí)要包含該類的定義文件“SerialPort.h”，手工添加#include “SerialPort.h”;

2) 自動搜索PC機(jī)上有效的串行端口。一般的PC機(jī)最多可擴(kuò)展到128個串口，但是最常用的是前面10個串口，所以本系統(tǒng)只搜索前面10個串口號。首先聲明一個指向CSerialPort類的指針CSerialPort *Comm,然后利用InitPort函數(shù)對1-10號串口逐一進(jìn)行初始化。如果初始化成功則為當(dāng)前PC機(jī)上的有效串口，并將該串口號保存在變量中。

3)打開通信端口，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸：

4)關(guān)閉通信端口，釋放系統(tǒng)資源。在完成串行通信操作后，應(yīng)該將串行通信端口的資源歸還給操作系統(tǒng)；

2.3 下位機(jī)的通信程序設(shè)計(jì)

STC系列單片機(jī)具有采集速度快，帶有8路的10位的A／D轉(zhuǎn)換，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。所以本系統(tǒng)采用的單片機(jī)為STC12C5412AD ，振蕩頻率為22.1184MHz，串口工作于方式1，定時(shí)／計(jì)數(shù)器1用作波特率發(fā)生器，PCON 中的SMOD位為0，發(fā)送的波特率為19200。下位機(jī)端通信程序采用C51編程語言在KeilC51環(huán)境下開發(fā)的，通信流程，如圖2所示：

圖2 單片機(jī)通信流程圖

3 結(jié)束語

利用C++ Builder作為軟件開發(fā)平臺，通過API函數(shù)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的串口通信，該系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，已成功應(yīng)用到人體重心測試系統(tǒng)中。本方法實(shí)現(xiàn)簡單，通用性好，只要稍加改動就能應(yīng)用到其他的系統(tǒng)中。

[1]湯勃，徐立偉，饒潤生.基于VB的PC機(jī)與單片機(jī)串行通信程序設(shè)計(jì).[j]武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào).2002年 26卷第4期.534～536.

[2]李朝青.PC機(jī)與單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù).[M]北京航空航天大學(xué)出版社.1999.

[3]黃良沛，黃昕，陽小燕.Delphi環(huán)境中利用MSCOMM實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)的串口通信.[j]計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件.2005年第22卷第4期.125～127.