基于MAX232實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與CPU通信

梁天太，周英杰，張　澤，劉慧慧

(1.北京石油化工學(xué)院 機(jī)械工程系，北京 102617；2.北京化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，北京 100029；3.北京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，北京 100124)

基于MAX232實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與CPU通信

梁天太1，周英杰2，張澤3，劉慧慧1

(1.北京石油化工學(xué)院 機(jī)械工程系，北京 102617；2.北京化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，北京 100029；3.北京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，北京 100124)

摘要：介紹了串行通信和MAX232芯片的應(yīng)用，并采用MAX232芯片制作串行接口電路，利用該電路把CPU數(shù)據(jù)讀取到PC機(jī)上。在此之前，收發(fā)雙方應(yīng)按照約定的通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)定，以便確保單片機(jī)與PC機(jī)能正確的進(jìn)行通信。在PC機(jī)上利用設(shè)置好的串行調(diào)試助手將讀取的數(shù)據(jù)直觀地顯示出來。為進(jìn)一步保證讀取數(shù)據(jù)的正確性，通過示波器將串口數(shù)據(jù)波形顯示出來，將兩者進(jìn)行對(duì)比，判斷接收數(shù)據(jù)是否正確，以此來驗(yàn)證該串行接口電路的正確性，確保正確實(shí)現(xiàn)CPU與PC機(jī)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信。

關(guān)鍵詞：CPU；MAX232；串行通信；PC機(jī)

隨著單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們經(jīng)常采用單片機(jī)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的參數(shù)(如溫度、壓力和速度等)進(jìn)行檢測和控制。單片機(jī)之所以被廣泛使用，是因?yàn)樗哂徐`活快速的控制能力，而PC機(jī)則具有強(qiáng)大的管理和監(jiān)控功能；因此，PC機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行串行通信在許多測控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。鑒于此，利用MAX芯片制作串行接口實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)[1]之間的信息交換方法具有十分重要的意義。

1硬件電路的制作

1.1串行通信

串行通信[2]是指用1條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)1個(gè)固定的時(shí)間長度。串行通信只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適合在計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行通信，具有使用線路少和成本低的優(yōu)點(diǎn)，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致。

串行通信可以分為2種方式：同步串行通信和異步串行通信。同步串行通信一般用在傳輸速度較快的場合，但對(duì)硬件的要求也相對(duì)較高；而異步串行通信常用在傳輸速率50~115 200 b/s，對(duì)硬件的要求相對(duì)較低，是應(yīng)用最為廣泛的串行通信方式。異步通信在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)是逐幀傳輸?shù)模恳粠臄?shù)據(jù)格式分為四部分：1位起始位，5~8位的數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗(yàn)位和1、1.5或2位停止位。當(dāng)然，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，收發(fā)雙方要約定好數(shù)據(jù)格式以及數(shù)據(jù)的傳輸速率(波特率)。

1.2MAX232芯片

MAX232芯片是美信公司專門為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路，使用5 V電源供電。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分為下述3個(gè)部分。

1)電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12 V和-12 V 2個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。

2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成2個(gè)數(shù)據(jù)通道。13腳(R1in)、12腳(R1out)、11腳(T1in)和14腳(T1out)為第1數(shù)據(jù)通道。8腳(R2in)、9腳(R2out)、10腳(T2in)和7腳(T2out)為第2數(shù)據(jù)通道。

TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1in、T2in輸入，轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)，從T1out、T2out送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1in、R2in輸入，轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后，從R1out、R2out輸出。

3)電源部分。由15腳GND和16腳VCC(+5 V)構(gòu)成。

1.3RS-232C標(biāo)準(zhǔn)

RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率[3]為0～20 kb/s的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)線功能和電器特性都作了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此RS-232C作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。

RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括1個(gè)主通道和1個(gè)輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如1條發(fā)送線、1條接收線及1條地線。

RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1 200、2 400、4 800、9 600、19 200、38 400和115 200 b/s。

1.4 串行接口電路

利用MAX232芯片制作的硬件接口電路，該電路不需要驅(qū)動(dòng)芯片，因?yàn)镸AX232本身就具有驅(qū)動(dòng)能力，所以不必再外加驅(qū)動(dòng)電路。接口電路如圖1所示。

圖1　RS-232接口電路

MAX232芯片有2路數(shù)據(jù)通道，本文只用1路接受/發(fā)射讓PC機(jī)與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。單片機(jī)的TD(發(fā)射)與MCU_TXD1連接，單片機(jī)的RD(接收)與MCU_TXD1連接；PC機(jī)的接收與T1out相連，發(fā)射與R1in相連，接口J1與芯片MAX232的連接。J1口通過連接線與PC機(jī)的RS-232串口相連。一般情況下，這樣的連接方式即可滿足普通通信的要求。

1.5RS-232交叉串口線

在實(shí)際應(yīng)用中，9針RS-232串口線通常用在計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備的通信，多用于工控和測量設(shè)備以及部分通信設(shè)備中。如三菱PLC梯形圖下載以及工控觸摸屏畫面下載等。

通常在9針的基礎(chǔ)上再進(jìn)行簡化，只用其中的2、3和5等3個(gè)管腳進(jìn)行通信。這3個(gè)管腳分別是接收線、發(fā)送線和地線，在一般情況下即可滿足通信的要求。

通常進(jìn)行串口數(shù)據(jù)通信，需要使用到RS-232交叉串口線，如圖2所示，其中2腳和3腳是交叉互聯(lián)的，這很容易理解，因?yàn)橐粋€(gè)設(shè)備的發(fā)送線必須連接到另外一臺(tái)設(shè)備的接收線上，反之亦然。另外，232信號(hào)的有效通信距離是15 m。

圖2　RS-232交叉串口線的內(nèi)部連線

2通信協(xié)議的制定

通信協(xié)議是指雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。協(xié)議定義了數(shù)據(jù)單元使用的格式，還有串行通信最重要的參數(shù)：比特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。對(duì)于2個(gè)進(jìn)行通信的實(shí)體，這些參數(shù)必須相匹配，從而確保數(shù)據(jù)順利地傳送到確定的地方。通信協(xié)議如下：1)串行通信的波特率設(shè)為15 200 b/s；2)幀格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，2位停止位；3)無奇偶校驗(yàn)位；4)PC機(jī)采用COM1口進(jìn)行通信。

3PC機(jī)與單片機(jī)的通信過程

PC機(jī)與單片機(jī)通信之前，首先要做的就是搭建硬件電路，即PC機(jī)通過COM1與上面設(shè)計(jì)的接口電路收/發(fā)口相連，接口電路的發(fā)/收口與單片機(jī)[4]的串行口相連，它們之間的連接是通過RS-232串口交叉線相連。現(xiàn)在單片機(jī)地址為1006里面存放的數(shù)據(jù)為04，可以通過編寫相應(yīng)程序?qū)纹瑱C(jī)地址1006里面的數(shù)據(jù)讀取。最后通過串口將它們讀到PC機(jī)上。讀取結(jié)果如圖3所示。

圖3　調(diào)試助手顯示串口數(shù)據(jù)

在PC機(jī)上利用串口調(diào)試助手，將接收到的數(shù)據(jù)讀出，當(dāng)然，串口調(diào)試助手必須按預(yù)先設(shè)定好的通信協(xié)議[5]進(jìn)行設(shè)定，這樣才能保證接收到正確的數(shù)據(jù)。否則，可能接收不到或者收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

為了驗(yàn)證PC機(jī)上顯示數(shù)據(jù)的正確性，再通過示波器將串口波形(見圖4)輸出，然后對(duì)波形進(jìn)行分析。波形的周期是88 us，即每傳輸1幀數(shù)據(jù)用時(shí)88 us。由通信協(xié)議可知，1幀數(shù)據(jù)由1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、2位停止位共11位組成，每位用時(shí)約8 s。進(jìn)一步對(duì)波形進(jìn)行分析，第1位起始位為低電平，隨后是數(shù)據(jù)位，其數(shù)據(jù)值為01111111，即十六進(jìn)制7F，數(shù)據(jù)位的第1位是0，為低電平；另外7位數(shù)據(jù)位是1，為高電平，最后2位是停止位，為高電平。其中，數(shù)據(jù)位與PC機(jī)接收數(shù)據(jù)7F相同，因此讀取的數(shù)據(jù)正確。

圖4　示波器顯示串口數(shù)據(jù)波形

4結(jié)語

串行通信方式使用線路少、成本低和適合遠(yuǎn)程傳輸，大多數(shù)RS-232C技術(shù)規(guī)范的目標(biāo)在于提供必要的電壓電平以驅(qū)動(dòng)損耗較大的線路，如MC1488和MC1489組成RS-232接口，則需要±12 V和+5 V電源供電，以實(shí)現(xiàn)TTL和CMOS邏輯轉(zhuǎn)換匹配。而MAX232芯片不僅可以實(shí)現(xiàn)RS-232C的技術(shù)指標(biāo)，而且芯片的供電電源只需要+5 V，這樣不僅使串行通信的性能更加可靠，而且價(jià)格低廉。該通信接口電路已經(jīng)在帶有串口的模塊、芯片和外圍設(shè)備等通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，而且優(yōu)點(diǎn)非常突出。

參考文獻(xiàn)

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[5] 周明德. 微機(jī)原理與接口技術(shù)[M]. 北京：人民郵電出版社，2008.

責(zé)任編輯鄭練

Computer and CPU Communication based on MAX232

LIANG Tiantai1, ZHOU Yingjie2, ZHANG Ze3, LIU Huihui1

(1.School of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102617, China;

2.School of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China;

3.School of Mechanical and Electronic Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

Abstract：This paper introduces the application of serial communication and MAX232 chip. Using MAX232 chip makes serial interface circuit, and utilizing the circuit reads the CPU data of the computer. Before this, the transceiver sides must be in accordance with the agreement good communication protocol for communication. Using a serial debugging assistant makes data visually displayed in the setting PC. In order to ensure the correctness of the data, make serial port data displayed in waveform through the oscilloscope. Comparing the two types of data, whether receiving correctly or not can verify the correctness of the serial interface circuit. Ensure the correct implementation of point-to-point serial communication between CPU and the computer.

Key words:CPU, MAX232, serial communication, personal computer

收稿日期：2015-01-07

作者簡介：梁天太(1985-)，男，碩士研究生，主要從事脈沖激光測距及微弱信號(hào)處理等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TN 91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A