C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)串行通信接口程序_電子通信論文

1、C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)串行通信接口程序_電子通信論文     摘 要 本文說(shuō)明了異步串行通信(RS-232)的工作方式，探討了查詢和中斷兩種軟件接口利弊，并給出兩種方式的C語(yǔ)言源程序。的I/O通道之一，以最簡(jiǎn)單方式組成的串行雙工線路只需兩條信號(hào)線和一條公共地線，因此串行通信既有線路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也有它的缺點(diǎn)，即通信速率無(wú)法同并行通信相比，實(shí)際上EIA RS-232C在標(biāo)準(zhǔn)條件下的最大通信速率僅為20Kb/S。盡管如此，大多數(shù)外設(shè)都提供了串行口接口，尤其在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)RS-232C的應(yīng)用更為常見。IBM PC及兼容機(jī)系列都有RS-232的適配器，操作系統(tǒng)也提供了編程接口，

2、系統(tǒng)接口分為DOS功能調(diào)用和BIOS功能調(diào)用兩種：DOS INT 21H的03h和04h號(hào)功能調(diào)用為異步串行通信的接收和發(fā)送功能；而BIOS INT 14H有4組功能調(diào)用為串行通信服務(wù)，但DOS和BIOS功能調(diào)用都需握手信號(hào)，需數(shù)根信號(hào)線連接或彼此間互相短接，最為不便的是兩者均為查詢方式，不提供中斷功能，難以實(shí)現(xiàn)高效率的通信程序，為此本文采用直接訪問串行口硬件端口地址的方式，用C語(yǔ)言編寫了串行通信查詢和中斷兩種方式的接口程序。1.串行口工作原理微機(jī)串行通信采用EIA RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，為單向不平衡傳輸方式，信號(hào)電平標(biāo)準(zhǔn)±12V，負(fù)邏輯，即邏輯1(MARKING)表示為信號(hào)電平-12

3、V，邏輯0(SPACING)表示為信號(hào)電平+12V，最大傳送距離15米，最大傳送速率19.6K波特，其傳送序列如圖1，平時(shí)線路保持為1，傳送數(shù)據(jù)開始時(shí)，先送起始位(0),然后傳8(或7，6，5)個(gè)數(shù)據(jù)位(0，1)，接著可傳1位奇偶校驗(yàn)位，最后為12個(gè)停止位(1)，由此可見，傳送一個(gè)ASCII字符(7位)，加上同步信號(hào)最少需9位數(shù)據(jù)位。T8S12300.GIF;圖1串行通信的工作相當(dāng)復(fù)雜，一般采用專用芯片來(lái)協(xié)調(diào)處理串行數(shù)據(jù)的發(fā)送接收，稱為通用異步發(fā)送/接收器(UART)，以節(jié)省CPU的時(shí)間，提高程序運(yùn)行效率，IBM PC系列采用8250 UART來(lái)處理串行通信。在BIOS數(shù)據(jù)區(qū)中的頭8個(gè)字節(jié)為4

4、個(gè)UART的端口首地址，但DOS只支持2個(gè)串行口：COM1(基地址0040：0000H)和COM2(基地址0040：0002H)。8250 UART共有10個(gè)可編程的單字節(jié)寄存器，占用7個(gè)端口地址，復(fù)用地址通過讀/寫操作和線路控制寄存器的第7位來(lái)區(qū)分。這10個(gè)寄存器的具體功能如下：COM1(COM2) 寄存器端口地址 功能 DLAB狀態(tài)3F8H(2F8H) 發(fā)送寄存器(寫) 03F8H(2F8H) 接收寄存器(讀) 03F8H(2F8H) 波特率因子低字節(jié) 13F9H(2F9H) 波特率因子高字節(jié) 13F9H(2F9H) 中斷允許寄存器 03FAH(2FAH) 中斷標(biāo)志寄存器3FBH(2FBH

5、) 線路控制寄存器3FCH(2FCH) MODEM控制寄存器3FDH(2FDH) 線路狀態(tài)寄存器3FEH(2FEH) MODEM狀態(tài)寄存器注：DLAB為線路控制寄存器第七位在編寫串行通信程序時(shí)，若采用低級(jí)方式，只需訪問UART的這10個(gè)寄存器即可，相對(duì)于直接控制通信的各個(gè)參量是方便可靠多了。其中MODEM控制/狀態(tài)寄存器用于調(diào)制解調(diào)器的通信控制，一般情況下不太常用；中斷狀態(tài)/標(biāo)志寄存器用于中斷方式時(shí)的通信控制，需配合硬件中斷控制器8259的編程；波特率因子高/低字節(jié)寄存器用于初始化串行口時(shí)通信速率的設(shè)定；線路控制/狀態(tài)寄存器用于設(shè)置通信參數(shù)，反映當(dāng)前狀態(tài)；發(fā)送/接收寄存器通過讀寫操作來(lái)區(qū)分，不

6、言而喻用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。UART可向CPU發(fā)出一個(gè)硬件中斷申請(qǐng)，此中斷信號(hào)接到中斷控制器8259，其中COM1接IRQ4(中斷OCH)，COM2接IRQ3(中斷OBH)。用軟件訪問8259的中斷允許寄存器(地址21H)來(lái)設(shè)置或屏蔽串行口的中斷，需特別指出的是，設(shè)置中斷方式串行通信時(shí)，MODEM控制寄存器的第三位必須置1，此時(shí)CPU才能響應(yīng)UART中斷允許寄存器許可的任何通信中斷。2.編程原理程序1為查詢通信方式接口程序，為一典型的數(shù)據(jù)采集例程。其中bioscom()函數(shù)初始化COM1(此函數(shù)實(shí)際調(diào)用BIOS INT 14H中斷0號(hào)功能)。這樣在程序中就避免了具體設(shè)置波特率因子等繁瑣工作，只

7、需直接訪問發(fā)送/接收寄存器(3F8H)和線路狀態(tài)寄存器(3FDH)來(lái)控制UART的工作。線路狀態(tài)寄存器的標(biāo)志內(nèi)容如下：第0位 1=收到一字節(jié)數(shù)據(jù)第1位 1=所收數(shù)據(jù)溢出第2位 1=奇偶校驗(yàn)錯(cuò)第3位 1=接收數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)出錯(cuò)第4位 1=斷路檢測(cè)第5位 1=發(fā)送保存寄存器空第6位 1=發(fā)送移位寄存器空第7位 1=超時(shí)當(dāng)?shù)?位為1時(shí)，標(biāo)志UART已收到一完整字節(jié)，此時(shí)應(yīng)及時(shí)將之讀出，以免后續(xù)字符重疊，發(fā)生溢出錯(cuò)誤，UART有發(fā)送保持寄存器和發(fā)送移位寄存器。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，程序?qū)?shù)據(jù)送入保持寄存器(當(dāng)此寄存器為空時(shí))，UART自動(dòng)等移位寄存器為空時(shí)將之寫入，然后把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行形式發(fā)送出去。本程序先發(fā)送命令，

8、然后循環(huán)檢測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)，當(dāng)超過一定時(shí)間后視為數(shù)據(jù)串接收完畢。若接收到數(shù)據(jù)后返回0，否則返回1。若以傳送一個(gè)ASCII字符為例，用波特率9600 b/s，7個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)起始位，一個(gè)停止位來(lái)初始化UART，則計(jì)算機(jī)1秒可發(fā)送/接收的最大數(shù)據(jù)量?jī)H為9600/9=1074字節(jié)，同計(jì)算機(jī)所具有的高速度是無(wú)法相比的，CPU的絕大部分時(shí)間耗費(fèi)在循環(huán)檢測(cè)標(biāo)志位上。在一個(gè)有大量數(shù)據(jù)串行輸入/輸出的應(yīng)用程序中，這種消耗是無(wú)法容忍的，也不是一種高效率通信方式，而且可以看到，在接收一個(gè)長(zhǎng)度未知的數(shù)據(jù)串時(shí)，有可能發(fā)生遺漏。程序2是一組中斷方式通信接口程序。微機(jī)有兩條用于串行通信的硬件中斷通道IRQ3(COM2)和

9、IRQ4(COM1)，對(duì)應(yīng)中斷向量為OBH和OCH，可通過設(shè)置中斷屏蔽寄存器(地址21H)來(lái)開放中斷。置1時(shí)屏蔽該中斷，否則開放中斷。硬件中斷例程必須在程序末尾往中斷命令寄存器(地址20H)寫入20H，即MOV AL， 20HOUT 20H， AL用以將當(dāng)前中斷服務(wù)寄存器清零，避免中斷重復(fù)響應(yīng)。每路UART有4組中斷，程序可通過中斷允許寄存器(3F9H)來(lái)設(shè)置開放那路中斷。這4組中斷的位標(biāo)志如下：第0位 1=接收到數(shù)據(jù)第1位 1=發(fā)送保持寄存器為空第2位 1=接收數(shù)據(jù)出錯(cuò)第3位 1=MODEM狀態(tài)寄存器改變第47位為0在中斷例程中檢查UART的中斷標(biāo)志寄存器(3FAH)，確定是哪一組事件申請(qǐng)中

10、斷。該寄存器第0位為0時(shí)表示有中斷申請(qǐng)，響應(yīng)該中斷并采取相應(yīng)措施后，UART自動(dòng)復(fù)位中斷標(biāo)志；第2，1位標(biāo)志中斷類型，其位組合格式如下：代碼 中斷類型 復(fù)位措施11接收出錯(cuò)讀線路狀態(tài)寄存器10接收到數(shù)據(jù)讀接收寄存器01發(fā)送寄存器空輸出字符至發(fā)送寄存器00MODEM狀態(tài)改變讀MODEM狀態(tài)寄存器這4組中斷的優(yōu)先級(jí)為0號(hào)最低，3號(hào)最高。在本組程序中，函數(shù)setinterrupt()和clearinterrupt()設(shè)置和恢復(fù)串行通信中斷向量；cominit()初始化指定串行口并開放相應(yīng)中斷；sendcomdata()和getcomeomdata()用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)串；com1()和com2()為

11、中斷例程，二者均調(diào)用fax2()函數(shù)，fax2()函數(shù)為實(shí)際處理數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的例程。明確了串行口的工作原理，就不難理解其具體程序。3.結(jié)論上述程序采用C語(yǔ)言編寫，在BORLAND C+2.0集成環(huán)境中調(diào)試通過，為簡(jiǎn)單起見，只考慮了使用發(fā)送/接收兩條信號(hào)線的情況，并未考慮使用握手信號(hào)線。在實(shí)際應(yīng)用中這兩組程序尚有一些可修改之處。比如，中斷接收程序中的緩沖區(qū)可改為循環(huán)表，以防數(shù)據(jù)溢出，盡可能保留最新數(shù)據(jù)。由于筆者水平所限，文中不足疏漏之處尚希行家指正。程序1：static int receive_delay=10000;int may(unsigned par,char *comm,char *

12、ss)int cs=0,j=0;char *p;bioscom(0,par,0); /com1loop:p=comm;inportb(0x3f8); /resetdo while(inportb(0x3f8+5)&0x20)=0); outportb(0x3f8,*p+);while(*p); /send commandos=0;j=0;do if(inportb(0x3fd)&0x01)=0)if(osreceive_delay) break;else cs+;continue; ssj+=inportb(0x3f8); cs=0;while(l);ssj='0

13、9;if(j) return 0;else return 1;程序2：#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <bios.h>#inolude <dos.h>#define maxsize 4096#define SEND 2#define RECEIVE 1#define COM1 0#define COM2 1static unsigned char Hardinterrupt=0;struct ComInterruptint portadd

14、;int intbit;char bufmaxsize,*comm;int bufh,recount,sendcount;com2=0x3f8,0x0c,"","",0,0,0,0x2f8,0x0b,"","",0,0,0 ;void static interrupt (*old_com2)(void);vold interrupt coml(vold);void interrupt com2(void);void fax2(int comnum);void setinterrupt(int comnum);voi

15、d clearinterrupt(int comnum);void cominit(int comnum, int para, int interruptmark);void sendcomdata (int comnum,char *command);int getcomdata (int comnum, char *buf);void interrupt com1(void)fax2(0);void interrupt com2(void)fax2(1);/ set cominterrupt, comnum 0=com1, 1=com2void setinterrupt (int comn

16、um)old_comcomnum=getvect(bit);if (!oomnum)setvect(bit,coml); /com1elsesetvect(bit,com2); /com2/set hard intHardinterrupt = inportb(0x21);if(comnum)outportb(0x21,Hardinterrupt&0xf7); /com2 ,0elseoutportb(0x21,Hardinterrupt&0xef); /com1 0,void clear interrupt(int comnum)if(comnum)outportb(0x21,Hardinterrupt | 0x08); /COM2elseoutportb(0x21,Hardinterrupt|0x10); /COM1s