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[導(dǎo)讀]單片機(jī)性能穩(wěn)定、價格低廉、功能強(qiáng)大,在智能儀器、工業(yè)裝備以及日用電子消費品中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在單片機(jī)的輸入輸出控制中,除直接接上小鍵盤和 LCD顯示屏等方法外,一般都通過串口和上位機(jī)PC進(jìn)行通信,而

單片機(jī)性能穩(wěn)定、價格低廉、功能強(qiáng)大,在智能儀器、工業(yè)裝備以及日用電子消費品中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在單片機(jī)的輸入輸出控制中,除直接接上小鍵盤和 LCD顯示屏等方法外,一般都通過串口和上位機(jī)PC進(jìn)行通信,而后一種方法由于能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,并且能夠利用PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能以及友好的控制界面,顯得尤為重要。在一般的利用PC機(jī)對單片機(jī)進(jìn)行控制的場合,都是采用Windows作為上位機(jī)的平臺,其優(yōu)點是界面友好,編程和操作都比較容易,缺點是穩(wěn)定性太差,這對于需要連續(xù)數(shù)天或數(shù)月運行的裝置來說,尤其不合適。在要求比較苛刻的場合,一般都采用UNIX工作站作為主控平臺,如合肥同步輻射加速器的主控平臺采用的是SUN的Solaris工作站系統(tǒng),然而UNIX工作站昂貴的價格又大大限制了其使用的范圍。近年來,隨著Linux的迅猛發(fā)展,使其逐漸從少數(shù)人的玩具變成了主流的操作系統(tǒng)。Linux是遵循GPL協(xié)議的免費源代碼開放軟件,任何人都可以自由的從Internet上取得其源程序,也可在GPL的協(xié)議下修改其源代碼以適應(yīng)特定的應(yīng)用,其運行在普通的PC上,性能穩(wěn)定,特別適于做工業(yè)控制,因此實現(xiàn)Linux和單片機(jī)的串行通信非常有意義,他可以是昂貴的UNIX工作站的一種可選的替代方法。

1 硬件原理

目前國內(nèi)使用較多的為MCS-51系列的單片機(jī),因此選用的單片機(jī)實驗對象為一片AT89C51,圖1是硬件原理圖,由于要實現(xiàn)符合RS232C的串行通信,還應(yīng)該用一片ICL232CPE(MAX232)作為串行通信的電平轉(zhuǎn)換電路。在實驗過程中,為了查看通信是否成功,除了讓單片機(jī)對上位機(jī)回送數(shù)據(jù)外,還在單片機(jī)外圍擴(kuò)展了幾片鎖存器,幾個LED發(fā)光二極管和幾個小鍵盤。串行通信是采用最簡單的TxD,RxD,GND三線制連接,注意TxD和RxD 兩邊應(yīng)該交叉連線。

上位機(jī)是一臺普通的PC機(jī),共有2個串行口COM1,COM2,其運行RedHat8.0,實際上,如果不要求運行Gnome或KDE等圖形界面,Linux對系統(tǒng)硬件的要求相當(dāng)?shù)汀?/p>

實驗證明,此電路簡單可靠,非常適用于測試串行通信。

2 串行通信程序設(shè)計

串行通信程序包括下位機(jī)單片機(jī)和上位機(jī)PC機(jī)的程序。單片機(jī)接收上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù),放到片內(nèi)RAM里面,再將RAM內(nèi)數(shù)據(jù)同時發(fā)送到外部擴(kuò)展鎖存器和上位機(jī),由此可以判斷通信是否成功。此程序由匯編語言寫成,初始化時波特率設(shè)置為4 800 b/s,通信方式為8-N-1。

上位機(jī)程序的編寫是關(guān)鍵部分,因為要對串口硬件設(shè)備進(jìn)行操作,有2種方法,一是利用Linux內(nèi)核自帶的串口驅(qū)動程序,另外一種方法就是直接讀寫串口硬件端口,下面分別介紹。

2.1 利用串口驅(qū)動程序的編程方法

利用Linux自身的串口驅(qū)動程序進(jìn)行編程,實際上就是調(diào)用驅(qū)動程序的一系列函數(shù),完成串口通信參數(shù)的設(shè)置,數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在這種方法中,Linux給每個串口都分配一個文件索引號,有相應(yīng)的文件名稱,實際上是將硬件設(shè)備看成一種特殊的文件,如COM1,COM2對應(yīng)的文件分別為/dev/ttyS0,/dev/ttyS1,操作這2個串口實際上就是操作這2個文件,而對硬件設(shè)備文件的操作與對普通文件的操作并沒有什么不同,都可以使用相同的文件I/O調(diào)用函數(shù)(open,write,read,close),不同之處在于用系統(tǒng)調(diào)用 open()打開串口得到相應(yīng)設(shè)備的文件描述符以后,先要對其進(jìn)行初始化,設(shè)置一些特定的參數(shù),如波特率、數(shù)據(jù)位、輸入輸出方式等,這些參數(shù)存放在 structtermios中,函數(shù)tcsetattr()可以設(shè)置串口的structtermios,tcgetattr()可以得到串口的 struct termios。設(shè)置完通信參數(shù)后就可用read和write對串口文件進(jìn)行讀寫了。運行程序時要注意用戶是否有對要操作的串口文件進(jìn)行讀寫的權(quán)力,可以用chmod命令進(jìn)行文件權(quán)限修改。

初始化函數(shù)如下:


初始化以后就開始發(fā)送和接收數(shù)據(jù),先將一個字符串發(fā)送給單片機(jī),單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)返回給上位機(jī)。但需要注意的是,由于上位機(jī)速度比單片機(jī)快得多,一次不能發(fā)送過多的數(shù)據(jù),否則極有可能使發(fā)送緩沖區(qū)溢出而丟失數(shù)據(jù),發(fā)送過后,還需等待一段時間,使單片機(jī)將數(shù)據(jù)完全發(fā)送到上位機(jī)后,再進(jìn)行讀取。

2.2 直接讀寫串口硬件端口的方法

在使用這個方法的時候,必須對串口通信的硬件原理有一些了解。PC機(jī)的串口是由通用異步收發(fā)器8250UART(或16550)為核心構(gòu)成的,寄存器基地址分別是0x3f8(COM1)和0x2f8(COM2),還有其他的一些用于控制的寄存器。有很多寄存器是與Modem相關(guān)的,而在使用三線制進(jìn)行通信時用不到,只用關(guān)心與通信相關(guān)的寄存器,比起使用為通用功能編寫的串口設(shè)備驅(qū)動程序來,直接讀寫相關(guān)寄存器效率更高。

 

初始化后,就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)了,接受數(shù)據(jù)之前必須保證接收數(shù)據(jù)就緒,這可以通過0x2fd的D0來判斷,發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須保證發(fā)送寄存器為空,這可以通過0x2fd的D5來判斷,代碼如下:

 

3 結(jié)語

實驗表明,此系統(tǒng)采用的2種方法都完全實現(xiàn)了LinuxPC機(jī)與單片機(jī)之間點對點的通信,方法簡單可靠,基本上在需要用到PC機(jī)與單片機(jī)串行通信的場合均可采用此種方法。隨著近年來Linux在國內(nèi)應(yīng)用范圍的日益壯大,在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域也必將越來越多的采用Linux,本文可以算作是一個有益的嘗試。當(dāng)然在實際應(yīng)用中還需要考慮一些問題,比如進(jìn)行出錯處理的問題,可以在一個要發(fā)送的字符串后再發(fā)送一個校驗和,當(dāng)收到返回的校驗和與發(fā)送的校驗和不一致時再進(jìn)行重發(fā),再比如所采用的RS232C傳輸距離很短,并且抗干擾能力很差,這時需要將總線轉(zhuǎn)換成差分傳輸?shù)腞S485/RS422。另外,稍加改進(jìn),就可實現(xiàn)PC機(jī)與多片51單片機(jī)的串行通信,這時由于共用一條總線,必須給每個單片機(jī)分配一個地址,然后由PC機(jī)對總線進(jìn)行仲裁,只有獲得總線使用權(quán)的單片機(jī)才能與上位機(jī)進(jìn)行通信,這里不再贅述。

總之,本文只是為Linux PC單片機(jī)串行通信提供了一個典型的范例,要應(yīng)用到實際的項目中去,還需要根據(jù)實際的情況具體考慮,靈活應(yīng)用,最終才能形成一個可靠的基于Linux平臺的系統(tǒng)。

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