PIC單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的實(shí)現(xiàn)

摘要 PIC系列單片機(jī)作為一款外設(shè)豐富性能優(yōu)良的單片機(jī)，被廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)。在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，用作上位機(jī)的PC機(jī)系統(tǒng)與用作下位機(jī)的單片機(jī)之間經(jīng)常要進(jìn)行信息交換。為此提出了一種基于Visual C++的PIC18F452單片機(jī)與PC機(jī)之間串行通信的實(shí)現(xiàn)方法，給出了硬件電路圖和通信源程序，調(diào)試實(shí)驗(yàn)表明，硬件設(shè)計(jì)與軟件開(kāi)發(fā)達(dá)到了預(yù)期的功能要求。該方法為PIC單片機(jī)與PC機(jī)間串行通信的應(yīng)用提供了良好的參考。
關(guān)鍵詞 PIC單片機(jī)；串行通信；Visual C++

    隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PIC單片機(jī)在工業(yè)控制系統(tǒng)中如溫度、壓力和流量等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制中的應(yīng)用越來(lái)越多。PC機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理功能，而單片機(jī)則具有快速及靈活的控制特點(diǎn)，通過(guò)PC機(jī)的RS-232串行接口與外部設(shè)備進(jìn)行通訊是許多測(cè)控系統(tǒng)中常用的通信解決方法。它不僅利用了單片機(jī)實(shí)時(shí)控制的特點(diǎn)又充分發(fā)揮了PC機(jī)運(yùn)算能力強(qiáng)和存儲(chǔ)容量大的優(yōu)勢(shì)。在日常應(yīng)用中通常需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，而PIC單片機(jī)運(yùn)算能力有限，必須借助PC機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力，因此實(shí)現(xiàn)PIC單片機(jī)與PC機(jī)之間可靠數(shù)據(jù)傳輸變得尤為重要。
    文中將使用PIC單片機(jī)的同步／異步串行模塊(USART)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口通信。PC機(jī)的通信軟件采用Visual C++6．0編寫(xiě)，具體是利用MSComm控件完成與PIC單片機(jī)的通信。

1 異步串行通信的概念
    PIC單片機(jī)與PC機(jī)之間的異步串行通信采用RS-232串行接口電路實(shí)現(xiàn)，利用PC機(jī)的串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在異步通信中，數(shù)據(jù)是逐幀傳送的，其格式如圖1所示。

    在幀格式中，一個(gè)字符由4部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。首先是一個(gè)起始位“0”，然后是5～8位數(shù)據(jù)，接下來(lái)是奇偶校驗(yàn)位，最后是停止位“1”。起始位“0”信號(hào)只占用1位，用來(lái)通知接收設(shè)備一個(gè)待接收的字符開(kāi)始到來(lái)。在不傳送字符時(shí)，線路上應(yīng)保持為“1”。接收端不斷檢測(cè)線路的狀態(tài)，若連續(xù)為“1”以后又檢測(cè)到一個(gè)“0”，就知道要發(fā)來(lái)一個(gè)新字符，應(yīng)立即準(zhǔn)備接收。

2 接口器件介紹
2．1 電平轉(zhuǎn)換芯片
    PC機(jī)與HC單片機(jī)通信使用RS-232串行總線標(biāo)準(zhǔn)。典型的RS-232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平電壓范圍為5～15 V，負(fù)電平為-15～-5 V。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為T(mén)TL電平，從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平為3～12 V與-12～-3 V之間。如此高的電壓是不能和單片機(jī)直接相連的，所以必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。文中利用MAX232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是由德州儀器公司推出的一款兼容RS-232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TTA／EIA-232-F電平。
2．2 信號(hào)接口介紹
    PC機(jī)都有串行接口，一般用RS-232接口。與RS-232相匹配的連接器有DB-25、DB-15和DB-9，其引腳也各不相同。文中使用的是DB-9連接器，作為提供I／O卡或主板上COM1和COM2兩個(gè)串行接口的連接器，提供異步通信的9個(gè)信號(hào)。

3 硬件電路設(shè)計(jì)
3．1 PC機(jī)與PIG單片機(jī)的串行通信原理圖
    PC機(jī)與PIC單片機(jī)串行通信原理如圖2所示，整個(gè)系統(tǒng)由3個(gè)部分組成。由于PC機(jī)與PIC單片機(jī)串行通信時(shí)采用RS-232協(xié)議，因此無(wú)論是單片機(jī)向PC發(fā)送數(shù)據(jù)，還是PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)都必須通過(guò)MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。在電路連接時(shí)，PC機(jī)的串口輸出應(yīng)對(duì)應(yīng)PIC單片機(jī)的串口輸入。

3．2 系統(tǒng)電路連接圖
    整個(gè)系統(tǒng)電路連接圖可分為兩個(gè)部分，PIC單片機(jī)串口與MAX232之間的連接以及MAX232通過(guò)DB-9型連接器和PC機(jī)串口的連接，如圖3所示。將PIC單片機(jī)的“RC6／TXD”引腳和MAX232的“T1IN”引腳相連；單片機(jī)的“RC7／RXD”引腳和MAX232的“R1OUT”引腳相連，即將單片機(jī)的輸入引腳和MAX232的輸出引腳相連；將單片機(jī)的輸出引腳和MAX232的輸入引腳相連。

    MAX232通過(guò)DB-9型連接器和PC機(jī)的串口相連，具體實(shí)現(xiàn)應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)的串口線將AX232同PC機(jī)的COM1口連接。

4 程序設(shè)計(jì)
    整個(gè)程序設(shè)計(jì)為兩部分，分別是PC機(jī)的通信程序和PIC單片機(jī)的通信程序。由于PIC單片機(jī)的通信程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，其編寫(xiě)過(guò)程在各種環(huán)境下大同小異。
    VC實(shí)現(xiàn)串行通信有3種途徑，利用MSComm控件或者是利用CSerialPont類進(jìn)行串口通信，還可用WinAPI函數(shù)對(duì)串口進(jìn)行操作。以下重點(diǎn)介紹在Visual C++6．0開(kāi)發(fā)環(huán)境下利用MSComm控件實(shí)現(xiàn)串行通信的方法。
    編程是采用基于對(duì)話框的主體程序框架結(jié)構(gòu)，串口通信部分采用MSComm控件完成。具體步驟如下。
    (1)創(chuàng)建工程。打開(kāi)Vlsaal C++6．0編程環(huán)境，新建一個(gè)工程，并輸入相應(yīng)的工程名和該工程所在的路徑。
    (2)添加相應(yīng)的資源。為能在友好的界面下對(duì)程序進(jìn)行操作，必須為應(yīng)用程序添加相應(yīng)的資源，文中只添加了通信程序必要的控件。添加兩個(gè)“EDIT”控件；一個(gè)用來(lái)輸入發(fā)送給單片機(jī)的數(shù)據(jù)；一個(gè)用來(lái)顯示接收到的單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)。添加一個(gè)“發(fā)送”按鈕用來(lái)確定何時(shí)發(fā)送。文中的串口通信通過(guò)MSComm控件完成，所以還需要添加MSComm控件。添加完MSComm控件后，還需對(duì)其進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。對(duì)MSComm控件的設(shè)置一定要根據(jù)計(jì)算機(jī)外圍的單片機(jī)來(lái)設(shè)置合理的參數(shù)，否則無(wú)法保證正常的串口通信。文中MSComm控件的設(shè)置界面如圖4所示。

    (3)添加成員變量。應(yīng)用程序上的控件負(fù)責(zé)接收輸入或者顯示輸出，應(yīng)用程序后臺(tái)的成員變量來(lái)管理這些數(shù)據(jù)，添加好資源后還要使控件和成員變量關(guān)聯(lián)起來(lái)。成員變量添加界面如圖5所示。

    (4)消息映射。當(dāng)單片機(jī)通過(guò)串口向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或者單擊“發(fā)送”按鈕，都是激發(fā)了Windows消息，應(yīng)用程序的窗口將收到這些消息。收到消息后，檢查應(yīng)用程序是否處理這些消息函數(shù)，為處理這些函數(shù)必須添加相應(yīng)的消息映射。
    (5)添加程序執(zhí)行代碼。PC端的Visual C++程序的程序流程如圖6所示。

    添加消息映射后只給出了一個(gè)處理這些消息的函數(shù)的框架，具體的處理代碼必須由用戶添加。
    編譯之后，PC機(jī)上的應(yīng)用程序運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。

    將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)到發(fā)送數(shù)控件中，單擊“發(fā)送”按鈕，則PC機(jī)通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)。如果單片機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)，則程序?qū)⒆詣?dòng)把接收到的數(shù)據(jù)顯示在接收數(shù)控件中。

5 結(jié)束語(yǔ)
    PIC單片機(jī)與PC機(jī)的串行通信被廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中。文中提出了一種實(shí)現(xiàn)該串行通信的方法，并給出了具體的電路原理圖和通信程序。實(shí)踐證明，利用VC開(kāi)發(fā)通訊系統(tǒng)，從底層到上層直接面向用戶，具有較強(qiáng)的調(diào)試功能。因此文中為PC機(jī)與PIC單片機(jī)串行通信的實(shí)現(xiàn)提供了良好的參考。