首  页 公司介绍 产品中心 解决方案 技术文档 下载专区 客户服务 联系我们
所在位置:首页—技术文档—PIC16系列单片机与PC机串行通信的软硬件实现

    PIC16系列单片机与PC机串行通信的软硬件实现接口电路

摘 要:
    介绍一种运用 PIC16F84单片机实现与PC机串行通信的方法,并给出其硬件接口电路及通信源程序。

1 前言

    美国 Microchip 公司的 PIC16 系列单片机是一种新型的 CMOS 工艺的 8 位单片机。其中, PIC16FXX 单片机的程序存储器为电可擦除闪速存储器( flash ),可多次修改程序,甚至可以在线编程。 PIC16F83 和 PIC16F84 片内数据存储器除 RAM 外,还有 64 字节的 EEPROM ,可以当作一般的或非易失性的数据存储器使用,简单方便。它还具有片内上电复位、延时电路、看门狗电路等。另外, PIC16 系列单片机功耗极低,因而是一种非常适合在各种便携式设备中使用的高性价比的单片机,并已经得到了越来越广泛的应用。


   但是在许多需要大量计算的运用中,还必须借助微机的强大数据处理能力。这样必须通过通信电路实现 PIC 单片机与微机间的可靠数据传输。有的 PIC16 单片机内并没有提供串行口,所以串行通信必须通过自己设计的硬件电路和通信软件来实现。


   下面介绍用查询法实现异步串行通讯的方法。同时给出了用 PIC16F84 单片机的两个 I/O 口模拟 2 线串行口的硬件接口电路、程序流程框图、单片机内通信程序以及微机内的通信程序等。

2 硬件实现方法与电路

   PIC16F84 的程序存储器由 1K × 14 的闪速( flash )存储器构成,它只有 13 条 I/O 口, 1 个定时器,为了尽量节省单片机的软硬件资源,采用下述异步串行通信的实现方法。


   如图 1 所示, PIC16F84 在 4MHz 时钟下,采用半双工方式,可实现 9600 波特率的异步串行数据通信, 1 位停止位, 8 位数据位,无校验位。接收和发送以低位在先(一般模式),采用软件延时。为节省篇幅,单片机内的通信程序中未提供任何握手协议,用户可根据自己的需要在软件中加入握手方式。

   由于 PIC16F84 本身没有专门的串行口,这里用其 I/O 口来模拟串行口的功能。


   PC 机的串行接口是符合 EIA RS-232C 规范的外部总线标准接口。 RS-232C 采用的是负逻辑,即逻辑“ 1 ”:- 5V 至- 15V ;逻辑“ 0 ”: +5V 至 +15V 。而 CMOS 电平为:逻辑“ 1 ”: 4.99V ,逻辑“ 0 ”: 0.01V ; TTL 电平的逻辑“ 1 ”和“ 0 ”则分别为 2.4V 和 0.4V 。因此在用 RS-232C 总线进行串行通信时需外接电路实现电平转换。在发送端用驱动器将 TTL 或 CMOS 电平转换为 RS-232C 电平,在接收端用接收器将 RS — 232C 电平再转换为 TTL 或 CMOS 电平。


   这里选用了 MAXIM 公司的 MAX202E 来作电平转换。 MAX202E 属于 MAXIM 公司的通用串行接收 / 发送驱动器芯片。其外围电路简单,只需外接四个 0.1 μ F 的电容即可,如图 1 所示。

图 1 接口原理图

 

图 2 接收子程序框图    图 3 发送子程序框图

3 PIC16F84 单片机内通信程序的设计

  图 2 和图 3 分别是串行发送和接收的子程序流程框图。发送时,通过使数据发送端 DX 为低电平并保持 B 秒( 9600 波特率时为 104 μ s )来发送起始位。随后每 B 秒钟通过置位或清零 DX 端把数据发送出去。这里的 B 是指一位所持续的时间( B=1/ 波特率)。接收时,数据接收端 DR 大约要每 B/2 秒( 9600 波特率时为 52 μ s )查询一次以检测起始位,如果检测到起始位,则在大约 1.5B 秒( 9600 波特率时为 156 μ s )后检测第一位数据位,随后每 B 秒钟检测一次其它的数据位。
    相应的源程序如下:

;接收子程序

Rcvr

          clrwdt

;清片内看门狗

;定时器

btfsc

RA , DR

;检测起始位

goto

Rcvr

;未检测到起始位

movlw

8

;检测到起始位

movwf

R_CNT

; 8 位数据位

Rnext

call

Delay

;延时 B/2 秒

bcf

STATUS,C

;清进位标志

rrf

RevReg

; LSB 在先

btfsc

RA,DR

;该位为 0

;还是为 1

bsf

RcvReg , MSB

;为 1

call

Delay

;延时 B/2 秒

decfsz

R_CNT

goto

Rnext

retlw0

;返回

;发送子程序

Xmtr

clrwdt

;清片内看门狗

;定时器

movlw

8

;发送位数为 8

movwf

X_CNT

bcf

RA , DX

;发送起始位

Xnext

call

Delay

;延时 B/2 秒

call

Delay

;延时 B/2 秒

rrf

XmtReg

; LSB 在先

btfsc

STATUS,C

;检测将要发送

;的数据位

bsf

RA,DX

;数据位为 1

btfss

STATUS , C

bcf

RA , DX

;数据位为 0

decfsz

X_CNT

;位计数为 0 则

;发停止位

goto

Xnext

;位计数不为 0

;则发下一位数据位

Xstop

call

Delay

;延时 B/2 秒

call

Delay

;延时 B/2 秒

Bsf

RA,DX

;发送停止位

Retlw

0

;返回

;延时子程序

Delay

movlw

12

; 52 μ S 延时

movwf

DCNT

Dnext

decfsz

DCNT

goto

Dnext

retlw 0

4 Win95 的串行通信机制及串口查询法的原理

   常用的 DOS 系统主要是工作在响应中断方式。 PC 机串行通信程序大多利用其 BIOS 块的 INT14H 中断,以查询串口的方式完成异步串行通信。


    Windows 系统函数即包含了通信支持中断功能。 Win95 系统为每个通信设备开辟了用户定义的输入输出缓冲区(即读 / 写缓冲区),数据进出通信口均由系统后台来完成。应用程序只需完成对输入输出缓冲区操作就可以了。实际过程是每接收一个字符就产生一个低级硬件中断, Win95 系统中的串行驱动程序就取得了控制权,并将接收到的字符放入输入数据缓冲区。然后将控制权返还正在运行的应用程序。如果输入缓冲区数据已满,串行驱动程序用当前定义的流控制机制通知发送方停止发送数据。队列中的数据按“先进先出”的次序处理。


   (1) 按协议的设置初始化并打开串口,这样做就是通知 Windows 本应用程序需要这个串口,并封锁其他应用程序使它们不能使用此串口。


   (2) 配置这个串口。


   (3) 在串口上往返地传输数据,并在传输过程中进行校验。


   (4) 不需要此串口时,关闭串口。即释放串口以供其它应用程序使用。


  在这四个步骤中,主要的程序代码集中在第( 3 )步。


  串口查询法是一种主要工作在查询方式下的实现方法。当通信程序工作在“查询”方式时,可以不考虑 Win95 的进程和线程的问题。仅在串口有数据时,去读串口缓冲区就可以了,如图 4 所示。这种方法下确定串口读取的时机、握手协议及软件纠错的实现是程序员应考虑的主要问题。

图 4 读取接收缓冲区数据流程图

图 5 串口初始化流程

 

   由于这种方法主要工作在查询方式。程序员必须完成相当一部分通信状态的检测工作,许多细节(甚至包括通信过程中的字符属性的转换)也必须通过程序代码完成。这种查询方法对通信双方协议的依赖性尤其大。双方通信协议的约定对程序实现的难易程度影响很大。


   串口查询法中,一般串口初始化的流程如图 5 。


   值得注意的一点是,此方法下协议的约定必须满足以下条件:即甲方发送时,乙方必须在甲方发送动作之前进入循环接收状态,直到接收到字符后通过对串口读取函数 ReadFile 返回值的判断跳出循环状态。

 

   同时,一般为了不使系统因循环等待接收而进入“死循环”状态,可以人为设置读取串口的循环次数,一般 1000 ~ 10000 次即可。
   本程序的实现平台是 VB4 ,这是一种极为灵活的高级语言,它可以方便地引入汇编语言的思维,利用其 GoTo 转向语句方便地控制程序的流程,灵活方便。

5 PC 机内通信程序的实例

   现约定甲方是 PC 机,乙方是单片机系统(如读卡器)。通信格式设置为 2400 波特率, 8 位数据位, 1 位停止位,无奇偶校验。
   下面是一个约定好通讯协议的程序实例,协议流程如图 6 所示。
   以下是甲方( PC 机)的几个子函数的程序实例。

图 6 通信协议流程

Private Function OpenThePort ( cPort as String , cBaud as String , cParity

as String , cData as String , tStops asString ) As Boolean    ' 打开串口的子过程

   Dim lResult as Long

   Dim lHandle as Long

   Dim DCB_COMM as DCB

   Dim cDCBConfig as String

   lHandle = CreateFile ( cPort , GENERIC_READ Or GENERIC_WRITE ,

   0& , 0& , OPEN_EXISTING , 0& , 0& )

   If lHandle = -1 Then    '打开串口失败

       OpenThePort = False

       MsgBox “串口可能正被其他应用程序占用!”

       lResult = CloseHandle ( lHandle )   '先关闭串口后再打开

       If lResult = 0 Then

           OpenThePort

           Exit Function

       End If

   End If

   cDCBConfig.band = 2400     '设置 DCB

   cDCBConfig.parity = None

   cDCBConfig.data = 8

   cDCBConfig.stop = 1

   lResult = BuildCommDCB ( cDCBConfig , DCB_COMM )     '按用户设定配置一个 DCB 结构

   If lResult = 0 Then

        OpenThePort = False

        MsgBox “无法建立 DCB 设备控制块”

        Exit Function

   End If

   lResult = SetCommState ( lHandle , DCB_Comm )   '实际设置一个串口的 DCB                    

   If lResult = 0 Then

        OpenThePort = False

        MsgBox “无法建立 DCB 设备控制块”

        Exit Function

   End If

   OpenThePort = True

End Function

Private Sub SendHand ( ) '发送握手信号的子过程

   Dim Nchars As Long

   Static Readbuff As String * 1

   Static Writebuff As String * 1

   Dim lpDCB As DCB

   Dim lRet As Long

   Dim lHandle As Long

   Dim lpOverlapped As OVERLAPPED

   Dim RNum As Integer

   MsgBox “请把读卡器插在串口 2 上!”,

                48 ,“提示窗口”

   lHandle = OpenThePort ( COMM1,2400,None,8,1 )

   lRet = PurgeComm( lHandle , 1 ) '清输出缓冲区

   lRet = PurgeComm( lHandle , 0 ) '清输入缓冲区

   lRet = GetCommState ( lHandle , lpDCB ) '获得通讯口的状态

Shand :

   Writebuff $ = Chr $ (&H8F)

   lRet = WriteFile (lHandle,Writebuff $ ,1,Nchars,lpOverlapped )

                   '送握手信号入串口缓冲区

      If lRet <= 0 Then

         MsgBox “发送操作出错,卡握手信号未发送成功”, 16

         GoTo Shand '不成功则重发

      Else

          GoTo Qtest

      End If

   GoTo Shand

Qtest :

   Readbuff$ = “ ” '清除缓冲区为空

Do While lHandle '循环查询串口

   RNum = 0 '设置读串口次数的指针为 0

ReadAgain :

   lRet = ReadFile( lHandle ,    Readbuff $, 1 , Nchars , lpOverlapped )

   If lRet < 0 Then

      MsgBox “读取应答信号时出错”, 16

      End If

      If lRet = 0 Then

         If RNum > 1000 Then  '只读 1000 次串口,以免陷入死循环

             MsgBox

            " 卡没有插接好或卡没有接在串口上 !"

            GoTo CloseP

        End If

        RNum = RNum + 1

        GoTo ReadAgain

   End If

   If Hex $ (Asc(Readbuff)) <> Hex $ (&HFF) Then GoTo Shand

        '回送码不正确则返回继续发送握手信号

   Else

      Label1.Caption = “握手信号是:”

        + Hex $ (Asc(Readbuff $ ))

      Msgbox “握手信号正确,已正确联机”

      GoTo CloseP

   End If

Loop

CloseP : lRet = CloseHandle( lHandle )

           If lRet = 0 Then

               MsgBox “串行通讯口关闭成功”,

                            48 ,“提示窗口”

           End If

End Sub

   这里要注意的是:当 PC 机与单片机系统通信时,单片机数据存储区 ( RAM ) 内的数据是十六进制,在信号线上传输的是十六进制数的 ASCII 码的二进制形式;而 Windows 系统下使用的是 ANSI 码, ANSI 码仅在前 126 个与 ASCII 码相同。即在 Win95 下接收到的是十六进制数的 ASCII 码的字符串,可先转换为 ANSI 码后再在 Win95 下还原为十六进制数。


   具体为: Code$=Hex $ (Asc ( Readbuff$ ) )
   另外,由于 32 位 API 函数参数的数据类型的变化,所有整形参数都被换为长整型( Long )以支持 32 位的处理,这一点在设置返回值时尤其如此。

6 结束语

   以上的软硬件在我们的实践中达到了较为理想的效果。通过软件节省了硬件的开销,并通过在 PIC16F84 单片机系统和 PC 机双方的通信软件内增加握手信号,达到了软件数据校验的目的,获得了较高的通信可靠性。

参 考 文 献

1 MICROCHIP CO. PIC16/17 MICROCO-NTROLLER DATA BOOK. 1995/1996  
2 李东星等 . PIC16CXX 系列单片机应用设计 . 高奇电子科技公司, 1996.10
3 美 Darwin Boyle 等 . Visual Basic 4 Developer ' s Guide. 北京:机械工
  业出版社, 1997.

这是 PIC 单片机对 PC 机的单向串行通信程序。

;---------------------------------------------------
;sent to pc use delay program.2400dps
;---------------------------------------------------
DELAY_H     MOVLW     8CH
            MOVWF     DELA
            H_LOOP    DECFSZ DELA
            GOTO      H_LOOP
            RETLW     0
;--------------------------------------------------------------
;mcu to pc sent program. 2400dps
;--------------------------------------------------------------
SENT        MOVLW     BITNUM ;sent to pc program
            MOVWF     COUNT
            BCF       RA,3
            CALL      DELAY_H
NEXT        RRF       SENTD
            BTFSC     STATUS,C
            BSF       RA,3
            BTFSS     STATUS,C
            BCF       RA,3
            CALL      DELAY_H
            DECFSZ    COUNT
            GOTO      NEXT
STOP        BSF       RA,3
            CALL      DELAY
            RETLW     0

 

©版权所有:北京瑞赛特科贸公司 www.rs232.com.cn
TEL:(010)58731485 58731481 58731484  Fax:(010)58731422  E-mail:rs232@rs232.net.cn
公司地址:北京市海淀区知春路甲48号盈都大厦C3-17B