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PIC16系列单片机与PC机串行通信的软硬件实现 作者： 日期：14 个人收集整理 勿做商业用途摘 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单片机的程序存储器由1K14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单片机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 RS232C规范的外部总线标准接口。RS232C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RS232C电平，在接收端用接收器将RS232C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0.1F的电容即可，如图1所示。 图1 接口原理图 3 PIC16F84单片机内通信程序的设计 图2 接收子程序框图 图3发送子程序框图 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104s）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52s）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156s)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 ；52S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100010000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 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。