摘 要 介紹一種運用PIC16F84單片機實現與PC機串行通信的方法，并給出其硬件接口電路及通信源程序。
1 前言 美國Microchip公司的PIC16系列單片機是一種新型的CMOS工藝的8位單片機。其中，PIC16FXX單片機的程序存儲器為電可擦除閃速存儲器（flash），可多次修改程序，甚至可以在線編程。PIC16F83和PIC16F84片內數據存儲器除RAM外，還有64字節的EEPROM，可以當作一般的或非易失性的數據存儲器使用，簡單方便。它還具有片內上電復位、延時電路、看門狗電路等。另外，PIC16系列單片機功耗極低，因而是一種非常適合在各種便攜式設備中使用的高性價比的單片機，并已經得到了越來越廣泛的應用。 但是在許多需要大量計算的運用中，還必須借助微機的強大數據處理能力。這樣必須通過通信電路實現PIC單片機與微機間的可靠數據傳輸。有的PIC16單片機內并沒有提供串行口，所以串行通信必須通過自己設計的硬件電路和通信軟件來實現。 下面介紹用查詢法實現異步串行通訊的方法。同時給出了用PIC16F84單片機的兩個I/O口模擬2線串行口的硬件接口電路、程序流程框圖、單片機內通信程序以及微機內的通信程序等。
1 前言 美國Microchip公司的PIC16系列單片機是一種新型的CMOS工藝的8位單片機。其中，PIC16FXX單片機的程序存儲器為電可擦除閃速存儲器（flash），可多次修改程序，甚至可以在線編程。PIC16F83和PIC16F84片內數據存儲器除RAM外，還有64字節的EEPROM，可以當作一般的或非易失性的數據存儲器使用，簡單方便。它還具有片內上電復位、延時電路、看門狗電路等。另外，PIC16系列單片機功耗極低，因而是一種非常適合在各種便攜式設備中使用的高性價比的單片機，并已經得到了越來越廣泛的應用。 但是在許多需要大量計算的運用中，還必須借助微機的強大數據處理能力。這樣必須通過通信電路實現PIC單片機與微機間的可靠數據傳輸。有的PIC16單片機內并沒有提供串行口，所以串行通信必須通過自己設計的硬件電路和通信軟件來實現。 下面介紹用查詢法實現異步串行通訊的方法。同時給出了用PIC16F84單片機的兩個I/O口模擬2線串行口的硬件接口電路、程序流程框圖、單片機內通信程序以及微機內的通信程序等。
PIC16F84單片機內通信程序的設計
接收子程序框圖 圖3發送子程序框圖 圖2和圖3分別是串行發送和接收的子程序流程框圖。發送時，通過使數據發送端DX為低電平并保持B秒（9600波特率時為104μs）來發送起始位。隨后每B秒鐘通過置位或清零DX端把數據發送出去。這里的B是指一位所持續的時間（B=1/波特率）。接收時，數據接收端DR大約要每B/2秒（9600波特率時為52μs）查詢一次以檢測起始位，如果檢測到起始位，則在大約1.5B秒（9600波特率時為156μs）后檢測第一位數據位，隨后每B秒鐘檢測一次其它的數據位。 相應的源程序如下： ；接收子程序 Rcvr clrwdt ；清片內看門狗 ；定時器 btfsc RA，DR ；檢測起始位 goto Rcvr ；未檢測到起始位 movlw 8 ；檢測到起始位 movwf R_CNT ；8位數據位 Rnext call Delay ；延時B/2秒 bcf STATUS,C ；清進位標志 rrf RevReg ；LSB在先 btfsc RA,DR ；該位為0 ；還是為1 bsf RcvReg，MSB ；為1 call Delay ；延時B/2秒 decfsz R_CNT goto Rnext retlw0 ；返回 ；發送子程序 Xmtr clrwdt ；清片內看門狗 ；定時器 movlw 8 ；發送位數為8 movwf X_CNT bcf RA，DX ；發送起始位 Xnext call Delay ；延時B/2秒 call Delay ；延時B/2秒 rrf XmtReg ；LSB在先 btfsc STATUS,C ；檢測將要發送 ；的數據位 bsf RA,DX ；數據位為1 btfss STATUS，C bcf RA，DX ；數據位為0 decfsz X_CNT ；位計數為0則 ；發停止位 goto Xnext ；位計數不為0 ；則發下一位數據位 Xstop call Delay ；延時B/2秒 call Delay ；延時B/2秒 Bsf RA,DX ；發送停止位 Retlw 0 ；返回 ；延時子程序 Delay movlw 12 ；52μS延時 movwf DCNT ； Dnext decfsz DCNT goto Dnext ； retlw 0 ；
4 Win95的串行通信機制及串口查詢法的原理 常用的DOS系統主要是工作在響應中斷方式。PC機串行通信程序大多利用其BIOS塊的INT14H中斷，以查詢串口的方式完成異步串行通信。 Windows系統函數即包含了通信支持中斷功能。Win95系統為每個通信設備開辟了用戶定義的輸入輸出緩沖區（即讀/寫緩沖區），數據進出通信口均由系統后臺來完成。應用程序只需完成對輸入輸出緩沖區操作就可以了。實際過程是每接收一個字符就產生一個低級硬件中斷，Win95系統中的串行驅動程序就取得了控制權，并將接收到的字符放入輸入數據緩沖區。然后將控制權返還正在運行的應用程序。如果輸入緩沖區數據已滿，串行驅動程序用當前定義的流控制機制通知發送方停止發送數據。隊列中的數據按“先進先出”的次序處理。 (1) 按協議的設置初始化并打開串口，這樣做就是通知Windows本應用程序需要這個串口，并封鎖其他應用程序使它們不能使用此串口。 (2) 配置這個串口。 (3) 在串口上往返地傳輸數據，并在傳輸過程中進行校驗。 (4) 不需要此串口時，關閉串口。即釋放串口以供其它應用程序使用。 在這四個步驟中，主要的程序代碼集中在第（3）步。 串口查詢法是一種主要工作在查詢方式下的實現方法。當通信程序工作在“查詢”方式時，可以不考慮Win95的進程和線程的問題。僅在串口有數據時，去讀串口緩沖區就可以了，如圖4所示。這種方法下確定串口讀取的時機、握手協議及軟件糾錯的實現是程序員應考慮的主要問題。
串口初始化流程 由于這種方法主要工作在查詢方式。程序員必須完成相當一部分通信狀態的檢測工作，許多細節（甚至包括通信過程中的字符屬性的轉換）也必須通過程序代碼完成。這種查詢方法對通信雙方協議的依賴性尤其大。雙方通信協議的約定對程序實現的難易程度影響很大。 串口查詢法中，一般串口初始化的流程如圖5。 值得注意的一點是，此方法下協議的約定必須滿足以下條件：即甲方發送時，乙方必須在甲方發送動作之前進入循環接收狀態，直到接收到字符后通過對串口讀取函數ReadFile返回值的判斷跳出循環狀態。 同時，一般為了不使系統因循環等待接收而進入“死循環”狀態，可以人為設置讀取串口的循環次數，一般1000～10000次即可。 本程序的實現平臺是VB4，這是一種極為靈活的高級語言，它可以方便地引入匯編語言的思維，利用其GoTo轉向語句方便地控制程序的流程，靈活方便。
5 PC機內通信程序的實例 現約定甲方是PC機，乙方是單片機系統（如讀卡器）。通信格式設置為2400波特率，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗。 下面是一個約定好通訊協議的程序實例，協議流程如圖6所示。 以下是甲方（PC機）的幾個子函數的程序實例。 通信協議流程 Private Function OpenThePort（cPort as String，cBaud as String，cParity as String，cData as String，tStops asString）As Boolean ’ 打開串口的子過程 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 ’打開串口失敗 OpenThePort = False MsgBox “串口可能正被其他應用程序占用！” lResult = CloseHandle（lHandle） ’先關閉串口后再打開 If lResult = 0 Then OpenThePort Exit Function End If End If cDCBConfig.band = 2400 ’設置DCB cDCBConfig.parity = None cDCBConfig.data = 8 cDCBConfig.stop = 1 lResult = BuildCommDCB（cDCBConfig，DCB_COMM 按用戶設定配置一個DCB結構 If lResult = 0 Then OpenThePort = False MsgBox “無法建立DCB設備控制塊” Exit Function End If lResult = SetCommState（lHandle，DCB_Comm） ’實際設置一個串口的DCB If lResult = 0 Then OpenThePort = False MsgBox “無法建立DCB設備控制塊” Exit Function End If OpenThePort = True End Function Private Sub SendHand ( ) ’發送握手信號的子過程 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 “請把讀卡器插在串口2上！”， 48，“提示窗口” lHandle = OpenThePort（COMM1,2400,None,8,1） lRet = PurgeComm( lHandle，1 ) ’清輸出緩沖區 lRet = PurgeComm( lHandle，0 ) ’清輸入緩沖區 lRet = GetCommState ( lHandle，lpDCB ) ’獲得通訊口的狀態 Shand： Writebuff＄= Chr＄(&H8F) lRet = WriteFile (lHandle,Writebuff＄,1,Nchars,lpOverlapped ) ’送握手信號入串口緩沖區 If lRet <= 0 Then MsgBox “發送操作出錯，卡握手信號未發送成功”， 16 GoTo Shand ’不成功則重發 Else GoTo Qtest End If GoTo Shand Qtest： Readbuff$ =“ ” ’清除緩沖區為空 Do While lHandle ’循環查詢串口 RNum = 0 ’設置讀串口次數的指針為0 ReadAgain： lRet = ReadFile( lHandle， Readbuff＄，1，Nchars，lpOverlapped ) If lRet < 0 Then MsgBox “讀取應答信號時出錯”， 16 End If If lRet = 0 Then If RNum > 1000 Then ’只讀1000次串口，以免陷入死循環 MsgBox "卡沒有插接好或卡沒有接在串口上!" GoTo CloseP End If RNum = RNum + 1 GoTo ReadAgain End If If Hex＄(Asc(Readbuff)) <> Hex＄(&HFF) Then GoTo Shand ’回送碼不正確則返回繼續發送握手信號 Else Label1.Caption = “握手信號是：” ＋Hex＄(Asc(Readbuff＄)) Msgbox “握手信號正確，已正確聯機” GoTo CloseP End If Loop CloseP：lRet = CloseHandle( lHandle ) If lRet = 0 Then MsgBox “串行通訊口關閉成功”， 48，“提示窗口” End If End Sub 這里要注意的是：當PC機與單片機系統通信時，單片機數據存儲區( RAM )內的數據是十六進制，在信號線上傳輸的是十六進制數的ASCII碼的二進制形式；而Windows系統下使用的是ANSI碼，ANSI碼僅在前126個與ASCII碼相同。即在Win95下接收到的是十六進制數的ASCII碼的字符串，可先轉換為ANSI碼后再在Win95下還原為十六進制數。 具體為：Code$=Hex＄(Asc ( Readbuff$ ) ) 另外，由于32位API函數參數的數據類型的變化，所有整形參數都被換為長整型（Long）以支持32位的處理，這一點在設置返回值時尤其如此。 6 結束語 以上的軟硬件在我們的實踐中達到了較為理想的效果。通過軟件節省了硬件的開銷，并通過在PIC16F84單片機系統和PC機雙方的通信軟件內增加握手信號，達到了軟件數據校驗的目的，獲得了較高的通信可靠性。
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