1 前言

美國Microchip公司的PIC16系列單片機(jī)是一種新型的CMOS工藝的8位單片機(jī),。其中,，PIC16FXX單片機(jī)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(nèi)數(shù)據(jù)存儲器除RAM外，還有64字節(jié)的EEPROM,，可以當(dāng)作一般的或非易失性的數(shù)據(jù)存儲器使用,，簡單方便。它還具有片內(nèi)上電復(fù)位,、延時(shí)電路,、看門狗電路等。另外,，PIC16系列單片機(jī)功耗極低,，因而是一種非常適合在各種便攜式設(shè)備中使用的高性價(jià)比的單片機(jī)，并已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用,。
但是在許多需要大量計(jì)算的運(yùn)用中,，還必須借助微機(jī)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力,。這樣必須通過通信電路實(shí)現(xiàn)PIC單片機(jī)與微機(jī)間的可靠數(shù)據(jù)傳輸。有的PIC16單片機(jī)內(nèi)并沒有提供串行口,，所以串行通信必須通過自己設(shè)計(jì)的硬件電路和通信軟件來實(shí)現(xiàn),。
下面介紹用查詢法實(shí)現(xiàn)異步串行通訊的方法。同時(shí)給出了用PIC16F84單片機(jī)的兩個(gè)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(jī)內(nèi)通信程序以及微機(jī)內(nèi)的通信程序等。

2 硬件實(shí)現(xiàn)方法與電路

PIC16F84單片機(jī)的程序存儲器由1K×14的閃速（flash）存儲器構(gòu)成,，它只有13條I/O口,，1個(gè)定時(shí)器，為了盡量節(jié)省單片機(jī)的軟硬件資源,，采用下述異步串行通信的實(shí)現(xiàn)方法,。
如圖1所示，PIC16F84在4MHz時(shí)鐘下,，采用半雙工方式,，可實(shí)現(xiàn)9600波特率的異步串行數(shù)據(jù)通信，1位停止位,，8位數(shù)據(jù)位,，無校驗(yàn)位。接收和發(fā)送以低位在先（一般模式）,，采用軟件延時(shí),。為節(jié)省篇幅，單片機(jī)內(nèi)的通信程序中未提供任何握手協(xié)議,，用戶可根據(jù)自己的需要在軟件中加入握手方式,。

由于PIC16F84單片機(jī)本身沒有專門的串行口,，這里用其I/O口來模擬串行口的功能,。
PC機(jī)的串行接口是符合EIA RS-232C規(guī)范的外部總線標(biāo)準(zhǔn)接口。RS-232C采用的是負(fù)邏輯,，即邏輯“1”：－5V至－15V,；邏輯“0”：+5V至+15V。而CMOS電平為：邏輯“1”：4.99V,，邏輯“0”：0.01V,；TTL電平的邏輯“1”和“0”則分別為2.4V和0.4V。因此在用RS-232C總線進(jìn)行串行通信時(shí)需外接電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換,。在發(fā)送端用驅(qū)動器將TTL或CMOS電平轉(zhuǎn)換為RS-232C電平,，在接收端用接收器將RS—232C電平再轉(zhuǎn)換為TTL或CMOS電平。
這里選用了MAXIM公司的MAX202E來作電平轉(zhuǎn)換,。MAX202E屬于MAXIM公司的通用串行接收/發(fā)送驅(qū)動器芯片,。其外圍電路簡單,，只需外接四個(gè)0.1μF的電容即可，如圖1所示,。



圖1 接口原理圖

3 PIC16F84單片機(jī)內(nèi)通信程序的設(shè)計(jì)

　


圖2 接收子程序框圖 圖3發(fā)送子程序框圖


圖2和圖3分別是串行發(fā)送和接收的子程序流程框圖,。發(fā)送時(shí)，通過使數(shù)據(jù)發(fā)送端DX為低電平并保持B秒（9600波特率時(shí)為104μs）來發(fā)送起始位,。隨后每B秒鐘通過置位或清零DX端把數(shù)據(jù)發(fā)送出去,。這里的B是指一位所持續(xù)的時(shí)間（B=1/波特率）。接收時(shí),，數(shù)據(jù)接收端DR大約要每B/2秒（9600波特率時(shí)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(shí)為156μs）后檢測第一位數(shù)據(jù)位,，隨后每B秒鐘檢測一次其它的數(shù)據(jù)位,。
相應(yīng)的源程序如下：

；接收子程序
Rcvr
clrwdt
,；清片內(nèi)看門狗
,；定時(shí)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(shù)據(jù)位
Rnext
call
Delay ,；延時(shí)B/2秒
bcf
STATUS,C ；清進(jìn)位標(biāo)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(shí)B/2秒
decfsz
R_CNT
goto
Rnext
retlw0
,；返回
,；發(fā)送子程序
Xmtr
clrwdt
；清片內(nèi)看門狗
,；定時(shí)器
movlw
8 ,；發(fā)送位數(shù)為8
movwf
X_CNT
bcf
RA，DX ,；發(fā)送起始位
Xnext
call
Delay ,；延時(shí)B/2秒
call
Delay ；延時(shí)B/2秒
rrf
XmtReg ；LSB在先
btfsc
STATUS,C ,；檢測將要發(fā)送
　
,；的數(shù)據(jù)位
bsf
RA,DX ；數(shù)據(jù)位為1
btfss
STATUS,，C
bcf
RA,，DX ；數(shù)據(jù)位為0
decfsz
X_CNT ,；位計(jì)數(shù)為0則
,；發(fā)停止位
goto
Xnext ；位計(jì)數(shù)不為0
,；則發(fā)下一位數(shù)據(jù)位
Xstop
call
Delay ,；延時(shí)B/2秒
call
Delay ；延時(shí)B/2秒
Bsf
RA,DX ,；發(fā)送停止位
Retlw
0 ,；返回
；延時(shí)子程序
Delay
movlw
12 ,；52μS延時(shí)
movwf
DCNT ,；
Dnext
decfsz
DCNT
goto
Dnext ；
retlw 0
,；

4 Win95的串行通信機(jī)制及串口查詢法的原理

常用的DOS系統(tǒng)主要是工作在響應(yīng)中斷方式,。PC機(jī)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(tǒng)函數(shù)即包含了通信支持中斷功能,。Win95系統(tǒng)為每個(gè)通信設(shè)備開辟了用戶定義的輸入輸出緩沖區(qū)（即讀/寫緩沖區(qū)），數(shù)據(jù)進(jìn)出通信口均由系統(tǒng)后臺來完成,。應(yīng)用程序只需完成對輸入輸出緩沖區(qū)操作就可以了,。實(shí)際過程是每接收一個(gè)字符就產(chǎn)生一個(gè)低級硬件中斷，Win95系統(tǒng)中的串行驅(qū)動程序就取得了控制權(quán),，并將接收到的字符放入輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū),。然后將控制權(quán)返還正在運(yùn)行的應(yīng)用程序。如果輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)已滿,，串行驅(qū)動程序用當(dāng)前定義的流控制機(jī)制通知發(fā)送方停止發(fā)送數(shù)據(jù),。隊(duì)列中的數(shù)據(jù)按“先進(jìn)先出”的次序處理。
(1) 按協(xié)議的設(shè)置初始化并打開串口,，這樣做就是通知Windows本應(yīng)用程序需要這個(gè)串口，并封鎖其他應(yīng)用程序使它們不能使用此串口,。
(2) 配置這個(gè)串口,。
(3) 在串口上往返地傳輸數(shù)據(jù)，并在傳輸過程中進(jìn)行校驗(yàn),。
(4) 不需要此串口時(shí),，關(guān)閉串口,。即釋放串口以供其它應(yīng)用程序使用。
在這四個(gè)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(shí)現(xiàn)方法。當(dāng)通信程序工作在“查詢”方式時(shí),，可以不考慮Win95的進(jìn)程和線程的問題,。僅在串口有數(shù)據(jù)時(shí)，去讀串口緩沖區(qū)就可以了,，如圖4所示,。這種方法下確定串口讀取的時(shí)機(jī)、握手協(xié)議及軟件糾錯(cuò)的實(shí)現(xiàn)是程序員應(yīng)考慮的主要問題,。

　

圖4 讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)流程圖

　


圖5 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(dāng)一部分通信狀態(tài)的檢測工作，許多細(xì)節(jié)（甚至包括通信過程中的字符屬性的轉(zhuǎn)換）也必須通過程序代碼完成,。這種查詢方法對通信雙方協(xié)議的依賴性尤其大,。雙方通信協(xié)議的約定對程序?qū)崿F(xiàn)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(diǎn)是，此方法下協(xié)議的約定必須滿足以下條件：即甲方發(fā)送時(shí),，乙方必須在甲方發(fā)送動作之前進(jìn)入循環(huán)接收狀態(tài),，直到接收到字符后通過對串口讀取函數(shù)ReadFile返回值的判斷跳出循環(huán)狀態(tài)。
同時(shí),，一般為了不使系統(tǒng)因循環(huán)等待接收而進(jìn)入“死循環(huán)”狀態(tài),，可以人為設(shè)置讀取串口的循環(huán)次數(shù)，一般1000～10000次即可,。
本程序的實(shí)現(xiàn)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?yún)R編語言的思維,，利用其GoTo轉(zhuǎn)向語句方便地控制程序的流程,，靈活方便。

5 PC機(jī)內(nèi)通信程序的實(shí)例

現(xiàn)約定甲方是PC機(jī),，乙方是單片機(jī)系統(tǒng)（如讀卡器）,。通信格式設(shè)置為2400波特率，8位數(shù)據(jù)位,，1位停止位,，無奇偶校驗(yàn)。
下面是一個(gè)約定好通訊協(xié)議的程序?qū)嵗瑓f(xié)議流程如圖6所示,。
以下是甲方（PC機(jī)）的幾個(gè)子函數(shù)的程序?qū)嵗?br />


圖6 通信協(xié)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(yīng)用程序占用！”

lResult = CloseHandle（lHandle） ’先關(guān)閉串口后再打開

If lResult = 0 Then

OpenThePort

Exit Function

End If

End If

cDCBConfig.band = 2400 ’設(shè)置DCB

cDCBConfig.parity = None

cDCBConfig.data = 8

cDCBConfig.stop = 1

lResult = BuildCommDCB（cDCBConfig,，DCB_COMM） ’按用戶設(shè)定配置一個(gè)DCB結(jié)構(gòu)

If lResult = 0 Then

OpenThePort = False

MsgBox “無法建立DCB設(shè)備控制塊”

Exit Function

End If

lResult = SetCommState（lHandle,，DCB_Comm） ’實(shí)際設(shè)置一個(gè)串口的DCB

If lResult = 0 Then

OpenThePort = False

MsgBox “無法建立DCB設(shè)備控制塊”

Exit Function

End If

OpenThePort = True

End Function

Private Sub SendHand ( ) ’發(fā)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(qū)

lRet = PurgeComm( lHandle,，0 ) ’清輸入緩沖區(qū)

lRet = GetCommState ( lHandle,，lpDCB ) ’獲得通訊口的狀態(tài)

Shand：

Writebuff＄= Chr＄(&H8F)

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

’送握手信號入串口緩沖區(qū)

If lRet <= 0 Then

MsgBox “發(fā)送操作出錯(cuò)，卡握手信號未發(fā)送成功”,， 16

GoTo Shand ’不成功則重發(fā)

Else

GoTo Qtest

End If

GoTo Shand

Qtest：

Readbuff$ =“ ” ’清除緩沖區(qū)為空

Do While lHandle ’循環(huán)查詢串口

RNum = 0 ’設(shè)置讀串口次數(shù)的指針為0

ReadAgain：

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

If lRet < 0 Then

MsgBox “讀取應(yīng)答信號時(shí)出錯(cuò)”， 16

End If

If lRet = 0 Then

If RNum > 1000 Then ’只讀1000次串口,，以免陷入死循環(huán)

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(xù)發(fā)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(lián)機(jī)”

GoTo CloseP

End If

Loop

CloseP：lRet = CloseHandle( lHandle )

If lRet = 0 Then

MsgBox “串行通訊口關(guān)閉成功”，

48,，“提示窗口”

End If

End Sub

這里要注意的是：當(dāng)PC機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)通信時(shí),，單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲區(qū)( RAM )內(nèi)的數(shù)據(jù)是十六進(jìn)制，在信號線上傳輸?shù)氖鞘M(jìn)制數(shù)的ASCII碼的二進(jìn)制形式,；而Windows系統(tǒng)下使用的是ANSI碼,，ANSI碼僅在前126個(gè)與ASCII碼相同。即在Win95下接收到的是十六進(jìn)制數(shù)的ASCII碼的字符串,，可先轉(zhuǎn)換為ANSI碼后再在Win95下還原為十六進(jìn)制數(shù),。
具體為：Code$=Hex＄(Asc ( Readbuff$ ) )
另外,，由于32位API函數(shù)參數(shù)的數(shù)據(jù)類型的變化,，所有整形參數(shù)都被換為長整型（Long）以支持32位的處理,，這一點(diǎn)在設(shè)置返回值時(shí)尤其如此。

6 結(jié)束語

以上的軟硬件在我們的實(shí)踐中達(dá)到了較為理想的效果,。通過軟件節(jié)省了硬件的開銷,，并通過在PIC16F84單片機(jī)系統(tǒng)和PC機(jī)雙方的通信軟件內(nèi)增加握手信號，達(dá)到了軟件數(shù)據(jù)校驗(yàn)的目的,，獲得了較高的通信可靠性,。

參 考 文 獻(xiàn)

1 MICROCHIP CO. PIC16/17 MICROCO-NTROLLER DATA BOOK. 1995/1996
2 李東星等. PIC16CXX系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì). 高奇電子科技公司，1996.10
3 美 Darwin Boyle等. Visual Basic 4 Developer’s Guide. 北京：機(jī)械工
業(yè)出版社,，1997.