Ｃ語言實行串行通信接口程序

馬東洋

摘要:本文說明了異步串行通信(RS-232)的工作方式,探討了查詢和中斷兩種軟件接口利弊。

關鍵詞:C語言 串行 通信

串行通信既有線路簡單的優(yōu)點同時也有它的缺點,即通信速率無法同并行通信相比,實際上EIA RS-232C在標準條件下的最大通信速率僅為20Kb/S。盡管如此,大多數(shù)外設都提供了串行口接口,尤其在工業(yè)現(xiàn)場RS-232C的應用更為常見。IBM PC及兼容機系列都有RS-232的適配器,操作系統(tǒng)也提供了編程接口,系統(tǒng)接口分為DOS功能調用和BIOS功能調用兩種:DOS INT 21H的03h和04h號功能調用為異步串行通信的接收和發(fā)送功能;而BIOS INT 14H有4組功能調用為串行通信服務,但DOS和BIOS功能調用都需握手信號,需數(shù)根信號線連接或彼此間互相短接,最為不便的是兩者均為查詢方式,不提供中斷功能,難以實現(xiàn)高效率的通信程序,為此本文采用直接訪問串行口硬件端口地址的方式,用C語言編寫了串行通信查詢和中斷兩種方式的接口程序。

1. 串行口工作原理

微機串行通信采用EIA RS-232C標準,為單向不平衡傳輸方式,信號電平標準±12V,負邏輯,即邏輯1(MARKING)表示為信號電平-12V,邏輯0(SPACING)表示為信號電平 12V,最大傳送距離15米,最大傳送速率19.6K波特,其傳送序列如圖1,平時線路保持為1,傳送數(shù)據(jù)開始時,先送起始位(0),然后傳8(或7,6,5)個數(shù)據(jù)位(0,1),接著可傳1位奇偶校驗位,最后為1～2個停止位(1),由此可見,傳送一個ASCII字符(7位),加上同步信號最少需9位數(shù)據(jù)位。

串行通信的工作相當復雜,一般采用專用芯片來協(xié)調處理串行數(shù)據(jù)的發(fā)送接收,稱為通用異步發(fā)送/接收器(UART),以節(jié)省CPU的時間,提高程序運行效率,IBM PC系列采用8250 UART來處理串行通信。

在BIOS數(shù)據(jù)區(qū)中的頭8個字節(jié)為4個UART的端口首地址,但DOS只支持2個串行口:COM1(基地址0040:0000H)和COM2(基地址0040:0002H)。8250 UART共有10個可編程的單字節(jié)寄存器,占用7個端口地址,復用地址通過讀/寫操作和線路控制寄存器的第7位來區(qū)分。注:DLAB為線路控制寄存器第七位在編寫串行通信程序時,若采用低級方式,只需訪問UART的這10個寄存器即可,相對于直接控制通信的各個參量是方便可靠多了。其中MODEM控制/狀態(tài)寄存器用于調制解調器的通信控制,一般情況下不太常用;中斷狀態(tài)/標志寄存器用于中斷方式時的通信控制,需配合硬件中斷控制器8259的編程;波特率因子高/低字節(jié)寄存器用于初始化串行口時通信速率的設定;線路控制/狀態(tài)寄存器用于設置通信參數(shù),反映當前狀態(tài);發(fā)送/接收寄存器通過讀寫操作來區(qū)分,不言而喻用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

2. 編程原理

程序1為查詢通信方式接口程序,為一典型的數(shù)據(jù)采集例程。其中bioscom()函數(shù)初始化COM1(此函數(shù)實際調用BIOS INT 14H中斷0號功能)。這樣在程序中就避免了具體設置波特率因子等繁瑣工作,只需直接訪問發(fā)送/接收寄存器(3F8H)和線路狀態(tài)寄存器(3FDH)來控制UART的工作。線路狀態(tài)寄存器的標志內容如下:

第0位 1=收到一字節(jié)數(shù)據(jù)

第1位 1=所收數(shù)據(jù)溢出

第2位 1=奇偶校驗錯

第3位 1=接收數(shù)據(jù)結構出錯

第4位 1=斷路檢測

第5位 1=發(fā)送保存寄存器空

第6位 1=發(fā)送移位寄存器空

第7位 1=超時

當?shù)?位為1時,標志UART已收到一完整字節(jié),此時應及時將之讀出,以免后續(xù)字符重疊,發(fā)生溢出錯誤,UART有發(fā)送保持寄存器和發(fā)送移位寄存器。發(fā)送數(shù)據(jù)時,程序將數(shù)據(jù)送入保持寄存器(當此寄存器為空時),UART自動等移位寄存器為空時將之寫入,然后把數(shù)據(jù)轉換成串行形式發(fā)送出去。

本程序先發(fā)送命令,然后循環(huán)檢測,等待接收數(shù)據(jù),當超過一定時間后視為數(shù)據(jù)串接收完畢。若接收到數(shù)據(jù)后返回0,否則返回1。

若以傳送一個ASCII字符為例,用波特率9600 b/s,7個數(shù)據(jù)位,一個起始位,一個停止位來初始化UART,則計算機1秒可發(fā)送/接收的最大數(shù)據(jù)量僅為9600/9=1074字節(jié),同計算機所具有的高速度是無法相比的,CPU的絕大部分時間耗費在循環(huán)檢測標志位上。

程序2是一組中斷方式通信接口程序。微機有兩條用于串行通信的硬件中斷通道IRQ3(COM2)和IRQ4(COM1),對應中斷向量為OBH和OCH,可通過設置中斷屏蔽寄存器(地址21H)來開放中斷。置1時屏蔽該中斷,否則開放中斷。硬件中斷例程必須在程序末尾往中斷命令寄存器(地址20H)寫入20H,即:

MOV AL, 20H

OUT 20H, AL用以將當前中斷服務寄存器清零,避免中斷重復響應。

每路UART有4組中斷,程序可通過中斷允許寄存器(3F9H)來設置開放那路中斷。這4組中斷的位標志如下:

第0位 1=接收到數(shù)據(jù)

第1位 1=發(fā)送保持寄存器為空

第2位 1=接收數(shù)據(jù)出錯

第3位 1=MODEM狀態(tài)寄存器改變

第4～7位為0

在中斷例程中檢查UART的中斷標志寄存器(3FAH),確定是哪一組事件申請中斷。該寄存器第0位為0時表示有中斷申請,響應該中斷并采取相應措施后,UART自動復位中斷標志;第2,1位標志中斷類型,其位組合格式如下:代碼 中斷類型 復位措施11接收出錯讀線路狀態(tài)寄存器10接收到數(shù)據(jù)讀接收寄存器01發(fā)送寄存器空輸出字符至發(fā)送寄存器00MODEM狀態(tài)改變讀MODEM狀態(tài)寄存器這4組中斷的優(yōu)先級為0號最低,3號最高。

3. 結論

上述程序采用C語言編寫,在BORLAND C 2.0集成環(huán)境中調試通過,為簡單起見,只考慮了使用發(fā)送/接收兩條信號線的情況,并未考慮使用握手信號線。在實際應用中這兩組程序尚有一些可修改之處。