C语言实现串行通信接口程序

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1、摘 要 本文说明了异步串行通信(RS-232)的工作方式，探讨了查询和中断两种 软件接口利弊，并给出两种方式的 C 语言源程序。的 I/O 通道之一，以最简单方式组成的串行双工线路只需两条信号线和一条公 共地线，因此串行通信既有线路简单的优点同时也有它的缺点，即通信速率无 法同并行通信相比，实际上 EIA RS-232C 在标准条件下的最大通信速率仅为 20Kb/S。 尽管如此，大多数外设都提供了串行口接口，尤其在工业现场 RS-232C 的应用 更为常见。IBM PC 及兼容机系列都有 RS-232 的适配器，操作系统也提供了编 程接口，系统接口分为 DOS 功能调用和 BIOS 功能调用两

2、种：DOS INT 21H 的 03h 和 04h 号功能调用为异步串行通信的接收和发送功能；而 BIOS INT 14H 有 4 组功能调用为串行通信服务，但 DOS 和 BIOS 功能调用都需握手信号，需 数根信号线连接或彼此间互相短接，最为不便的是两者均为查询方式，不提供 中断功能，难以实现高效率的通信程序，为此本文采用直接访问串行口硬件端 口地址的方式，用 C 语言编写了串行通信查询和中断查询和中断两种方式的接口程序。1.串行口工作原理 微机串行通信采用 EIA RS-232C 标准，为单向不平衡传输方式，信号电平标准 12V，负逻辑，即逻辑 1(MARKING)表示为信号电平-12V

3、，逻辑 0(SPACING) 表示为信号电平+12V，最大传送距离 15 米，最大传送速率 19.6K 波特，其传 送序列如图 1，平时线路保持为 1，传送数据开始时，先送起始位(0),然后传 8(或 7，6，5)个数据位(0，1)，接着可传 1 位奇偶校验位，最后为 12 个停止 位(1)，由此可见，传送一个 ASCII 字符(7 位)，加上同步信号最少需 9 位数据 位。 T8S12300.GIF;图 1 串行通信的工作相当复杂，一般采用专用芯片来协调处理串行数据的发送接收， 称为通用异步发送/接收器(UART)，以节省 CPU 的时间，提高程序运行效率， IBM PC 系列采用 8250

4、 UART 来处理串行通信。 在 BIOS 数据区中的头 8 个字节为 4 个 UART 的端口首地址，但 DOS 只支持 2 个串行口：COM1(基地址 0040：0000H)和 COM2(基地址 0040：0002H)。8250 UART 共有 10 个可编程的单字节寄存器，占用 7 个端口地址，复用地址通过读 /写操作和线路控制寄存器的第 7 位来区分。这 10 个寄存器的具体功能如下： COM1(COM2) 寄存器 端口地址 功能 DLAB 状态 3F8H(2F8H) 发送寄存器(写) 0 3F8H(2F8H) 接收寄存器(读) 0 3F8H(2F8H) 波特率因子低字节 1 3F9H

5、(2F9H) 波特率因子高字节 1 3F9H(2F9H) 中断允许寄存器 0 3FAH(2FAH) 中断标志寄存器 3FBH(2FBH) 线路控制寄存器 3FCH(2FCH) MODEM 控制寄存器 3FDH(2FDH) 线路状态寄存器 3FEH(2FEH) MODEM 状态寄存器注：DLAB 为线路控制寄存器第七位在编写串行通信程序时，若采用低级方式， 只需访问 UART 的这 10 个寄存器即可，相对于直接控制通信的各个参量是方 便可靠多了。其中 MODEM 控制/状态寄存器用于调制解调器的通信控制，一 般情况下不太常用；中断状态/标志寄存器用于中断方式时的通信控制，需配合 硬件中断控制器

6、 8259 的编程；波特率因子高/低字节寄存器用于初始化串行口 时通信速率的设定；线路控制/状态寄存器用于设置通信参数，反映当前状态； 发送/接收寄存器通过读写操作来区分，不言而喻用于数据的发送和接收。UART 可向 CPU 发出一个硬件中断申请，此中断信号接到中断控制器 8259， 其中 COM1 接 IRQ4(中断 OCH)，COM2 接 IRQ3(中断 OBH)。用软件访问 8259 的中断允许寄存器(地址 21H)来设置或屏蔽串行口的中断，需特别指出的是， 设置中断方式串行通信时，MODEM 控制寄存器的第三位必须置 1，此时 CPU 才能响应 UART 中断允许寄存器许可的任何通信中

7、断。2.编程原理 程序 1 为查询通信方式接口程序，为一典型的数据采集例程。其中 bioscom()函 数初始化 COM1(此函数实际调用 BIOS INT 14H 中断 0 号功能)。这样在程序中 就避免了具体设置波特率因子等繁琐工作，只需直接访问发送/接收寄存器 (3F8H)和线路状态寄存器(3FDH)来控制 UART 的工作。线路状态寄存器的标志 内容如下： 第 0 位 1=收到一字节数据 第 1 位 1=所收数据溢出 第 2 位 1=奇偶校验错 第 3 位 1=接收数据结构出错 第 4 位 1=断路检测 第 5 位 1=发送保存寄存器空 第 6 位 1=发送移位寄存器空 第 7 位 1

8、=超时 当第 0 位为 1 时，标志 UART 已收到一完整字节，此时应及时将之读出，以免 后续字符重叠，发生溢出错误，UART 有发送保持寄存器和发送移位寄存器。 发送数据时，程序将数据送入保持寄存器(当此寄存器为空时)，UART 自动等 移位寄存器为空时将之写入，然后把数据转换成串行形式发送出去。 本程序先发送命令，然后循环检测，等待接收数据，当超过一定时间后视为数 据串接收完毕。若接收到数据后返回 0，否则返回 1。 若以传送一个 ASCII 字符为例，用波特率 9600 b/s，7 个数据位，一个起始位， 一个停止位来初始化 UART，则计算机 1 秒可发送/接收的最大数据量仅为 96

9、00/9=1074 字节，同计算机所具有的高速度是无法相比的，CPU 的绝大部分 时间耗费在循环检测标志位上。在一个有大量数据串行输入/输出的应用程序中， 这种消耗是无法容忍的，也不是一种高效率通信方式，而且可以看到，在接收 一个长度未知的数据串时，有可能发生遗漏。程序 2 是一组中断方式通信接口程序。微机有两条用于串行通信的硬件中断通 道 IRQ3(COM2)和 IRQ4(COM1)，对应中断向量为 OBH 和 OCH，可通过设置 中断屏蔽寄存器(地址 21H)来开放中断。置 1 时屏蔽该中断，否则开放中断。硬件中断例程必须在程序末尾往中断命令寄存器(地址 20H)写入 20H，即 MOV

10、AL， 20H OUT 20H， AL 用以将当前中断服务寄存器清零，避免中断重复响应。 每路 UART 有 4 组中断，程序可通过中断允许寄存器(3F9H)来设置开放那路中 断。这 4 组中断的位标志如下： 第 0 位 1=接收到数据 第 1 位 1=发送保持寄存器为空 第 2 位 1=接收数据出错 第 3 位 1=MODEM 状态寄存器改变 第 47 位为 0 在中断例程中检查 UART 的中断标志寄存器(3FAH)，确定是哪一组事件申请中 断。该寄存器第 0 位为 0 时表示有中断申请，响应该中断并采取相应措施后， UART 自动复位中断标志；第 2，1 位标志中断类型，其位组合格式如下

11、：代码 中断类型 复位措施 11 接收出错读线路状态寄存器 10 接收到数据读接收寄存器 01 发送寄存器空输出字符至发送寄存器 00MODEM 状态改变读 MODEM 状态 寄存器这 4 组中断的优先级为 0 号最低，3 号最高。 在本组程序中，函数 setinterrupt()和 clearinterrupt()设置和恢复串行通信中断向 量；cominit()初始化指定串行口并开放相应中断；sendcomdata()和 getcomeomdata()用于发送和接收数据串；com1()和 com2()为中断例程，二者均 调用 fax2()函数，fax2()函数为实际处理数据接收和发送的例程。

12、明确了串行口 的工作原理，就不难理解其具体程序。 3.结论 上述程序采用 C 语言编写，在 BORLAND C+2.0 集成环境中调试通过，为简 单起见，只考虑了使用发送/接收两条信号线的情况，并未考虑使用握手信号线。在实际应用中这两组程序尚有一些可修改之处。比如，中断接收程序中的缓冲 区可改为循环表，以防数据溢出，尽可能保留最新数据。由于笔者水平所限， 文中不足疏漏之处尚希行家指正。 程序 1： static int receive_delay=10000; int may(unsigned par,char *comm,char *ss) int cs=0,j=0; char *p; bi

13、oscom(0,par,0); /com1 loop:p=comm; inportb(0x3f8); /reset do while(inportb(0x3f8+5) outportb(0x3f8,*p+); while(*p); /send command os=0;j=0; do if(inportb(0x3fd)else cs+; continue; ssj+=inportb(0x3f8); cs=0;while(l); ssj=0; if(j) return 0; else return 1; 程序 2： #include #include #include #include #ino

14、lude #define maxsize 4096 #define SEND 2 #define RECEIVE 1 #define COM1 0 #define COM2 1 static unsigned char Hardinterrupt=0; struct ComInterrupt int portadd; int intbit; char bufmaxsize,*comm; int bufh,recount,sendcount; com2=0x3f8,0x0c,“,“,0,0,0, 0x2f8,0x0b,“,“,0,0,0 ; void static interrupt (*old

15、_com2)(void); vold interrupt coml(vold); void interrupt com2(void); void fax2(int comnum); void setinterrupt(int comnum); void clearinterrupt(int comnum); void cominit(int comnum, int para, int interruptmark); void sendcomdata (int comnum,char *command); int getcomdata (int comnum, char *buf); void

16、interrupt com1(void) fax2(0); void interrupt com2(void) fax2(1); / set cominterrupt, comnum 0=com1, 1=com2 void setinterrupt (int comnum) old_comcomnum=getvect(comcomnum.intbit); if (!oomnum) setvect(comcomnum.intbit,coml); /com1 else setvect(comcomnum.intbit,com2); /com2/set hard int Hardinterrupt = inportb(0x21); if(comnum) outportb(0x21,Hardinterrupt /com2 ,0 else outportb(0x21,Hardinterrupt /com1 0, void clear int