基于C语言编程实现串口通讯接口的设计和应用分析

来源：河北工业大学 作者：葛磊蛟，毛一之，李歧，高婧嫱

前言

串行通信在通讯领域被广泛应用，标准的RS232接口已成为计算机、外设、交换机和许多通讯设备的标准接口。虽然近年来随着USE口的日趋流行，RS232接口串口作为一种传统的串口通信口有被取代的趋势。然而由于它具有较高的性价比和传输的可靠性Ⅲ。在传输速率要求不是很高的情况下，串口通信仍然具有其自身的优势。同时RS232标准广泛应用于微型计算机系统和大型系统中，RS232标准还具有连线简单、通讯距离长等优点，本文将着熏介绍串口通信的连接方式以及利用C语言编程实现串口通讯，最后以实际的工程项目应用，验证了该通讯方式的可靠性。

1 RS232串行接口

1.1 RS232接口简介

RS232串行接口属于个人计算机（PC）及电信应用领域中最为成功的串行数据标准。它被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准，是目前PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口嗍。现在的Pc机一般至少有两个串行口COMI和COM2.新一代的汁算机主要以9引脚的D型接头接出所有的RS232通信信号及控制线（有的计算机的COM2仍为25引脚）。

1.2 RS232串口引脚说明（见表1）

表1引脚缩写功能说明

1.3串口连接器的连接方式

串口连接器是两个串行接口的连接器，RS232串口存在9针和25针两种形式，根据连接的针数，串口通信连接方式主要分为：1）无握手连接方式；2）全握手连接方式；3）循环握手回送方式。本文开发的软件运行在全握手连接方式下，该连接方式如表2所示。

表2全握手连接

2 C语言串口通信软件实现

2.1测试中的硬件设备。

2.1.1单机测试方式

如果单机仅仅拥有一个RS232串口，可将RS232连接线的第2引脚（RD）与第3引脚（TD）短路，那么由第3引脚的输出信号就会被发送到第2引脚而送到同一串行端}1的输入缓冲区，即可将数据读入，进入测试过程。

如果单机拥有COMl和COM2口两个RS232串口，那么请选择1 3节表2中的串口连接方式，进入测试过程。

2.1.2近距离两台设备通信测试方式

如果要在两台PC计算机之间，一台嵌入式系统主控机和一台PC计算机之间，或者上位机和下位机之间进行串口通信，那么请选择1.3节表2中的RS232串口方式连接两台设备，进入测试过程。

2.1.3远距离两台通信测试方式

RS232标准规定，若不使用Modem，在码元畸变小于4%的情况下，Dte和DCE通信两端之间最大传输距离为15 m.若距离较远，须附加调制解调器（Modem）。其连接方式如图1所示。

图1 远距离串口通信连接方式

2.2 C语言的串口通信软件实现

2.2.1串口通信软件流程图

图2数据通信的流程图

2.2.2 C语言函数具体实现串口通信软件过程

由于I/O串行通信口的速度远远低于CPU的速度，在查询工作方式时，CPU长时间处于等待状态，其效率非常低，不利于CPU的资源利用。解决这一矛盾的有效办法是采取中断的通信方式，即当通信口自身准备就绪时，主动提出中断申请，一旦CPU响应此申请，便暂停执行的工作，转向中断服务子程序，与外设进行数据的交换，数据交换完成后返回到主程序中的断点继续执行未完成的任务，这样就避免了CPU资源的浪费㈨。

为此必须对异步通信适配器以及中断控制器进行控制。作为系统的外设，异步通信适配器和中断控制器都有其对应的I/O口地址，所以本文采用C语言函数库中的寻址函数outportb（）和函数inportb（）对上述芯片进行直接读写操作。其控制包括对中断控制器地址的编程，允许IRQ3，IRQ4中断，同时置MODEM控制寄存器地址为有效，这样即可实现中断方式的通信。根据图2的串口通信流程图，其具体实现串口通信的过程如下：

1）初始化串口函数。

参数说明：

ComPortAddr 串口端口地址（coMl口是03F8H COM2口是02F8H）

IntVectNum 中断处理号（一般选择0X0b）

Baud 波特率

Data 数据位

STop 停止位

Parity 奇偶校验位

void Init-COM（int ComPortAddr，unsigned char IntVectNum，im Baud，unsigned char Data，unsigned char Stop，unsigned char Parity）

{

unsigned char High，Low;

int f.

comportaddr=ComPortAddr;

intvectnum=IntVectNum;

CharslnBuf=0;Circln=0;CircOut=0;

/*set baud rate设置波特率*/

f=（Baud/100）：

f=1152/t;High=f/256;

Low=f-High*256;

outportb（ComPortAddr+3，0x80）；

outportb（ComPortAddr，LOW）；

outportb（ComPortAddr+l，High）；

/*set data bits，stop bits，and parity设置数据位。停止位。校验*/

Data=（Data-5）|（（Stop-1）*4）；

if（Parity=2）Data=Data|0x18;

else if（Parity==1）Data=Data|0x8;

outportb（ComPortAddr+3，Data）；

/*set MCR（DTR，RTS=0，OUTl，OUT2=1）设置MODEM控制位*/

outportb（ComPortAddr+4，0xob）；

/*set input data ready interrupt mode设置输入数据中断模式*/

outportb（ComPortAddr+1，Ox01）；

/*set OC interrupt vector设置中断源*/

disable （）；

OldAsyncInt=getvect（IntVectNum）；

setvect（ImVectNum，AsyncInt）；

enable （）；

/*open interrupt打开中断*/

maskb=inp（Port8259+1）；

if（IntVectNum一0x0c）outport（Port8259+1，maskb&Oxef）；/*INT4*/

else outport（Port8259+1，maskb&0xf7）；/*INT3*/

}

2）握手信号控制。

该函数引入递归调用的方式，很好的解决了以往串口通信过程中，在握手信号方面选择发送指定特定字符（例如“样”）所带来的误传送问题，大大提高了串口通信的成功率。

void wait（char ch）

{

if（ReceiveChar（COM232）==ch）return;//确定对方已经成功接受或者发送，就返回空

else

{

SendChar（ch）；//把接受或者发送出去的字符重新发送；

wait（ch）； //递归调用，直到对方确定接受或者发送成功为止；

）

）

3）向串行口发送一个字符

该函数的思想是先申请占有中断，后进行发送数据通信；

int SendChar（unsigned char Char）

{

do

{

printf（“send waiting》》》》》》》》》\n”）：

//在屏幕上提示用户正在等待中断进行。

}while（（inportb（comportaddr+5）&0x20）==O）；//检查发送端数据线是否准备好

outportb（comportaddr，Char://发送数据到缓冲区

return（Char）；//返回发送完成的字符

}

4）从串行口接受一个字符

该函数的思想是先取得中断控制，后面进行接收数据通信；

int ReceiveChar（int port）

{

do{

printf（“receive waiting》》》》》》》》\n”）；

∥在屏幕上提示用户正在等待中断进行。

}

while（（inportb（eomportaddr+5）&0x01）==0）；//检查接收端数据线是否准备好

return（inportb（pONt）；//从接收数据缓冲区取数据

}

3 实例

在企业产品测试平台和嵌入式控制系统之间，约定通信双方的协议相同，首先嵌入式EMB主控机通过串El把控制消息发送给产品测试平台，让产品测试平台根据发送来的指令进行相关操作：同时在产品测试平台上的测试结果信息，测试每个单项目的相关信息也通过串口传输数据到嵌入式EMB主控机；嵌入式EMB主控机把测试相关的有效信息进行整理后，通过网络上传到Server，Server把企业所有生产线的嵌入式EMB主控机发送来的信息进行整理和分析，在企业资源管理系统ERP上共享，让企业的高级管理人员实时监视企业生产的进行情况，大大提高企业的办公效率，其整体工作原理图如图3所示。

图3企业生产整体工作原理图

4结论

本文所阐述的RS232串口通信软件，在具体实践中结合功能需要，综合考虑复杂程度、灵活性等因素，选择了合适的方法，实现了串口通信过程，同时在产品测试平台和嵌入式控制系统之间，该软件得到了充分的应用，有效地提升了企业的生产工作效率。

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