隨著計算機技術的快速發展和廣泛應用，上位機和下位機的主從工作方式為工業控制及自動控制系統所采用。由于PC機分析能力強、處理速度更快及單片機使用靈活方便等特點，所以一般都將PC機作為上位機，單片機作為下位機，二者通過RS2232或者RS2485接收、發送數據和傳送指令。單片機可單獨處理數據和控制任務，同時也將數據傳送給PC機，由PC機對這些數據進行處理或顯示。

本文介紹PC機和單片機通信在一種基于C8051F單片機的波形發生器中的應用，在上位機上顯示正弦波的幅值和頻率，由上位機發送指令可以改變波形幅度及頻率。

1 硬件電路的設計

MCS251 單片機有一個全雙工的串行通訊口UART,利用其RXD和TXD與外界進行通信，其內部有2 個物理上完全獨立的接收、發送緩沖器SBUF,可同時發送和接收數據。所以單片機和PC機之間可以方便地進行串口通訊。單片機串口有3條引線： TXD （發送數據） 、RXD （接收數據）和GND（信號地） .因此在通信距離較短時可采用零MO2DEM方式，簡單三連線結構。IBM2PC機有兩個標準的RS2232串行口，其電平采用的是E IA電平，而MCS251單片機的串行通信是由TXD （發送數據）和RXD （接收數據）來進行全雙工通信的，它們的電平是TTL電平；為了PC機與MCS251機之間能可靠地進行串行通信，需要用電平轉換芯片，我們采用了MAXIM公司生產的專用芯片MAX232 進行轉換。

電路如圖1所示。

圖1 轉換芯片電路

2 系統軟件設計

軟件設計分上位機軟件設計和下位機軟件設計。這兩部分雖然在不同的機器上編寫和運行，但它們要做的工作是對應的：一個發送，另一個接收。

為了保證數據通信的可靠性，要制定通信協議，然后各自根據協議分別編制程序。現約定通信協議如下： PC機和單片機都可以發送和接收。上位機和下位機均采用查詢方式發送控字符和數據、中斷方式接收控制字符和數據。采用RS2232串口異步通信，1位起始位， 8位數據位， 1位停止位，無奇偶校驗，波特率9 600 b / s.每次PC機向單片機發送數據時，先發送握手信號"FF",下位單片機收到握手信號則發送應答信號"EE"至PC機，上位PC機收到應答信號后即發送數據。同樣，當單片機要向PC機發送數據時，也先向PC機發聯絡信號"EB90",PC機收到聯絡信號后發應答信號"EBOO",單片機收到應答信號后則發送數據。

2.1 上位機通信程序設計

PC機的串口都采用的是INS8250芯片。PC機中有2個異步通信口，一個是COM1,其端口地址范圍是3F8H-3 FFH,另一個是COM2,其端口地址是2F8H-2FFH.其與MODEM配合可以實現遠距離通信。其波特率是標準波特率（50-9 600） b / s。

8250內部有10個寄存器端口，其中有一個除數鎖存器，可以通過編程除數的大小來確定異步通信的波特率。8250使用的頻率是2 MHz的基準時鐘輸入信號，所以必須用分頻的方法產生所需要的波特率（移位脈沖） .除數鎖存器的值必須在8250初始化時設置， 即把通信線路控制器的最高位（DLAB）置1,然后分兩次把除數鎖存器的高8位和低8位分別寫入端口地址3F8H和3F9H （COM1） ,8250傳送或接收串行數據時使用的時鐘信號的頻率是數據傳輸波特率的16 倍，即波特率= 16 ×除數/1 843 200.

在Windows平臺上的串行通信多使用其提供的AP I函數來實現，這種方法使用起來需要許多底層設置，因而較為繁瑣，并且難以理解。Microsoft推出的ActiveX技術提供了另外一種實現串行通信的方法。這種方法不僅相對較為簡單，而且非常實用。

尤其是Visual C + +這種可視化面向對象的編程環境中，可以真正把串口看作一個對象，編程時只需簡單的設置，理解起來也很容易。本文上位機通信程序使用VC + +提供的串行通信控件MSComm （Mi2crosoft Communication Control） ,主要步驟如下：打開VC + + 610集成開發環境，選擇菜單項File /New,在出現的對話框中選中Projects標簽中的MFC App2Wizard （ exe） ,生成一個基于對話框的應用程序。選擇菜單項Project/Add to p roject/Components andControls?,在彈出的對話框中選擇Registered Ac2tiveX Controls文件夾下的Microsoft CommunicationsControl, 選擇Registered ActiveX Controls 來注冊MSComm,將該控件從工具箱中拉到對話框中即可實現控件的插入。選擇ClassWizard為新創建的通信控件加入一個成員變量，將其命名為m_commute.

通過該成員變量便可以對串口屬性進行設置。以下是通過設置控件屬性對串口進行初始化：

BOOL CMyCOMMDlg: : OnlnitDialog（ ）

{

CDialog: : OnlnitDialog（ ） ;

/ /此處為應用框架自動生成代碼

m_commute. SetCommPort（1） ; / /使用串口1

m_commute. SetSettings（"9600,N, 8, 1"） ; / /波特率為9600,無奇偶校驗， 8位數據位， 1位停止位

m_commute. SetRThreshold （10） ; / /每接收10個字符就觸發1次接收事件

m_commute. SetSThreshold （0） ; / /不觸發發送事件

m_commute. SetInputLen （10） ; / /每次讀操作從緩沖區中取10個字符

m_commute. SetInputMode （1） ; / /二進制數據傳輸形式

m_commute. SetPortOpen （ TRUE） ; / /打開串口

return TRUE; / /返回

}

事件驅動是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。OnComm 事件的CommEvent屬性可以捕捉并檢查通信事件和錯誤。發生通信事件或錯誤時，將觸發OnComm 事件， CommEvent屬性的值將被改變，應用程序檢查CommEvent屬性值并作出相應的反應。雙擊對話框中CMSComm控件，添加OnComm事件的代碼：

if （m_commute. GetCommEvent（ ） = = 2） / /判斷comEvReceive事件發生否

{

shortm_size =m_commute. GetinBufferCount（ ） ;

if （m_size = = 11） / /緩沖區為11個字符為滿

{

m_commute. SetInputLen （L） ; / /讀取接收到的數據

VAR IANT vRep ly =m_commute. GetInput （ ） ; / /處理接收到的數據

}

}

2.2 下位機通信程序設計

在上位機與多片單片機通信中，要保證主機與從機間可靠的通信，必須保證通信接口具有識別功能。而單片機串行口控制寄存器SCON中的控制位SM2就是為了滿足這一要求而設置的。且SM2控制位只在MCS51單片機的串行工作方式2與方式3才起作用。在串行口以方式2或方式3接收時，若SM2 =1,表示置多機通信功能位，這時出現兩種可能情況：接收到第9位數據為1時，數據才裝入SBUF,并置R I = 1向CPU發出中斷請求；如果接收到第9位數據為0時，則不發生中斷，信息被掉失。若SM2=0,則接收到的第9位數據無論是0還是1都產生R I =1中斷標志，接收到的數據裝入SBUF中。根據上述情況MCS - 51多機通信過程安排如下：

（1）開始時設所有的從機SM2位為1 ,處于只接收地址幀的狀態（串行幀的第9位為1 ） ,對數據幀（串行口的第9位為0）則不做響應。

（2）當從機接收到主機發來的地址幀后，將所接收的地址與本機地址相比較，若地址與本機地址相符，便使SM2清零以接收主機隨后發來的數據，對于地址不相符合的從機，仍保持SM2 = 1狀態，故不能接收主機隨后發來的數據信息。

（3）當主機改為與另外從機聯系時，可再發出地址幀來尋找其它從機。而先前被尋址過的從機在分析出主機是對其它從機尋址時，恢復其SM2 = 1,等待主機的再一次尋址。

（4）從機要呼叫主機時，可先發送握手信號，主機檢測到有從機呼叫后，發出應答信號，從機接收到主機應答后，便可發送數據給主機。主機通過該信號來判斷從機所處的狀態，從而作出相應的反應。

設計單片機通信程序時，必須充分發揮單片機的效率。由于單片機多應用于實時性較強的控制場合，因此，應將及時響應和控制對象的動作放在優先考慮的位置，以盡量減少通信等輔助性操作所占用的CPU時間。基于上述考慮，筆者在設計單片機通信程序時，將通信程序分為接收中斷處理程序、發送中斷處理程序和通信處理程序3部分，并將這3部分程序巧妙地進行組合，從而構成整個單片機的通信程序。圖2給出了接收中斷處理子程序，圖3給出了發送中斷子程序。

圖2 接收中斷處理程序

圖3 發送中斷處理程序

3 結束語

本文給出了上位PC機與下位單片機之間進行異步串行通信的解決方案，上位機通過友好的用戶界面，可給下位機發送控制指令。此方案在實際運行過程中，運行穩定，效果良好，從而較好地解決了上位機與下位機之間的通信問題。