Linux PC和51系列單片機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)

單片機(jī)性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大，在智能儀器、工業(yè)裝備以及日用電子消費(fèi)品中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在單片機(jī)的輸入輸出控制中，除直接接上小鍵盤和 LCD顯示屏等方法外，一般都通過串口和上位機(jī)PC進(jìn)行通信，而后一種方法由于能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并且能夠利用PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能以及友好的控制界面，顯得尤為重要。在一般的利用PC機(jī)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制的場(chǎng)合，都是采用Windows作為上位機(jī)的平臺(tái)，其優(yōu)點(diǎn)是界面友好，編程和操作都比較容易，缺點(diǎn)是穩(wěn)定性太差，這對(duì)于需要連續(xù)數(shù)天或數(shù)月運(yùn)行的裝置來說，尤其不合適。在要求比較苛刻的場(chǎng)合，一般都采用UNIX工作站作為主控平臺(tái)，如合肥同步輻射加速器的主控平臺(tái)采用的是SUN的Solaris工作站系統(tǒng)，然而UNIX工作站昂貴的價(jià)格又大大限制了其使用的范圍。近年來，隨著Linux的迅猛發(fā)展，使其逐漸從少數(shù)人的玩具變成了主流的操作系統(tǒng)。Linux是遵循GPL協(xié)議的免費(fèi)源代碼開放軟件，任何人都可以自由的從Internet上取得其源程序，也可在GPL的協(xié)議下修改其源代碼以適應(yīng)特定的應(yīng)用，其運(yùn)行在普通的PC上，性能穩(wěn)定，特別適于做工業(yè)控制，因此實(shí)現(xiàn)Linux和單片機(jī)的串行通信非常有意義，他可以是昂貴的UNIX工作站的一種可選的替代方法。

1　硬件原理

目前國(guó)內(nèi)使用較多的為MCS-51系列的單片機(jī)，因此選用的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)對(duì)象為一片AT89C51，圖1是硬件原理圖，由于要實(shí)現(xiàn)符合RS232C的串行通信，還應(yīng)該用一片ICL232CPE(MAX232)作為串行通信的電平轉(zhuǎn)換電路。在實(shí)驗(yàn)過程中，為了查看通信是否成功，除了讓單片機(jī)對(duì)上位機(jī)回送數(shù)據(jù)外，還在單片機(jī)外圍擴(kuò)展了幾片鎖存器，幾個(gè)LED發(fā)光二極管和幾個(gè)小鍵盤。串行通信是采用最簡(jiǎn)單的TxD，RxD，GND三線制連接，注意TxD和RxD 兩邊應(yīng)該交叉連線。

上位機(jī)是一臺(tái)普通的PC機(jī)，共有2個(gè)串行口COM1，COM2，其運(yùn)行RedHat8．0，實(shí)際上，如果不要求運(yùn)行Gnome或KDE等圖形界面，Linux對(duì)系統(tǒng)硬件的要求相當(dāng)?shù)汀?/p>

實(shí)驗(yàn)證明，此電路簡(jiǎn)單可靠，非常適用于測(cè)試串行通信。

2　串行通信程序設(shè)計(jì)

串行通信程序包括下位機(jī)單片機(jī)和上位機(jī)PC機(jī)的程序。單片機(jī)接收上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)，放到片內(nèi)RAM里面，再將RAM內(nèi)數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送到外部擴(kuò)展鎖存器和上位機(jī)，由此可以判斷通信是否成功。此程序由匯編語言寫成，初始化時(shí)波特率設(shè)置為4 800 b/s，通信方式為8－N－1。

上位機(jī)程序的編寫是關(guān)鍵部分，因?yàn)橐獙?duì)串口硬件設(shè)備進(jìn)行操作，有2種方法，一是利用Linux內(nèi)核自帶的串口驅(qū)動(dòng)程序，另外一種方法就是直接讀寫串口硬件端口，下面分別介紹。

2．1　利用串口驅(qū)動(dòng)程序的編程方法

利用Linux自身的串口驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行編程，實(shí)際上就是調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的一系列函數(shù)，完成串口通信參數(shù)的設(shè)置，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在這種方法中，Linux給每個(gè)串口都分配一個(gè)文件索引號(hào)，有相應(yīng)的文件名稱，實(shí)際上是將硬件設(shè)備看成一種特殊的文件，如COM1，COM2對(duì)應(yīng)的文件分別為/dev/ttyS0，/dev/ttyS1，操作這2個(gè)串口實(shí)際上就是操作這2個(gè)文件，而對(duì)硬件設(shè)備文件的操作與對(duì)普通文件的操作并沒有什么不同，都可以使用相同的文件I/O調(diào)用函數(shù)(open，write，read，close)，不同之處在于用系統(tǒng)調(diào)用 open()打開串口得到相應(yīng)設(shè)備的文件描述符以后，先要對(duì)其進(jìn)行初始化，設(shè)置一些特定的參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、輸入輸出方式等，這些參數(shù)存放在 structtermios中，函數(shù)tcsetattr()可以設(shè)置串口的structtermios，tcgetattr()可以得到串口的 struct termios。設(shè)置完通信參數(shù)后就可用read和write對(duì)串口文件進(jìn)行讀寫了。運(yùn)行程序時(shí)要注意用戶是否有對(duì)要操作的串口文件進(jìn)行讀寫的權(quán)力，可以用chmod命令進(jìn)行文件權(quán)限修改。