串行通信机理和应用.ppt

串行通信机理与应用 苏统华 tonghuasu@ May 5, 2006 概要 背景介绍 串行通信系统模型 串行接口配置 串行通信机理简介 多线程串行通信的编程 扩展的串行通信编程 背景介绍 串行通信是指计算机与其它外围设备以“位”为单位进行信息交换的过程。 串行通信应用的领域: 数据的采集与智能诊断 工业的检测及自动控制,eg.控制单片机、采集核探测数据、接收GPS数据等 集散控制环境（DCS：Distributed Control System） 无线调制环境 3D空间定位器 数据手套的发射器和接收器 串行通信系统模型 串行通信系统是一种典型的计算机数据通信系统。 抽象化的点-点计算机数据通信系统框图: 串行接口配置 RS-232C标准：它对串行通信接口的有关问题，如连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程都作了明确规定。 COM口一般是9脚的连接器，分成插针(Male)和插孔(Female)两类： 串行接口配置 DTE与DCE间的通信连接模型通常有3种，分别为： 最简3线交叉连接模型 近距7线交叉连接模型 远距7线对应模型 串行接口配置 最简3线交叉连接模型：应用于控制信号较少的场合 优点： 控制简单 节省线路 串行接口配置 近距7线交叉连接模型：用于控制信号较丰富的近距离通信场合 优点：这种方式省去了DCE 串行接口配置 远距7线对应模型：“豪华”配置，包含通信设备MODEM或其它数传设备 优点：适合远距离的通信任务 一个简单应用例子： 系统中采用PIC16C73单片机作为下位机，工业控制PC机为上位机，二者通过RS-232C串行口接收或上传数据和指令。RS-232C信号的电平和单片机串口信号的电平不一致，必须进行二者之间的电平转换。在此使用MAXIM公司的集成电平转换芯片MAX202E作为RS-232C和TTL间的电平转换芯片。 串行通信机理 目前，Windows系统下通过VC开发串行通信的常用方法可分成如下6类： 利用Windows API函数进行串行通信编程； 利用开发环境自带的ActiveX通信控件来构建串行通信应用： 利用VC的标准通信函数_inp，_outp等进行串行通信操作； 利用第三方提供的通信类(如Cserial类)、通信库(如DLL)； 利用内嵌汇编直接操作通信端口来实现(只限Win9x下)； 通过编写VxD(Virtual Device Driver)来实现。 串行通信机理 可编程通用异步收发器(UART：Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)是PC内部一块单独的芯片，是实现数据“串-并”转换功能的电路。 发送数据时，UART会把CPU经由数据总线送来的字符数据保存到“数据输出寄存器”；随后，UART再按顺序把“数据输出寄存器”的内容送到“发送移位寄存器”转换成连续的串行位流，并在其中插入奇偶检验位、起始位和停止位；最后将位流传送出去。 接收数据的过程与上相反。串行的位流通过串口时，送入UART的“接收移位寄存器”；当“接收移位寄存器”中己接收完1个字符的各位后，数据就从“接收移位寄存器”进入“数据输入寄存器”，成为了一个字符大小的并行数据；最后就是数据经由数据总线上传给CPU。 串行通信机理 Windows系统为每个通信设备开辟了用户定义大小的接收和发送缓冲区，应用程序只需完成对接收和发送缓冲区操作就可以了。 通信的实际过程是每接收一个字符就产生一个低级硬件中断，Windows系统中的串行VxD取得控制权，将接收到的字符放入接收缓冲区，然后将控制权返给正在运行的应用程序． 在定义了硬件流控制的条件下，如果接收缓冲区数据已满，串行驱动程序用定义的流控制机制通知发送方停止发送数据。缓冲区内的数据按FIFO方式处理。 串行通信机理 Win32环境下的通信应用服务要依赖于虚拟通信驱动程序VCOMM。 VCOMM提供一条应用程序到硬件的保护模式代码通路，以实现可靠的高速数据传输。 VCOMM实质是一个VxD，它总是在Win32启动时载入。Win32为串口提供了端口驱动程序，端口驱动程序是动态装入VxD的，可由VCOMM调用来操作串口。 串行通信机理 通信API有一组基本的函数，它们为应用程序的编制提供了一个适于串行通信的接口，处理通信资源的打开、关闭、读写等操作。 通信API的扩展函数可为那些不为标准函数所支持的服务提供接口，这组扩展的函数允许用户使用仅为驱动程序专用的参数来配置，也允许用户调用驱动程序的专用函数。 串行通信机理 串行通信的公有的操作流程，大致四步： 打开串行口。这样做就是通知Windows本应用程序需要这个串口，并封锁之，使其它应用程序在该串口释放前不能使用它。 通信前，初始化这个串