Ｃ语言实行串行通信接口程序

马东洋

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。

关键词:C语言 串行 通信

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,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1～2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。

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 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。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。

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=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9600/9=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。

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 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4～7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: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。

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。