PC机与单片机的通讯

大多数的电脑设备都具有RS-232C接口，尽管它的性能指标并非很好。在广泛的市场支持下依然常胜不衰。  

就使用而言，RS-232也确实有其优势：仅需3根线便可在两个数字设备之间全双工的传送数据。不过，RS-232C的控制要比使用并行通讯的打印机接口更难于控制。RS-232C使用了远较并行口更多的寄存器。这些寄存器用来实现串行数据的传送及RS-232C设备之间的握手与流量控制。本文将分别描述PC机及单片机MCS-51的串行通讯的原理及具体的软件设计。  

（1）RS-232C介绍与PC硬件:

RS-232C使用-3到-25V表示数字“1”，使用3V到25V表示数字“0”，RS-232C在空闲时处于逻辑“1”状态，在开始传送时，首先产生一起始位，起始位为一个宽度的逻辑“0”，紧随其后为所要传送的数据，所要传送的数据有最低位开始依此送出，并以一个结束位标志该字节传送结束，结束位为一个宽度的逻辑“1”状态。

PC机一般使用8250或16550作为串行通讯的控制器，使用9针或25针的接插件将串行口的信号送出。  

该插座的信号定义如下：

DB-25DB-9信号名称方向含 义
23TXD输出数据发送端
32RXD输入数据接收端
47RTS输出请求发送（计算机要求发送数据）
58CTS输入清除发送（MODEM准备接收数据）
66DSR输入数据设备准备就绪
75SG-信号地
81DCD输入数据载波检测
204DTR输出数据终端准备就绪（计算机）
229RI输入响铃指示

以上信号在通讯过程之中可能会被全部或部分使用，最简单的通讯仅需TXD及RXD及SG即可完成，其他的握手信号可以做适当处理或直接悬空，至于是否可以悬空这视乎你的通讯软件。比如说，如果使用DOS所提供的BIOS通讯驱动程序，那么，这些握手信号则需要做如下处理，因为BIOS的通讯驱动使用了这些信号。如果使用自己编写的串行驱动程序则可以完全不使用这些握手信号（详见下面有关章节）。  
PC机一般使用8250或16550的作为串行通讯控制器，8250及16550的管脚排列如下：  

8250（16550）的寄存器如下表所示：

基地址读/写寄存器缩写注 释
0Write-发送保持寄存器（DLAB=0）
0Read-接收数据寄存器（DLAB=0）
0Read/Write-波特率低八位（DLAB=1）
1Read/WriteIER中断允许寄存器
1Read/Write-波特率高八位（DLAB=1）
2ReadIIR中断标识寄存器
2WriteFCRFIFO控制寄存器
3Read/WriteLCR线路控制寄存器
4Read/WriteMCRMODEM控制寄存器
5ReadLSR线路状态寄存器
6ReadMSRMODEM状态寄存器
7Read/Write-Scratch Register  

PC机支持1-4个串行口，即COM1-COM4，其基地址在BIOS数据区0000：0400-0000：0406中描述，对应地址分别为3F8/2F8/3E8/2E8，COM1及COM3使用PC机中断4，COM2及COM4使用中断3。

在上表中，8250共有12个寄存器，使用了8个地址，其中部分寄存器共用一个地址，由DLAB=0/1来区分，在DLAB=1用于设定通讯所需的波特率。常用的波特率参数见下表：

速率（BPS）波特率高八位波特率低八位
5009h00h
30001h80h
60000hC0h
240000h30h
480000h18h
960000h0Ch
1920000h06h
3840000h03h
5760000h02h
11520000h01h  

以下几个表格为8250的寄存器的功能描述：

中断允许寄存器（IER）：
位注 释
7未使用
6未使用
5进入低功耗模式（16750）
4进入睡眠模式（16750）
3允许MODEM状态中断
2允许接收线路状态中断
1允许发送保持器空中断
0允许接收数据就绪中断  

Bit0置1将允许接收到数据时产生中断，Bit1置1时允许发送保持寄存器空时产生中断，Bit2置1将在LSR变化时产生中断，相应的Bit3置位将在MSR变化时产生中断。

中断识别寄存器（IIR）：
位注 释
Bit6:7=00无FIFO
Bit6:7=01允许FIFO，但不可用
Bit6:7=11允许FIFO
Bit5允许64字节FIFO（16750）
Bit4未使用
Bit316550超时中断
Bit2:1=00MODEM状态中断（CTS/RI/DTR/DCD）
Bit2:1=01发送保持寄存器空中断
Bit2:1=10接收数据就绪中断
Bit2:1=11接收线路状态中断
Bit0=0有中断产生
Bit0=1无中断产生  
IIR为只读寄存器，Bit6:7用来指示FIFO的状态，均为0时则无FIFO，此时为8250或16450芯片，为01时有FIFO但不可以使用，为11时FIFO有效并可以正常工作。Bit3用来指示超时中断（16550/16750）。

Bit0用来指示是否有中断发生，Bit1:2标识具体的中断类型，这些中断具有不同的优先级别，其中LSR中断级别最高，其次是数据就绪中断，然后是发送寄存器空中断，而MSR中断级别最低。

FIFO控制寄存器（FCR）：
位注 释
Bit7:6=001Byte产生中断
Bit7:6=014Byte产生中断
Bit7:6=108Byte产生中断
Bit7:6=1114Byte产生中断
Bit5允许64字节FIFO
Bit4未使用
Bit3DMA模式选择
Bit2清除发送FIFO
Bit1清除接收FIFO
Bit0允许FIFO  

FCR可写但不可以读，该寄存器用来控制16550或16750的FIFO寄存器。Bit0置1将允许发送/接收的FIFO工作，Bit1和Bit2置1分别用来清除接收及发送FIFO。清除接收及发送FIFO并不影响移位寄存器。Bit1:2可自行复位，因此无需使用软件对其清零。Bit6:7用来设定产生中断的级别，发送/接收中断将在发送/接收到对应字节数时产生。

线路控制寄存器（LCR）：
位注 释
Bit7=1允许访问波特率因子寄存器
Bit7=0允许访问接收/发送及中断允许寄存器
Bit6设置间断，0-禁止，1-设置
Bit5:3=XX0无校验
Bit5:3=001奇校验
Bit5:3=011偶校验
Bit5:3=101奇偶保持为1
Bit5:3=111奇偶保持为0
Bit2=01位停止位
Bit2=12位停止位（数据位6-8位），1.5位停止位（5位数据位）
Bit1:0=005位数据位
Bit1:0=016位数据位
Bit1:0=107位数据位
Bit1:0=118位数据位  

LCR用来设定通讯所需的一些基本参数。Bit7为1指定波特率因子寄存器有效，为0则指定发送/接收及IER有效。Bit6置1会将发送端置为0，这将会使接收端产生一个“间断”。Bit3-5用来设定是否使用奇偶校验以及奇偶校验的类型，Bit3=1时使用校验，Bit4为0则为奇校验，1为偶校验，而Bit5则强制校验为1或0，并由Bit4决定具体为0或1。Bit2用来设定停止位的长度，0表示1位停止位，为1则根据数据长度的不同使用1.5-2位停止位。Bit0:1用来设定数据长度。

MODEM控制寄存器（MCR）：
位注 释
Bit7未使用
Bit6未使用
Bit5自动流量控制（仅16750）
Bit4环路测试
Bit3辅助输出2
Bit2辅助输出1
Bit1设置RTS
Bit0设置DSR  
MCR寄存器可读可写，Bit4=1进入环路测试模式。Bit3-0用来控制对应的管脚。

线路状态寄存器（LSR）：
位注 释
Bit7FIFO中接收数据错误
Bit6发送移位寄存器空
Bit5发送保持寄存器空
Bit4间断
Bit3帧格式错
Bit2奇偶错
Bit1超越错
Bit0接收数据就绪  
LSR为只读寄存器，当发生错误时Bit7为1，Bit6为1时标示发送保持及发送移位寄存器均空，Bit5为1时标示仅发送保持寄存器空，此时，可以由软件发送下一数据。当线路状态为0时Bit4置位为1，帧格式错时Bit3置位为1，奇偶错和超越错分别将Bit2及Bit1置位为1。Bit0置位为1表示接收数据就绪。

MODEM状态寄存器（MSR）：
位注 释
Bit7载波检测
Bit6响铃指示
Bit5DSR准备就绪
Bit4CTS有效
Bit3DCD已改变
Bit2RI已改变
Bit1DSR已改变
Bit0CTS已改变  
MSR寄存器的高4位分别对应MODEM的状态线，低4位表示MODEM的状态线是否发生了变化。  

以上我们详细介绍了PC机的串行通讯硬件环境，以下将分别给出使用查询及中断驱动的方法编写的串行口驱动程序。这些程序仅使用RXD/TXD，无需硬件握手信号。