第7章PC端接口技术

1、第7章PC端接口技术RS-232串行通信技术串行通信技术USB接口技术接口技术实践与思考实践与思考本章主要内容：第7章 PC端接口技术RS-232串行通信技术串行通信技术 目前已经有几种。RS-232标准是目前常用的串行通信接口标准，它是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020Kbps范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都做了明确规定。由于通信设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在计算机通信接口中广泛采用。 RS-232串行通信技术串行通信技术 RS-

2、232C标准介绍 简单的串行通信协议的设计 MSComm控件介绍 使用VB开发串行口通信软件 使用VC+开发串行口通信软件 RS-232C标准介绍标准介绍 1. RS-232C中的引脚定义 9针RS-232串口（DB9）25针RS-232串口（DB25）引脚简写功 能 说 明 引脚简写功 能 说 明1CD载波侦测（Carrier Detect）8CD载波侦测（Carrier Detect）2RXD接收数据（Receive）3RXD接收数据（Receive）3TXD发送数据（Transmit）2TXD发送数据（Transmit）4DTR数据终端准备（Data Terminal Ready）20D

3、TR数据终端准备（Data Terminal Ready）5GND地线（Ground）7GND地线（Ground）6DSR数据准备好（Data Set Ready）6DSR数据准备好（Data Set Ready）7RTS请求发送（Request To Send）4RTS请求发送（Request To Send）8CTS清除发送（Clear To Send）5CTS清除发送（Clear To Send）9RI振铃指示（Ring Indicator）22RI振铃指示（Ring Indicator）RS-232C标准介绍标准介绍2. RS-232C的电气特性 RS-232C标准对逻辑电平的定义：

4、在TXD和RXD上：逻辑1（MARK）= 315V，逻辑0（SPACE）=+3+15V。在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）=+3+15V ，信号无效（断开，OFF状态，负电压）=315V。 RS-232C与TTL转换： EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态的，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而M

5、C1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。RS-232C标准介绍标准介绍 左图显示了1488 和1489的内部结构和引脚。MC1488的引脚(2)、(4，5)、(9，10)和(12，13)接TTL输入。引脚3、6、8、11输出端口接EIA- RS-232C。MC1498的14的1、4、10、13脚接EIA输入，而3、6、8、11脚接TTL输出。具体连接方法如右图所示。 RS-232C标准介绍标准介绍3. RS-232C接口的电平转换 RS-232C电平采用负逻辑，即：逻辑“0”：+5+15V逻辑“1”：515V RS-232C不能和TTL电平直接相连，使用时必须进行电平转换

6、，否则将使TTL电路烧坏，实际应用时必须注意！ 常用的电平转换集成电路除了上面所介绍的传输线驱动器MC1488和传输线接收器MC1489。另一种常用的电平转换电路是MAX232，MAX232芯片可完成TTLEIA双向电平转换。 图为MAX232引脚图。 简单的串行通信协议的设计简单的串行通信协议的设计 PC和单片机最简单的连接是零调制三线经济型。下图给出了采用MAX232芯片的PC和单片机串行通信接口电路，与PC相连采用9芯标准插座。2. PC通信软件1. 单片机通信软件 MCS-51通过中断方式接收PC发送的数据，并回送。单片机串行口工作在方式1，晶振为6MHz，波特率2400，定时器T1按

7、方式2工作，经计算定时器预置值为0F3H，SMOD=1。 参考程序 PC方面的通信程序可以用汇编语言编写，也可以用其他高级语言例如VB、VC来编写。 汇编语言编写的参考程序 MSComm控件介绍控件介绍 在Windows环境下，串口是系统资源的一部分。应用程序要使用串口进行通信，必须在使用前向操作系统提出资源申请要求（打开串口），通信完成后必须释放资源（关闭串口）。在Windows的系统函数中，均包含了支持通信中断的功能。对串口通信而言，Windows为相应的串口设备开放了用户定义的输出缓冲区和输入缓冲区，应用程序只能对输入/输出缓冲区进行操作，数据进出串口的操作均由系统后台完成。以接收为例，

8、系统每接收一个字符就产生一个低级的硬件中断，系统的串口驱动程序将接收到的字符送入输入缓冲区，此时应用程序就可以通过访问输入缓冲区得到接收到的字符信息。MSComm控件介绍控件介绍Windows为用户提供了两种方式实现串口通信。 使用串口通信控件使用Windows的API应用程序接口 使用串口通信控件进行串口程序开发极为方便，如果不需要对串口进行高级控制一般多选择使用MSComm控件进行开发。本章介绍在VB下使用MSComm控件进行计算机实验室温控系统串口程序开发。使用串口通信控件使用串口通信控件 针对串口通信，微软公司专门提供了MSComm控件，使用该控件进行串口通信设计是十分方便的，程序员不

9、必花时间去了解较为复杂的API函数。通过简单修改控件的属性和使用控件提供的方法，就可以实现对串口的配置、完成串口接收和发送数据。使用使用Windows的的API应用程序接口应用程序接口 在Windows中，串口是以文件的形式被打开和访问的。串口和串口通信驱动需要使用设备控制块（Device Control Block，DCB）进行配置。应用程序使用API函数CreateFile打开串口，ReadFile读串口，CreateEvent建立事件对象和CloseHandle关闭串口。使用使用Windows的的API应用程序接口应用程序接口 Micronsoft Communications Cont

10、rol (MSComm)是Micronsoft公司提供的简化Windows下串口通信编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串口收发数据的简便方法。在串口编程中，使用MSComm控件非常方便，仅需通过简单修改控件的属性和使用控件提供的方法，就可以实现对串口的配置，完成串口接收和发送数据等任务。 使用使用Windows的的API应用程序接口应用程序接口（1）MSComm控件的通信方法。MSComm控件提供了两种处理通信的方式：事件驱动方式和查询方式。（2）MSComm控件的属性与常数。 CommPort属性。设置并返回通信端口号。端口号的范围为116，但如果用PortOpen属性打开一个

11、并不存在的端口时，MSComm控件会产生错误68（设备无效）。RThreshold属性。设置返回要接收的字符数。接收字符后，如果RThreshold属性被设置为0（默认值），则不产生OnComm事件，如果RThreshold被设成n，则接收缓冲区收到n个字符时MSComm控件产生OnComm事件。CTSHolding属性。确定是否通过查询Clear To Send（CTS）线的状态发送数据。该属性在设计时无效，在运行时为只读。使用使用Windows的的API应用程序接口应用程序接口SThreshold属性。设置并返回传输缓冲区中允许的最小字符数。若SThreshold属性被设置为0（默认值）时

12、，数据传输不会产生OnComm事件。而当SThreshold属性被设为1，当传输缓冲区完全空时，MSComm控件产生OnComm事件。CDHolding属性。通过查询Carrier Detect（CD）线的状态确定是否有传输。该属性在设计时无效，在运行时为只读。DSRHolding属性。确定Data Set Read（DSR）线的状态。该属性在设计时无效，在运行时为只读。Settings属性。设置返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位参数。当端口打开时，如果属性值非法，则MSComm控件产生错误380（非法属性值）。BBBBPDS 各个属性值间用逗号隔开，其中BBBB为波特率，P为奇偶校验，D为

13、数据位数，S为停止位数。其默认值为“9600，N，8，1”。Settings属性的设置由4个设置组成，格式如下：InputLen属性。设置并返回Input属性从接收缓冲区中读取的字符数。InputLen 属性的默认值是0。设置InputLen为0时，使用Input将使MSComm控件读取缓冲区中全部的内容。使用使用Windows的的API应用程序接口应用程序接口使用使用Windows的的API应用程序接口应用程序接口EOFEnable 属性。确定在输入过程中 MSComm 控件是否寻找文件结尾（EOF）字符。如果找到 EOF 字符，将停止输入并激活 OnComm 事件，此时 CommEvent

14、 属性设置为 comEvEOF。 语法：object.EOFEnable = value EOFEnable 属性语法包括下列部分：value 布尔表达式，确定当找到 EOF 字符时，OnComm 事件是否被激活，如“设置值”中所描述。value的设置值为True：当EOF字符找到时 OnComm 事件被激活。 value的设置值为False（默认）：当EOF字符找到时OnComm事件不被激活。当EOFEnable属性设置为False，OnComm控件将不在输入流中寻 找EOF字符。说明：使用使用Windows的的API应用程序接口应用程序接口 Handshake常数。 Handshake常数

15、如表所示。 OnComm常数。 OnComm常数如表所示 常 数值描 述comNone0无握手comXonXoff1XOn/Xoff握手comRTS2Request-to-send/clear-to-send握手comRTSXOnXOff3Request-to-send和clear-to-send握手皆可常 数值描 述comEvSend1发送事件comEvReceive2接收事件comEvCTS3clear-to-send线变化comEvDSR4data-set ready线变化comEvCD5carrier detect线变化comEvRing6振铃检测comEvEOF7文件结束使用使用Wi

16、ndows的的API应用程序接口应用程序接口Error常数。Error常数如表所示。 常 数值描 述comEventBreak1001接收到中断信号comEventCTSTO1002Clear-to-send超时comEventDSRTO1003Data-set ready超时comEventFrame1004帧错误comEventOverrun1006端口超速comEventCDTO1007Carrier detect超时comEventRxOver1008接收缓冲区溢出comEventRxParity1009Parity错误comEventTxFull1010传输缓冲区满comEventD

17、CB1011检索端口设备控制块(DCB) 时的意外错误使用使用Windows的的API应用程序接口应用程序接口InputMode常数。InputMode常数如表所示。 常 数值描 述comInputModeText0（默认）通过Input属性以文本方式取回数据comInputModeBinary1通过Input属性以二进制方式检取回数据使用使用Windows的的API应用程序接口应用程序接口（3）错误消息（MS Comm控件）。表列出MSComm控件可以捕获的错误。 值描 述常 数380无效属性值comInvalidPropertyValue383属性为只读comSetNotSupported

18、394属性为只读comGetNotSupported8000端口打开时操作不合法comPortOpen8001超时值必须大于8002无效端口号ComPortInvalid8003属性只在运行时有效8004属性在运行时为只读8005端口已经打开comPortAlreadyOpen8006设备标识符无效或不支持该标识符使用使用Windows的的API应用程序接口应用程序接口值描 述常 数8007不支持设备的波特率comPortAlreadyOpen8008指定的字节大小无效8009默认参数错误8010硬件不可用（被其他设备锁定）8011函数不能分配队列8012设备没有打开comNoOpen8013

19、设备已经打开8014不能使用comm通知8015不能设置comm状态comSetCommStateFailed8016不能设置comm事件屏蔽8018仅当端口打开时操作才有效comPortNotOpen8019设备忙8020读comm设备错误comReadError8021为该端口检索设备控制块时的内部错误comDCBError使用使用VB开发串行口通信软件开发串行口通信软件 l 用户界面设计l 初始化程序 l 发送数据 l 接收数据 l 其他工作 使用VB开发串行通信程序的详细步骤。 用户界面设计用户界面设计 添加控件 最终完成界面 添加用户界面 新工程界面 新建工程 用户界面设计用户界面设

20、计 修改界面上各控件的属性如下表所示。控件名称Name 属性Caption属性FormRS232_VBRS232_VBLable1Lable1发送数据Lable2Lable2接收数据Text1Text_SENDText2Text_RECVCommand1Button_SEND发送数据Command2Button_SEND_C清空发送文本框Command3Button_RECV_C清空接收文本框MSComm1MSComm初始化程序初始化程序 程序的初始化部分主要完成对串口的设置工作，包括串口的选择、波特率及帧结构设置、打开串口以及发送和接收触发器的时间控制等。此外，在程序运行前，还应进行清除发送

21、和接收缓冲区的工作。这部分工作是在窗体载入的时候完成的，因此应将初始化代码放在Form_Load三函数中添加如下代码，这样就完成了程序的初始化工作。初始化程序初始化程序初始化代码Private Sub Form_Load三 MSComm.CommPort = 2 设置串口2 MSComm.Settings = 9600，N，8，1 波特率9600bps，无校验，8位数据，1位停止位 MSComm.InputLen = 0 读取接收缓冲区的所有字符 MSComm.InBufferSize = 1024 设置接收缓冲区为1024字节 MSComm.OutBufferSize = 512 设置发送缓

22、冲区为512字节 MSComm.PortOpen = True 打开串口 MSComm.SThreshold = 0 不触发发送事件 MSComm.RThreshold = 1 每一个字符到接收缓冲区都触发接收事件 MSComm.InBufferCount = 0 清除发送缓冲区数据 MSComm.OutBufferCount = 0 清除接收缓冲区数据 Text_SEND.Text = 清空发送文本框 Text_RECV.Text = 清空接收文本框End Sub发送数据发送数据 本例中，发送数据的过程是通过单击发送数据按钮来完成的。程序应完成下面的工作：（1）单击发送数据按钮，程序检查发送

23、文本框中的内容是否为空，如果为空，则终止发送命令，警告后返回。（2）检测串口是否处于打开状态，如串口关闭，则打开串口。（3）将发送文本框中的内容送入MSComm的发送缓冲区，等待数据发送。发送数据发送数据 双击发送数据部分，添加Button_Send_Click三 函数，其代码如下：发送数据Private Sub Button_SEND_Click三 Dim x As String If Text_SEND.Text = Then 发送数据不能为空 x = MsgBox(发送数据不能为空， 16) Exit Sub End If If Not MSComm.PortOpen Then 保证串口

24、打开 MSComm.PortOpen = True End If MSComm.Output = Text_SEND.Text + Chr$(13) 发送数据 For i = 1 To 202X0000 延时 NextEnd Sub接收数据接收数据 接收数据部分使用了事件响应方式。当串口收到数据使得数据缓冲区的内容超过1字节时就会引发comEvReceive事件。OnComm三函数负责捕捉这一事件，并负责将发送缓冲区的内容送入输出文本框显示。OnComm三函数还对错误信息进行捕捉，当程序发生缓冲区溢出之类的错误时，由程序员负责将缓冲区清空。 接收数据接收数据 要实现上述功能，首先要双击MSCo

25、mm控件创建OnComm三，并输入代码：接收数据Private Sub MSComm_OnComm三 Select Case MSComm.CommEvent 检验串口事件 错误处理 Case comEventOverrun 数据丢失 Text_SEND.Text = 清空发送缓冲区 Text_RECV.Text = 清空接收缓冲区 Exit Sub Case ComEventRxOver 接收缓冲区溢出 Text_SEND.Text = 清空发送缓冲区 Text_RECV.Text = 清空接收缓冲区 Exit Sub 接收数据接收数据 Case ComEventTxFull 发送缓冲区已满

26、 Text_SEND.Text = 清空发送缓冲区 Text_RECV.Text = 清空接收缓冲区 Exit Sub 事件处理 Case ComEvReceive 接收缓冲区内有数据 Dim str As String str = MSComm.Input 从接收队列中读入字符串 Text_RECV.Text = Text_RECV.Textstr 读出字符串送显 End SelectEnd Sub其他工作其他工作 完成通信的主要功能后，还需要输入程序完成其他两个按钮的功能，这两个按钮负责清除发送和接收两个文本框的内容。该部分代码内容十分简单，其代码实现如下：清空接收文本框Private S

27、ub Button_RECV_C_Click三 Text_RECV.Text = 清空接收文本框 End Sub清空发送文本框Private Sub Button_SEND_C_Click三 Text_SEND.Text = 清空发送文本框 其他工作其他工作使用该软件实现通信效果的界面如图所示。运行测试程序 使用使用VC+开发串行口通信软件开发串行口通信软件 l 用户界面设计l 初始化程序 l 发送数据 l 接收数据 l 其他工作 使用 讲义开发串口通信软件的方法。用户界面设计用户界面设计 新建工程步骤1 新建工程步骤2 建立新工程后界面 编辑程序界面 添加控件 最终完成界面 用户界面设计用户

28、界面设计 修改程序界面用到的各个控件的属性后，要使用这些控件，还需要为其添加对应的变量。该项工作是使用ClassWizard面板来完成的。在Member Variables选项卡中相应控件的Control ID，MFC单击Add Variables按钮为相应控件添加对应变量。 ClassWizard面板 添加控件对应变量 用户界面设计用户界面设计各个控件添加变量的具体设置如表所示。 控件ID对应变量变量类别变量类型IDC_EDIT_RECVm_str_recvValueCStringIDC_EDIT_SENDm_str_sendValueCStringIDC_HEXM_hexcontrolCB

29、uttonIDC_MSCOMMm_mscommcontrolCMSComm 添加变量后的ClassWizard面板如图所示。 初始化程序初始化程序 在VC中，需要将这部分代码添加到对话框类的OnInitDialog三函数中。 if(m_MSComm.GetPortOpen三) / 如果串口已打开，则关闭串口m_MSComm.SetPortOpen(FALSE)；m_MSComm.SetCommPort(2)； / 选择COM2if(!m_MSComm.GetPortOpen三)m_MSComm.SetPortOpen(TRUE)； / 打开串口elseAfxMessageBox(serial

30、port open error)； m_MSComm.SetSettings(“9600，n，8，1”)； / 设置波特率9600，无 校验，8位数据位，1位停止位m_MSComm.SetRThreshold(1)； / 串口接收缓冲区中有多于或等于1 个字符时将产生接收数据的OnComm事件m_MSComm.SetInputLen(0)； / 设置当前接收区数据长度为0m_MSComm.GetInput三； / 预读缓冲区以清除残留数据接收数据接收数据 当MSComm的接收缓冲区有字符时，程序会发送事件消息，OnComm三函数响应该消息并进行处理。由于MSComm类的GetInput三函数返

31、回的数据变量类型为Variant型，而编辑框对应的显示字符串是Cstring型，因此接收数据时，需要先进行类型转换。在VC中，转换过程如下：OnComm三函数的完整代码 将Variant类型转换为ColeSafeArray类型；将ColeSafeArray类型转换为BYTE型数组；将BYTE型数组转换为Cstring变量。发送数据发送数据 发送数据功能使用发送数据按钮对应函数Onsend三来实现。发送数据时，程序仅需要读出发送编辑框的内容，将其转化为发送程序需要的数据格式后，再使用C语言中的强制类型转换功能，将其转换为ColeVariant数据类型，由MSComm类的SetOutput三函数送

32、入发送缓冲区即可。 发送函数OnSend三的源代码 其他工作其他工作 void CRS232_VCDlg:OnClr三 / TODO: Add your control notification handler code herem_str_send = ； / 清空发送文本框m_str_recv = ； / 清空接收文本框UpdateData(FALSE)； / 更新文本框内容 清空按钮用于清除发送编辑框和接收编辑框中的已有内容，其相应函数OnClr的代码如下： 其他工作其他工作运行测试程序 连接串口线，启动软件后，首先勾选十六进制发送/接收单选框，在发送文本框中添入数据“02 35 08

33、4A”的字符串，单击发送按钮。然后删除发送文本框中的内容，去掉十六进制发送/接收的勾选，再填入数据“Goodbye”，软件的测试效果如图所示。USB接口技术接口技术 USB的全称为Universal Searial Bus，即通用串行总线。与RS-232类似，USB总线也是一种串行外围设备连接的总线形式，它是202X年由Microsoft、Compaq、IBM等公司联合制定的一种新的PC串行通信协议，从推出之日起就得到了各大厂商的广泛支持，得以不断完善和发展，目前 USB协议的最新版本已经达到了。USB总线作为一种新的串行总线，不仅在传输速度上得到了极大的提高，同时还具有接口简单、真正的即插即

34、用、传输线供电、多设备级联等特性。USB总线的成功推出，对外设的接口产生了广泛的影响，目前使用USB总线接口的如键盘、鼠标、闪存、摄像头等外围设备在市场上已广泛存在。本节将系统地介绍USB总线开发的相关知识，帮助读者尽快熟悉USB开发流程。USB接口技术接口技术USB总线介绍EZ-USB系列接口控制芯片 EZ-USB固件程序开发 USB通信设计要点 USB总线介绍总线介绍 USB设备主要具有以下优点： （1）可以热插拔（2）携带方便（3）标准统一（4）可以连接多个设备USB的互联USB的设备USB的主机1. 总线的拓扑结构：USB设备与主机之间的各种连接方式。2. 内部层次关系：根据性能叠置，

35、USB的任务被分配到系统的每一个层次。3. 数据流模式：描述了数据在系统中通过USB从产生方到使用方的流动方式。4. USB的调度：USB提供一个共享的连接。对可以使用的连接进行调度以支持同步数据传输，并且避免优先级判别的开销。 USB的互联主要包括以下几方面 ： USB的总线结构 USB的电气特性与电源管理 USB总线协议 系统设置 数据流种类 USB设备 USB主机：硬件和软件 一个典型的USB系统的描述如下。它主要被定义为3个部分：USB的总线结构的总线结构 USB连接了USB设备和USB主机，USB的物理连接是有层次性的星形结构。每个网络集线器是在星形的中心，每条线段是点点连接。从主机

36、到集线器或其功能部件，或从集线器到集线器或其功能部件。 在任何USB系统中，只有一个主机。USB和主机系统的接口称为主机控制器，主机控制器可由硬件、固件和软件综合实现。根集线器是由主机系统整合的，用以提供更多的连接点。USB的总线结构的总线结构USB的设备如下所示:网络集线器，向USB提供了更多的连接点。功能器件：为系统提供具体功能，如ISDN的连接，数字的游戏杆或扬声器。USB设备提供的USB标准接口的主要依据：对USB协议的运用。对标准USB操作的反馈，如设置和复位。标准性能的描述性信息。USB的电气特性与电源管理的电气特性与电源管理 1电气特性USB的高速信号的比特率定为12Mbps。低

37、速信号传送的模式定为。USB的电缆 低速模式需要更少的EMI保护。两种模式可在用同一USB总线传输的情况下自动地动态切换。 USB传送信号和电源是通过一种4线的电缆，图中的两根线用于发送信号。存在两种数据传输率：USB的电气特性与电源管理的电气特性与电源管理2机械特性 所有设备都有一个上行的连接。上行连接器和下行连接器不可简单地互换，这样就避免了集线器间非法的循环往复的连接。电缆中有4根导线：一对互相缠绕的标准规格线，一对符合标准的电源线。连接器有4个方向，具有屏蔽层，以避免外界干扰，并有易拆装的特性。3. 电源电源分配：即USB的设备如何通过USB分配得到由主计算机提供的能源。电源管理：即通过电源管理系统，USB的系统软件和设备如何与主机协调工作。 电源主要包括以下两个方面： USB总线协议总线协议 USB总线属一种轮询方式的总线，主机控制端口初始化所有的数据传输。 存在两种类型的通道：流和消息。 事务