基于VB实现PC机与单片机的串行通讯

引言

随着计算机技术尤其是单片微型机技术的发展，人们已越来越多地采用单片机来对一些工业控制系统中如温度、流量和压力等参数进行检测和控制。PC机具有强大的监控和管理功能，而单片机则具有快速及灵活的控制特点，通过PC机的RS-232串行接口与外部设备进行通信，是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。因此如何实现PC机与单片机之间的通讯具有非常重要的现实意义。本文将论述在VB环境下PC机与单片机之间实现串行通讯的软硬件方案。PC机的通讯程序使用Visual Basic编写，VB是Microsoft公司推出的Windows应用程序开发工具，因其具有界面友好，编程简便等优点而受到广泛的使用，而且 Visual Basic 6.0 版本带有专门实现串行通讯的MSCOMM控件。

1、硬件原理

目前的PC机都有至少一个串行通讯端口RS-232，RS-232端口可用于两台计算机之间进行通讯，RS-232的逻辑电平用正负电压表示，且信号使用负逻辑，逻辑0的电压范围是+5V~+15V，而逻辑1的电压范围是-5V~ -15V，RS-232端口是计算机与其他设备沟通的最常用的接口，不但实作简单，而且价格便宜。在8051单片机的内部有一个全双工的异步串行I/O 口，它的输入和输出使用5V逻辑而不是RS-232电压,如何进行两种信号的转换，是连接时需要解决的问题，事实上，解决的方法很简单，只需使用一个诸如 MAX232这样的专用芯片即可。

电路结构见下图。

MAX232包含两个将TTL输入转换成RS-232输出的驱动器，还包含两个将RS-232输入翻译成CMOS输出的接收器，这些驱动器和接收器具有反向的功能。4个外置的电容大小为1uF，如果使用极化电容，注意极性，引脚6的电压为负，因此它的电容的正极连接到地，电容等级至少为15V。

2、软件设计

本次通讯中，我们以一个测控系统的上位机和下位机之间的通信为背景，给出单片机部分和VB环境下的通信程序实例，系统中单片机负责数据采集、处理和控制，上位机进行现场可视化检测，通信协议采用半双工异步串行通信方式，通过RS232的RTS信号进行收发转换，传输数据采用二进制数据，上位机与下位机之间采用主从式通讯。

（1）单片机的串行通讯程序

8051单片机从外部采集到的一组数据（30个），存在片内RAM20H~3DH区域，要求将这个数据块传送给PC机，为了保证传送的正确，传送前由单片机先向PC机发送数据# 55H（联络信号），PC机接收到后，向单片机回送数据# 0AAH（回应信号），经检验正确后，单片机才开始向PC机传送数据。

对串行口的操作可分为以下几步进行：①串行口初始化；②发送联络信号;③接收联络信号；④发送数据。以下程序由汇编语言编写：
ORG  0030H
START:MOV  SP,#60H
       MOV  TMOD, #20H   ；T1工作模式2
       MOV  TH1, #72H
       MOV  TL1, #72H      ；波特率110HZ
       SETB  TR1
       MOV  PCON,  #00H   ；SMOD=0
       MOV  SCON,  #50H   ；串行方式1
       MOV  R0，#20H
       MOV  R2，#30        ；数据个数
XX1：MOV  A，#55H
       MOV  SBUF，A       ；发送联络信号
WAIT1：JBC  TI，WAIT2     ；等待发送完毕
       AJMP  WAIT1
WAIT2：JBC  RI，READ      ；等待接收完毕
        AJMP  WAIT2
READ：MOV  A，SBUF      ；接收联络信号
        CJNE   A，# 0AAH，XX1 ；接收数据不正确，重新开始
LOOP：MOV  A，@R0
MOV  SBUF，A
WAIT:  JBC  TI， LOOP1
       AJMP  WAIT          ；等待发送完毕
 LOOP1：INC  R0
           DJNZ  R2，LOOP
END
（2）计算机的串行通讯程序
    为了更方便地实时了解数据采集的情况，我们把从单片机读来的数据分别赋给数组，然后描绘出波形曲线。
    首先开启一个VB项目，并在窗体上安排一个MSCOMM控件，作为串行通讯的信道。按下F4调出属性窗口，变量COMPORT属性为2，另外将 Rthreshold属性设为1，意思就是只要外界传送任何字符串，随即引发事件。安排一个定时器，作为连续动作的执行控件，一旦一位数据发送完就引发中断，发送下一个数据。设置一个picturebox对象，把由单片机传送来的数据以线条方式绘制在此图片框控件上。按下F4调出属性窗口，其Name属性改为“Graph1”。
    MSCOMM控件支持以文本和二进制格式传输数据，由于下位机是单片机，处理二进制数据较为方便。因此本例中以二进制格式发送和接受数据，VB支持字节变量类型来存储二进制数据，从串口读入的字节被保存在字节数组变量中，因此定义两个BYTE类型的动态数组来存放和接受数据，在接受数据时采用事件驱动法，当接受缓冲区有Rthreshold个数据时，引起ONCOMM事件。
本程序接收从单片机发来的30个数据，当数据进入PC机的输入缓冲区后，程序会不断读取输入缓冲区的数据，并将这些读入的数据收在一起,赋给数组。
    因为VB支持坐标格式，我们用SCALE函数作出坐标，定义X轴由0到30，表示有30个数据，Y轴由-20到+20，表示采集数据的范围是-20 到+20，表达式为SCALE（0，+20）-（30，-20），为了实时采集数据，可以用定时器不断地更新曲线。这样就可以动态地显示被采集的数据。

Private  sub  form_l oad()
Comm1.portopen=true
Timer.interval=1000      ＇定时器时间间隔为1000s
Timer.enabled=true
Mscomm1.compore=1     ＇选择通讯口1
Mscomm1.settings=“110,n,8,1”    ＇波特率110，无奇偶校验，8个数据位，一个停止位
Mscomm1. inputmode=1          ＇通过input属性以二进制形式取回数据
Mscomm1.inputlen=0            ＇读取接收缓冲区全部内容
Mscomm1.rthreshold=1          ＇每收到一个字符位引发oncomm事件
Graph1.scale(0,10)-(20,0)         ＇定制坐标
Grahp1.forecoclr=rgb(0,0,255)
End sub
Private Sub Command1_Click()
Dim a!(30), b!(30)
num = MSComm1.InBufferCount     ＇取输入缓冲区字节个数
instring = MSComm1.Input          ＇把输入缓冲区数据送给数组
For i = 0 To num - 1
a(i) = i
b(i) = instring(i)
GRAPH1.Cls
If i = 1 Then
GRAPH1.PSet (a(i), b(i))
Else
GRAPH1.Line -(a(i), b(i))          ＇将数组数据给绘图函数
End If
Next i
End Sub

3、结束语

利用VB6.0的事件驱动方式可以很方便地开发数据采集与监控系统，用单台PC机可以测量和监控多路控制信号，整控制系统设计方便，对小型测控系统的设计具有很大的实用性。

参考文献：
1、 何立民，单片机应用系统设计.北京：航空航天大学出版社，1992
2、 美Jan Axelson 著，串行端口大全，精英科技译，2001.5