1、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，并给出两种方式的 C 语言源程序。的 I/O 通道之一，以最简单方式组成的串行双工线路只需两条信号线和一条公共地线，因此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 I
2、NT 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
3、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 12 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。T8S12300.GIF;图 1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
4、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。这 10 个寄存器的具体功能如下：COM1(COM2) 寄存器端口地址 功能 DLAB 状态3F8H(2F8H) 发送寄存器(写) 03F8H(2F8H) 接收寄存器(读) 03F8H(2F8H) 波特率因子低字节 13F9H(2F9H) 波特率因子高字节 13F9H(2F9H) 中断允许寄存
5、器 03FAH(2FAH) 中断标志寄存器3FBH(2FBH) 线路控制寄存器3FCH(2FCH) MODEM 控制寄存器3FDH(2FDH) 线路状态寄存器3FEH(2FEH) MODEM 状态寄存器注：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
6、/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。UART 可向 CPU 发出一个硬件中断申请，此中断信号接到中断控制器 8259，其中 COM1 接 IRQ4(中断 OCH)，COM2 接 IRQ3(中断 OBH)。用软件访问 8259的中断允许寄存器(地址 21H)来设置或屏蔽串行口的中断，需特别指出的是，设置中断方式串行通信时，MODEM 控制寄存器的第三位必须置 1，此时 CPU才能响应 UART 中断允许寄存器许可的任何通信中断。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
7、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
8、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。在一个有大量数据串行输入/输出的应
9、用程序中，这种消耗是无法容忍的，也不是一种高效率通信方式，而且可以看到，在接收一个长度未知的数据串时，有可能发生遗漏。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， 20HOUT 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
10、)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 47 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
11、存器这 4 组中断的优先级为 0 号最低，3 号最高。在本组程序中，函数 setinterrupt()和 clearinterrupt()设置和恢复串行通信中断向量；cominit()初始化指定串行口并开放相应中断；sendcomdata()和getcomeomdata()用于发送和接收数据串；com1()和 com2()为中断例程，二者均调用 fax2()函数， fax2()函数为实际处理数据接收和发送的例程。明确了串行口的工作原理，就不难理解其具体程序。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
12、，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。比如，中断接收程序中的缓冲区可改为循环表，以防数据溢出，尽可能保留最新数据。由于笔者水平所限，文中不足疏漏之处尚希行家指正。程序 1：static int receive_delay=10000;int may(unsigned par,char *comm,char *ss)int cs=0,j=0;char *p;bioscom(0,par,0); /com1loop:p=comm;inportb(0x3f8); /resetdo while(inportb(0x3f8+5) outportb(0x3f8,*p+);whi
13、le(*p); /send commandos=0;j=0;do if(inportb(0x3fd)else cs+;continue; ssj+=inportb(0x3f8); cs=0;while(l);ssj=0;if(j) return 0;else return 1;程序 2：#include #include #include #include #inolude #define maxsize 4096#define SEND 2#define RECEIVE 1#define COM1 0#define COM2 1static unsigned char Hardinterru
14、pt=0;struct ComInterruptint portadd;int intbit;char bufmaxsize,*comm;int bufh,recount,sendcount;com2=0x3f8,0x0c,“,“,0,0,0,0x2f8,0x0b,“,“,0,0,0 ;void static interrupt (*old_com2)(void);vold interrupt coml(vold);void interrupt com2(void);void fax2(int comnum);void setinterrupt(int comnum);void clearin
15、terrupt(int comnum);void cominit(int comnum, int para, int interruptmark);void sendcomdata (int comnum,char *command);int getcomdata (int comnum, char *buf);void interrupt com1(void)fax2(0);void interrupt com2(void)fax2(1);/ set cominterrupt, comnum 0=com1, 1=com2void setinterrupt (int comnum)old_co
16、mcomnum=getvect(comcomnum.intbit);if (!oomnum)setvect(comcomnum.intbit,coml); /com1elsesetvect(comcomnum.intbit,com2); /com2/set hard intHardinterrupt = inportb(0x21);if(comnum)outportb(0x21,Hardinterrupt /com2 ,0elseoutportb(0x21,Hardinterrupt /com1 0,void clear interrupt(int comnum)if(comnum)outportb(0x21,Hardinterrupt | 0x08); /COM2elseoutportb(0x21,Hardinterrupt|0x10); /COM1setvect(comcomnum.intbit,old_comcomnum);for( i=0;i
