Visual C++在異步串行通信控制中的應用
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Visual C++在異步串行通信控制中的應用</P><P> 邱紅兵 韓峰</P><P> 摘要：系統介紹了Visual C++實現異步串行通信的基本原理，分別講述了用Windows函數庫API函數實現和C運行時庫的實現方法，以及在控制系統中的編程應用實例。<BR> 關鍵詞：控制系統；串行通信；Visual C++應用<BR> 中圖分類號：TP311.11 文獻標識碼：A</P><P> The Visual C++ Application in Asynchronous Serial Communication Control</P><P> QIU Hong-bing HAN feng</P><P> Abstract: The paper is focus on the principle of asynchronous serial communication by Visual C++, and tells of their implement methods using API function in Windows function warehouse and C function singly. The paper also adduces program application sample in control system.<BR> Key Words: control system；serial communication；Visual C++ application</P><P> 1 引言<BR> Visual C++是建立在Window 95和Window NT 32位程序上的可視化編程環境，對于控制系統的可視化開發提供了極大的便利，但是對于計算機控制系統中數據采集、控制，用Visual C++實現的介紹卻很少。基于此，介紹Visual C++在測控系統應用中的基本原理及應用，其中異步串行通信是關鍵。其基本構成是：下位機（單片機系統）完成信號檢測、A/D轉換和簡單的控制功能，通過系統總線（如RS-232C）與上位機（PC機）相連，進行監測、控制，形成主從式結構。</P><P> 2 工作原理<BR> 通過傳感器檢測得到被控信號及相關信號，經過放大、濾波處理形成有效信號，通過A/D轉換形成數字信號，輸入到單片機系統進行處理。其中單片機系統完成相應算法或控制功能；PC機主要完成監視、控制其下面的單片機系統，進行集中管理。它們之間的通信可通過RS-232C標準總線進行異步傳輸。系統結構如圖1所示。</P><P> <BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315234499366.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315234499366.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖1 控制系統網絡結構圖</P><P> 3 Visual C++實現串行通信<BR> Visual C++實現串行通信有幾種方式可供選擇，如利用計算機上的標準串行口進行，或自制專用卡插入工控機的PCI總線的ISA擴展槽等。下面主要論述利用計算機上的標準串行口進行串行通信，可分為利用Windows函數庫API函數和利用C運行時庫實現。其中API函數主要以創建資源的形式進行串行通信，C運行時庫采用類似C的方式進行。<BR> 3.1 API函數實現<BR> Windows應用程序要與標準串口通信，Windows函數庫中提供了24個低級函數，這些函數可與外部設備的通信提供了基本的工具，文件輸入和文件輸出函數為通信資源句柄的打開、關閉以及執行讀寫操作提供了基本的接口，Win32 API也包含一系列訪問通信資源的通信函數，具體工作過程如下：首先打開一個通信資源句柄CreateFile()，接著進行串行通信資源的配置（包括波特率、奇偶校驗、停止位和數據位等信息），通過SetCommState()、GetCommState()進行修改和查詢完成初始化設置；串行通信資源的讀寫通過ReadFile()、WriteFile()來完成收發數據，監視串行通信資源某些可能發生的事件可通過WaitCommEvent()來完成，向與某通信資源相關的設備驅動程序發送控制命令，使驅動程序執行特定任務。對于具體參數設置可參閱有關書籍。［1］<BR> 3.2 C運行時庫實現<BR> 對于利用C運行時庫實現串行通信在此將詳細進行討論。它與硬件密切相關，其核心器件是通用異步接收發送器（簡稱UART），并在機箱后部外引一個25腳（或15腳、9腳）的D型連接器作為數據終端設備（DTE）一側，它通過異步通信電纜（RS-232）與另一側數據通信設備（DCE）（MODEM或其它通信設備）相連。<BR> 3.2.1 RS-232異步串行口連接<BR> 異步串行通信對應用接口極其敏感，常用的RS-232C接口有MODEM接口標準連接和零MODEM的非標準連接，但在實際應用中，并非需要全部控制信號線，而且在某種場合下，還允許采取若干種非標準的連接方式，如圖2所示。其中圖2a主要適用于長距離串行通信，而圖2b適用于短距離異步通信，無需MODEM這類DCE設備介入。<BR> </P><P> <BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315231635722.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315231635722.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖2 RS-232接口連接</P><P> 3.2.2 異步串行通信原理<BR> 利用C進行異步通信編程，其實是對UART內部寄存器的讀出或寫入操作。VC可利用-inp()/-outp()函數對其進行編程，它們的端口地址列于表1。</P><P> 表1 UART內部寄存器端口分配<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315251717304.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315251717304.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> * DLAB指線路控制器 D7位；<BR> ** 括號前指COM1，括號內指COM2。 </P><P> 下面，從編程應用的順序考慮，對表1各個寄存器的作用進行說明（端口地址以COM1為例）。<BR> 首先確定異步通信的數據格式，包括波特率因子的鎖存，奇偶校驗位的設定，停止位數和數據位數的確定，各位定義如下：D7置1對除數鎖存，D6置1允許間斷，D5D4D3奇偶位，D2停止位數，D1D0數據位數。<BR> 接著確定通信雙方傳輸波特率，確定波特率的方法是在通信前，將波特率因子（16位）分兩次寫入到波特率因子寄存器，波特率與波特率因子的關系舉例：如波特率為75，其波特率因子為0x06(MSB)，0x00(LSB)；波特率為1200，其波特率因子為0x00(MSB)，0x60(LSB)；1800對應0x00(LSB)，0x40(MSB)；2400對應0x00(LSB)，0x30(MSB)；3600對應0x00(LSB)，0x20(MSB)；9600對應0x00(LSB)，0x0C(MSB)等等。<BR> 緊接著是讀取線路狀態判斷，適用于URAT的查詢I/O，若采取中斷I/O，不需判斷。對URAT采取查詢I/O方式，首先要讀取線路狀態，以判斷是否就緒并用于發送或接收。存在UART內部狀態的線路狀態寄存器的各位定義如下：D7恒0，D6發送移位寄存器為空，D5發送保持寄存器為空，D4 接收到間斷條件，D3接收到幀格式錯，D2接收到奇偶校驗錯，D1接收到超越錯，D0接收器數據就緒。<BR> 然后進行判斷。確定芯片操作方式和控制MODEM可通過對MODEM控制寄存器的寫入操作完成。［2］<BR> 3.2.3 應用實例<BR> VC對異步串行通信編程應用實例。主控計算機主要完成對其下的單片機系統的數據收集、處理控制和報警功能。控制系統結構圖如圖1所示。對于控制軟件的串行通信有以下部分組成：串行口的初始化、數據收集處理和控制報警等部分（以串行口COM1為例，端口基址0x3f8）。<BR> 初始化串行通信口一般做以下幾件事：確定數據傳輸幀格式（包括數據位長度、停止位長度及奇偶有無和類型選擇）、確定傳輸波特率（與數據信號傳輸率同值）以及確定UART操作方式。操作方式指正常通信或循環反饋用于診斷，是程序查詢I/O還是通信中斷I/O。<BR> void CCommu::Init() {<BR> _outp(0x3fb,0x80);//設置線路控制寄存器置DLAB=1進行設定波特率<BR> _outp(0x3f8,0x30);//寫入波特率因子，波特率為2400<BR> _outp(0x3f9,0x00);<BR> _outp(0x3fb,0x03);//設置線路控制寄存器置DLAB=0確定數據幀傳輸格式<BR> _outp(0x3f9,0x00);//設置中斷允許寄存器采用查詢I/O<BR> }<BR> 數據收集處理主要完成數據接收發送。在收發過程中必須檢測MODEM狀態寄存器和線路狀態寄存器。通信流程如圖3所示：圖3a為發送流程，圖3b為接收流程。部分程序如下：<BR> </P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315222611459.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315222611459.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315223340963.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315223340963.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 圖3 查詢I/O方式下通信流程圖</P><P> BOOL CCommu::WaitForStatus(int flag)<BR> { //When flag is 1,send else receive<BR> int statusflag,j1=0,j2=0;<BR> BOOL TimeOverFlag=FALSE;<BR> do{<BR> statusflag=(int)_inp(0x3fd);<BR> if(flag==1){<BR> statusflag=statusflag&0x20;<BR> if(statusflag!=0){break;}<BR> }<BR> else{<BR> j1++;<BR> statusflag=statusflag&0x01;<BR> if(statusflag!=0){break;}<BR> else{<BR> if(j1 % 5000==0){j2++;j1=0;} } if(j2>60){TimeOverFlag=TRUE;break;}<BR> }<BR> }while(1);<BR> return TimeOverFlag;<BR> }</P><P> void Ccommu::SendData(int data)<BR> {_outp(0x3f8,data);}</P><P> _int8 Ccommu::ReceData()<BR> {return (_int8)_inp(0x3f8);<BR> 對于控制、報警可根據具體要求確定。一般可采取主控計算機集中控制集中報警的方式，或從單片機系統自主控制主計算機集中管理報警的方式。對于數據的收發過程按上述原則進行，在此不在詳述。</P><P> 4 結束語<BR> 本文介紹的Visual C++實現異步串行通信用于電力系統電纜故障在線監測系統中運行良好；對于控制系統的可視化、網絡化開發有參考意義。</P><P> 作者簡介：邱紅兵(1974-)，男，湖北云夢縣人，碩士研究生，主要從事數學模型建立、微機應用軟件開發、機電控制及自動化研究。<BR> 作者單位：北京理工大學 機電工程系，北京 100081</P><P> 參考文獻<BR> ［1］穆宗學，章江，肖蓉.Visual C++ 4.2編程實踐指要［M］. 北京：中國鐵道出版社，1997. 160-169.<BR> ［2］高登芳，潘承武，朱英杰.微型計算機實用測控接口技術［M］. 北京：北京科學技術出版社，1990. 214-224.</P><P> <BR>
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