【畢業(yè)學位論文】(Word原稿)使用MSComm控件設計計算機與單片機進行串行口通信的軟件平臺，以及給出程序流程圖和部分程序源代碼-光信息科學與技術

摘 要 本文 概述了計算機與 單片機 進行串行通信的基本原理和編程時所用到 的 并采用 發(fā)軟件，使用 件設計 了計算機與單片機進行串行口通信 的軟件平臺， 以及 給出 程序流程圖和部分程序源代碼 。 串行通信作為基礎而靈活的一種通信方式，被廣泛應用于計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。在 境下使用 件進行串口應用開發(fā)具有代碼短、運行快、可移植性、簡單快捷等特點。 使用 件進行串行通信編程的步驟包括加載 件、初始化并打開串行端口、捕獲 串行端口時間、串行端口數(shù)據(jù)讀寫和關閉串行端口。 本 程序 使用 供的 用程序框架，采用基于對話框的結構，有主對話框界面和串口設置對話框界面兩個界面。其中主對話框實現(xiàn)打開串口、顯示接收數(shù)據(jù)、輸入發(fā)送數(shù)據(jù)等功能，而串口設置對話框實現(xiàn)包括端口、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位等串口通信參數(shù)的設置。 使用本文設計的 單片機的通信軟件時需要先單擊主對話框的串口設置進入串口設置對話框，設置約定的串口參數(shù)，然后選擇發(fā)送數(shù)據(jù)或者文件， 動將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給單片機，單片機收到數(shù)據(jù)后進行相應的操作或者返回數(shù) 據(jù)并在顯示區(qū)顯示，從而地實現(xiàn)了 制單片機硬件的功能，并具有界面精致、美觀、簡潔、方便使用等優(yōu)點。 關鍵詞 單片機 串行通信 目 錄 1 前言 . 1 串行通信原理 . 1 軟件開發(fā)工具 . 2 2 件串口編程 . 2 件簡介 . 2 件描述 . 3 件處理通信的方式 . 3 件常用屬性 . 3 件的事件 . 5 件編程步驟 . 5 3 串行通信軟件的編程實現(xiàn) . 6 軟件功能和流程設計 . 6 界面設計 . 6 變量聲明 . 9 編程實現(xiàn) . 11 初始化 . 11 串口操作 . 12 接收數(shù)據(jù)處理 . 13 發(fā)送數(shù)據(jù)處理 . 13 文件操作處理 . 14 其它操作 . 15 4 結語 . 15 致謝 . 17 參考文獻 . 18 . 19 附錄 . 20 1 1 前言 隨著計算機在工業(yè)領域的廣泛應用 ， 局域控制網(wǎng)絡也深入應用到各行各業(yè)中。目前 ，在很多分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中 ， 都采用主從式結構模式 ， 即以 為主體 ， 分布在現(xiàn)場的各個單片機系統(tǒng)為從機組成的系統(tǒng)結構。 單片機用在控制過 程中 可使控制系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài) ， 提 高系統(tǒng)自動化程度。 但是，由于單片機的數(shù)據(jù)存儲容量和數(shù)據(jù)處理能力都較低，所以一般情況下要通過通信手段使它與 相連，把所收集到的數(shù)據(jù)傳送到 上，再在 上進行數(shù)據(jù)處理，充分發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢。 機 單片機系統(tǒng)是一種廣泛應用的主從計算機控制系統(tǒng)，其信號的交互往往采用串行通信 1。 串行通信原理 串 行通信 是計算機上一種非常通用設備通信的協(xié)議。大多數(shù)計算機包含兩個基于串 行接 口。 串行通信 的概念非常簡單，串口按位（ 送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（ 并行通信慢，但是串 口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠實現(xiàn)遠距離通信。比如 義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設備線總長不得超過 20 米，并且任意兩個設備間的長度不得超過 2 米；而對于串口而言，長度可達 1200米。典型地，串口用于 字符的傳輸。通信使用 3 根線完成：（ 1）地線，（ 2）發(fā)送，（ 3）接收。由于 串行通信 是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。 串行通信最重要的參數(shù)是波特率、 數(shù)據(jù)位、奇偶校驗和停止位。對于兩個進行通信的端口，這些 參數(shù)必須匹配： 1、 波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的 位 的個數(shù)。例如 300波特表示每秒鐘發(fā)送 300 個 位，記著 300b/s。 2、 數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當計算機發(fā)送一個信息包， 實際的數(shù)據(jù)不一定 是 8 位的，標準的值是 5、 7 和 8 位。如何設置取決于你想傳送的信息。每個包是指一個字節(jié)，包括開始 /停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。 3、 奇偶校驗位：在 串行通信 中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數(shù)據(jù)位后面的一 位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位 。 4、 停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為 1， 2 位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現(xiàn)了 2 小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會 2。 軟件開發(fā)工具 單片機通信的實現(xiàn)依賴于其硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分，而軟件系統(tǒng)又包括下位機（單片機）軟件和上位機（ 件。本文的任務是設計一個能夠實現(xiàn) 單片機串行通信的上位機軟件。 在 境 下 ， 編寫串行通信程序是一件相當復雜的工作 ， 程序員需要具備深厚的硬件知識、花費大量的時間和精力與硬件打交道 ， 而不是如何獲取與處理數(shù)據(jù) 。 它強大的面向對象的程序設計使一般的用戶能夠操作 。在 + + 、 發(fā)工具之間 ， + + 功能強大 ， 應用靈活 ， 同時也得到了 統(tǒng)的最好支持 。 本設計是在 + +環(huán)境下 ， 利用 P 操作系統(tǒng)的多線程技術和控件 ， 開發(fā)串行通信程序 。 在開發(fā)微機控制系統(tǒng)的過 程中 ， 我們經(jīng)常需要通過 行接口與外部設備進行通信 。 在 實現(xiàn)多級通信的方法多種多樣 ， 比如 ： 對 I/O 口直接訪問操作、基于通信控件來實現(xiàn)、基于動態(tài)鏈接庫的方法、用 數(shù)等 ， 但各有各的優(yōu)缺點 。 對 I/O 口直接訪問操作適用于 8 及以下操作系統(tǒng)中 ； 動態(tài)鏈接庫有其自身的特點 ， 如節(jié)省內存、支持多語種等功能 ，而且當 的函數(shù)改變后 ， 只要不是參數(shù)的改變調用的函數(shù)并不需要重新編譯 ， 這在編程時十分有用 ， 但掌握起來比較麻煩 ； 供了使用 文件及 I/O 函數(shù)進行串行口操作的方法 ， 但是在實現(xiàn)上仍然是相當煩瑣的 ； 幸運的是 ，在對串行口編程時 ， 臺先進的 術使我們不必處理煩瑣的細節(jié) 。 利用已有的 件 ， 只需要編寫少量的代碼 ， 就可以輕松高效地完成任務 。 本文以P 下 使 用 + + 件開發(fā)串行通信軟件。 該控件的響應文件是 以下簡稱為 件 。 2 件串口編程 件簡介 件 ， 即 是 簡化 件 。 它提供了一系列標準通信命令的使用接口 ， 利用它可以建立起與串口的連接 ， 并可以通過串口連接到其他通信設備 (如調制解調器 )， 從而實現(xiàn)發(fā)出命令、交換數(shù)據(jù)以及監(jiān)視和響應串行連接中發(fā)生的事件和錯誤等功能 。 3 件也可以用于創(chuàng)建電話撥號程序、串行口通信程序和功能完備的終端程序 。 件 描述 件處理通信的方式 件提供下列兩種處理通訊的方式：事件驅動方式和查詢方式。 1、 事件驅動方式 事件驅動通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，在事件發(fā)生時需要得到通知，例如，在串口接收緩沖區(qū)中有字符，或者 D)或 o 上一個字符到達或一個變化發(fā)生時。在這些情況下，可以利用件的 件捕獲并處理這些通訊事件。 件還可以檢查和處理通訊錯誤。所有通訊事件和通訊錯誤的列表，參閱 性。在編程 過程中，就可以在 件處理函數(shù)中加入自己的處理代碼。這種方法的優(yōu)點是程序響應及時，可靠性高。每個 件對應著一個串行端口。如果應用程序需要訪問多個串行端口，必須使用多個 件。 2、 查詢方式 查詢方式實質上還是事件驅動，但在有些情況下，這種方式顯得更為便捷。在程序的每個關鍵功能之后，可以通過檢查 性的值來查詢事件和錯誤。如果應用程序較小，并且是自保持的，這種方法可能是更可取的。例如，如果寫一個簡單的電話撥號程序，則沒有必要對每接收一個字符都產(chǎn)生事件，因為唯一等 待接收的字符是調制解調器的“確定”響應。 件常用屬性 件 利用 件實現(xiàn)計算機通信的關鍵是理解并正確設置件眾多屬性。以下是 件的常用屬性 3： 設置或返回串口號。 以字符串的形式設置或返回 串行通信 參數(shù)。 設置或返回串口狀態(tài)。 設置或返回接收數(shù)據(jù)的類型。 設置或返回 1 次從接收緩沖區(qū)中讀取字節(jié)數(shù)。 設置或返回接收緩沖區(qū) 的大小 ， 缺省值為 1024 字節(jié)。 設置或返回接收緩沖區(qū)中等待計算機接收的字符數(shù)。 從接收緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)并清空該緩沖區(qū) ， 該屬性設計時無效 ， 運行時只讀。 4 設置或返回發(fā)送緩沖區(qū)的大小 ， 缺省值為 512 字節(jié)。 設置或返回發(fā)送緩沖區(qū)中等待計算機發(fā)送的字符數(shù)。 向發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù) ， 該屬性設計時無效 ， 運行時只讀。 該屬性為一閥值。當接收緩沖區(qū)中字符數(shù)達到該值時 ， 件設置 性為 并產(chǎn)生 件。用戶可在 件處理程序中進行相應處理。若 性設置為 0， 則不產(chǎn)生 件。例如用戶希望接收緩沖區(qū)中達到 1 個字符就接收 1 個字符 ， 可將 置為 1。這樣接收緩沖區(qū)中接收到 1 個字符 ， 就產(chǎn)生 1 次 件。 該屬性亦為一閥值。當發(fā)送緩沖區(qū)中字符數(shù)小于該值時 ， 件設置 性為 并產(chǎn)生 件。若 性設 置為 0，則不產(chǎn)生 件。要特別注意的是僅當發(fā)送緩沖區(qū)中字符數(shù)小于該值的瞬間才產(chǎn)生 件 ， 其后就不再產(chǎn)生 件。例如 置為 3， 僅當發(fā)送緩沖區(qū)中字符數(shù)從 3 降為 2 時 ， 件設置 性為 同時產(chǎn)生 件 ， 如發(fā)送緩沖區(qū)中字符始終為 2， 則不會再產(chǎn)生 件。這就避免了發(fā)送緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)未發(fā)送完就反復發(fā)生 件。 這是一個非常重要的屬性。該屬性設計時無效 ， 運行時只讀。一旦串口發(fā)生通信 事件或產(chǎn)生錯誤 ， 依據(jù)產(chǎn)生的事件和錯誤 ， 件為 性賦不同的代碼 ， 同時產(chǎn)生 件。用戶程序就可在 件處理程序中針對不同的代碼 ， 進行相應的處理。 性的代碼、常數(shù)及含義見表 1、表 2。 表 1 信事件 代碼 常數(shù) 含義 1 送緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)少于 , 說明串口已經(jīng)發(fā)送了一些數(shù)據(jù) , 程序可以用 性繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。 2 接受到 字符 。該事件將持續(xù)產(chǎn)生 , 直到用 性從接受緩沖區(qū)中讀取并刪除字符。 3 號線狀態(tài)發(fā)生變化。 4 號線狀態(tài)從 1 變到 0。 5 5 號線狀態(tài)發(fā)生變化 6 測到振鈴信號。 7 受到文件結束符。 表 2 信錯誤 代碼 常數(shù) 含義 1001 受到一個中斷信號。 1002 號超時。 1003 號超時。 1004 錯誤。 1006 串口超速。 1007 載波檢測超時。 1008 接受緩沖區(qū)溢出 , 緩沖區(qū)中已沒有空間。 1009 偶校驗錯。 1010 送緩沖區(qū)溢出 , 緩沖區(qū)中已沒有空間。 1011 索串口的設備控制塊時發(fā)生錯誤。 件的事件 件只有一個事件，即 件。 件運行觸發(fā)事件或者發(fā)生錯誤時，都會觸發(fā) 件，同時改變 性值。根據(jù) 以判斷 件當前觸發(fā)事件或發(fā)生錯誤的具體類型，在 件響應代碼段中，編寫對應各種 性值的處理代碼。 件編程步驟 在 + 成開發(fā)環(huán)境中，使用 件進行串行通信編程的步驟包括加載 件、初始化并打開串行端口、捕獲串行端口時間、串行端口數(shù)據(jù)讀寫和關閉串行端口。 6 1、加載 件。 + 默認情況下，不會包含 件，所以使用控件編程必須將 件加載到 + 成開發(fā)環(huán)境中。 2、初始化并打開串行端口。初始化主要完成設置程序使用的串口編號、設置串口的通信參數(shù)，然后打開端口。 3、捕獲串行端口事件。 件運行觸發(fā)事件或者都會觸發(fā) 件，同時改變 性值。 由此可 判斷控件當前觸發(fā)事件或發(fā)生錯誤的具體類型。 4、串行端口數(shù)據(jù)讀寫。創(chuàng)建 中 數(shù)和 實現(xiàn)串行端口數(shù)據(jù)讀寫操作。 5、關閉串行端口。當使用完控件后，應該及時關閉串口，以釋放串口資源。 3 串行 通信軟件的編程實現(xiàn) 軟件功能和流程設計 1、本軟件要完成以下功能： a)支持各種串口設置，如波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位和停止位等。 b)發(fā)送和接受的數(shù)據(jù)可以在十六進制和 之間任意轉換。 c)可以自動在發(fā)送的數(shù)據(jù)尾部增 加校驗位，支持多種校驗格式。 d)可以從外部文件導入 發(fā)送 數(shù)據(jù) ，也可以導出接收到的數(shù)據(jù) 。 2、根據(jù)要實現(xiàn)的功能要求，編程流程圖如圖 1 所示。 圖 1 串行通信軟件概念設計流程圖 界面設計 本 程序 使用 供的 用程序框架，采用基于對話框的結構，具有開發(fā)易、運行速度快、界面精致等特點 4，程序有主對話框界面和串口設置對話框界面兩個界面。 7 其中主對話框實現(xiàn)打開串口、顯示接收數(shù)據(jù)、輸入發(fā)送數(shù)據(jù)等功能，而串口設置對話框實現(xiàn)串口通信參數(shù)的設置。 1、主對話框界面如圖 2 所示，界面中使用了 4 個組框 、 3 個編輯框、 8 個按鈕盒 2個復選框。 圖 2 主對話框界面 主對話框的資源及其作用如表 3 所示。 表 3 主對話框的資源及其功能 名稱 能 接收數(shù)據(jù)編輯框 示接收數(shù)據(jù) 串口設置按鈕 置串口的通信參數(shù) 打開串口按鈕 開 /關閉串口 打開文件按鈕 開要發(fā)送的文件 發(fā)送文件按鈕 送文件 保存文件按鈕 存文件 8 文件操作編輯框 示要發(fā)送的文件 發(fā)送數(shù)據(jù)按鈕 送數(shù)據(jù) 清除按鈕 除已輸入的數(shù)據(jù) 發(fā)送數(shù)據(jù)編輯框 入要發(fā)送的數(shù)據(jù) 清屏按鈕 除接收數(shù)據(jù)框 選框 用 據(jù)格式 換行復選框 行 件 口通信 2、 設置對話框界面如圖 3 所示，包括端口、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位等通信參數(shù)的設置。界面中的兩個按鈕是自動創(chuàng)建的，界面中使用了 6 個靜態(tài)文本控件作為文本標簽。 圖 3 設置對話框界面 串口設置對話框的主要資源是 5 個組合列表控制。其參數(shù)設置如表 4 所示。 表 4 組合列表框的參數(shù)設置 名稱 據(jù)項目 功能 9 端口組合框 擇通信串口 波特率組合框 10 300 600 1200 2400 4800 9600 14400 19200 28800 38400 56000 57600 115200 設置波特率 數(shù)據(jù)位組合框 6 7 8 設置數(shù)據(jù)位位數(shù) 停止位組合框 2 設置停止位位數(shù) 校驗位組合框 校驗 奇校驗 空格校驗 標號校驗 無校驗 設置校驗方式 變量聲明 變量包括主對話框的成員變量和設置對話框的成員變量。 10 1、主對話框的的成員變量 在主對話框的頭文件中聲明這些變量。首先應該在 件增加串口設置對話框類多文件 在 文件的首部增加包含 件類頭文件和 頭文件。然后手動在 文件的類構造中聲明成員變量： / ; ; /校驗位 /數(shù)據(jù)位 /端口號 /停止位 / 打開的文件 / 打開標志 / 系統(tǒng)圖標標志 ; / 系統(tǒng)圖標 同時，使用類向導自動聲明靜態(tài)文本、按鈕、復選框和編輯框的關聯(lián)成員變量。 表 5 關聯(lián)變量聲明 11 2、串口設置對話框的成員變量 使用 +的類向導自動創(chuàng)建串口對話框的成員變量，如圖 4 所示。 表 6 對話框的成員變量聲明 編程實現(xiàn) 初始化 程序運行時需要給定一個初始化條件，主要內容有三大方面：（ 1）串口設置初始化即串口對話框的參數(shù)的初始化，本文的設置是端口選擇 特率為 115200，數(shù)據(jù)位為 8，停止位為 1，校驗位無未校驗；（ 2）創(chuàng)建串口對象，即創(chuàng)建控件的實例；（ 3）串口 12 初始化，設置輸入緩沖區(qū)的大小，輸出緩沖區(qū)的大小，輸入模式為二進制并初始化串口等等。 串口操作 1、單擊主對話框的“串口設置”按鈕，將彈出“串口設置”對話框，可以再該對話框中設置通信參數(shù)。流程圖如下： 圖 5 串口 設置流程圖 2、主對話框的“打開串口”按鈕實現(xiàn)打開或者關閉指定串口的功能。流程圖如圖 6所示。 13 圖 6 打開串口流程圖 接收數(shù)據(jù)處理 程序在 件的 件中接收數(shù)據(jù) ，并在接收數(shù)據(jù)區(qū)實時顯示數(shù)據(jù) 。流程圖如圖 7 所示。 圖 7 接收數(shù)據(jù)流程圖 發(fā)送數(shù)據(jù)處理 發(fā)送數(shù)據(jù)處理包括發(fā)送數(shù)據(jù)按鈕和清除按鈕兩部分。 1.、單擊“發(fā)送數(shù)據(jù)”按鈕，輸入的字符串將通過串口發(fā)送出去。流程圖如圖 8 所示。 14 圖 8 發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖 2、單擊“清除按鈕”，發(fā)送數(shù)據(jù)編輯框的字符串將清零。 文件操作處理 文件操作處理包括打開文件按鈕、發(fā)送文件和保存文件。 1、單擊“打開文件”按鈕，將彈出打開文件對話框，以便選擇要發(fā)送的文件，只支持 件。流程圖如圖 9 所示。 圖 9 打開文件流程圖 2、單擊“發(fā)送文件”按鈕，選中的 件會通過串口發(fā)送。流程圖如圖 10 所示。 15 圖 10 發(fā)送文件流程圖 3、單擊“保存文件”按鈕，即可以 檔格式保存已接受的數(shù)據(jù)。流程圖如圖11 所示。 圖 11 保存文件流程圖 其它操作 1、清屏。單擊“清屏”按鈕，將清空接收數(shù)據(jù)。 2、 式。選上 選框，將會使用 式顯示接收到的數(shù)據(jù)。 4 結語 16 本文首先介紹了串行通信的基本原理，然后介紹了使用 件精心串行通信的方法，最后在 +使用 設計了基于對話框的 單片機的通信軟件。使用時需要先單擊主對話框的串口設置進入串口設置對話框，設置約定的串口參數(shù)，然后即可發(fā)送數(shù)據(jù)或者文件， 動將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給單片機，單片機收到數(shù)據(jù)后進行相應的操作或者返回數(shù)據(jù)并在顯示區(qū)顯 示，從而實現(xiàn)了 制單片機硬件的功能。所設計的軟件界面精致、美觀、簡潔，并且操作簡單、方便掌握。 17 致 謝 本課題在選題及進行過程中得到劉丹 老師的悉心指導。軟件設計過程中，劉 老師多次幫助我分析思路，開拓視角，在我遇到困難想放棄的時候給予我最大的支持和鼓勵。劉老師嚴謹求實的治學態(tài)度，踏實堅韌的工作精神，將使我終生受益。再多華麗的言語也顯蒼白。在此，謹向劉老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 感謝大學四年來，理學院所有老師對我學習上的幫助和生活上的關懷，正是您們的辛勤工作，才使我得以順利地完成學業(yè) ，取得學位。濃濃師恩，終生不忘。 大學四年的生活即將隨著論文的完成劃上句號。最后，我感謝大學四年以來給過我?guī)椭完P注的所有人，更加感謝給過我挫折的所有人。你們用不同的方式給了我成長，也是你們促使我在走過的大學時光里一直努力，終可以在畢業(yè)的那一天無愧的說一聲：青春無悔。 18 參 考 文 獻 1 龔建偉 , 熊光明 . +/ 串口通信編程實踐 M . 北京 : 電子出版社 , 2004 . 2182 李朝青 . 單片機原理及接口技術 M . 第三版 . 北京 : 北京航空航天大學出版社 , 2006 . 1513 韓利凱 . 用 實現(xiàn) 單片機串行通信方法的研究 J . 西安文理學院學報 , 2005 , 8(2) : 734 . + . 5th U. S : 1998 . 1719 C 10642, of of C CM is of is As a of is in is so