Visual C++在异步串行通信控制中的应用
邱红兵 韩峰
摘要：系统介绍了Visual C++实现异步串行通信的基本原理，分别讲述了用Windows函数库API函数实现和C运行时库的实现方法，以及在控制系统中的编程应用实例。
关键词：控制系统；串行通信；Visual C++应用
中图分类号：TP311.11 文献标识码：A
The Visual C++ Application in Asynchronous Serial Communication Control
QIU Hong-bing HAN feng
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.
Key Words: control system；serial communication；Visual C++ application
1 引言
Visual C++是建立在Window 95和Window NT 32位程序上的可视化编程环境，对于控制系统的可视化开发提供了极大的便利，但是对于计算机控制系统中数据采集、控制，用Visual C++实现的介绍却很少。基于此，介绍Visual C++在测控系统应用中的基本原理及应用，其中异步串行通信是关键。其基本构成是：下位机（单片机系统）完成信号检测、A/D转换和简单的控制功能，通过系统总线（如RS-232C）与上位机（PC机）相连，进行监测、控制，形成主从式结构。
2 工作原理
通过传感器检测得到被控信号及相关信号，经过放大、滤波处理形成有效信号，通过A/D转换形成数字信号，输入到单片机系统进行处理。其中单片机系统完成相应算法或控制功能；PC机主要完成监视、控制其下面的单片机系统，进行集中管理。它们之间的通信可通过RS-232C标准总线进行异步传输。系统结构如图1所示。
图1 控制系统网络结构图
3 Visual C++实现串行通信
Visual C++实现串行通信有几种方式可供选择，如利用计算机上的标准串行口进行，或自制专用卡插入工控机的PCI总线的ISA扩展槽等。下面主要论述利用计算机上的标准串行口进行串行通信，可分为利用Windows函数库API函数和利用C运行时库实现。其中API函数主要以创建资源的形式进行串行通信，C运行时库采用类似C的方式进行。
3.1 API函数实现
Windows应用程序要与标准串口通信，Windows函数库中提供了24个低级函数，这些函数可与外部设备的通信提供了基本的工具，文件输入和文件输出函数为通信资源句柄的打开、关闭以及执行读写操作提供了基本的接口，Win32 API也包含一系列访问通信资源的通信函数，具体工作过程如下：首先打开一个通信资源句柄CreateFile()，接着进行串行通信资源的配置（包括波特率、奇偶校验、停止位和数据位等信息），通过SetCommState()、GetCommState()进行修改和查询完成初始化设置；串行通信资源的读写通过ReadFile()、WriteFile()来完成收发数据，监视串行通信资源某些可能发生的事件可通过WaitCommEvent()来完成，向与某通信资源相关的设备驱动程序发送控制命令，使驱动程序执行特定任务。对于具体参数设置可参阅有关书籍。［1］
3.2 C运行时库实现
对于利用C运行时库实现串行通信在此将详细进行讨论。它与硬件密切相关，其核心器件是通用异步接收发送器（简称UART），并在机箱后部外引一个25脚（或15脚、9脚）的D型连接器作为数据终端设备（DTE）一侧，它通过异步通信电缆（RS-232）与另一侧数据通信设备（DCE）（MODEM或其它通信设备）相连。
3.2.1 RS-232异步串行口连接
异步串行通信对应用接口极其敏感，常用的RS-232C接口有MODEM接口标准连接和零MODEM的非标准连接，但在实际应用中，并非需要全部控制信号线，而且在某种场合下，还允许采取若干种非标准的连接方式，如图2所示。其中图2a主要适用于长距离串行通信，而图2b适用于短距离异步通信，无需MODEM这类DCE设备介入。
图2 RS-232接口连接
3.2.2 异步串行通信原理
利用C进行异步通信编程，其实是对UART内部寄存器的读出或写入操作。VC可利用-inp()/-outp()函数对其进行编程，它们的端口地址列于表1。
表1 UART内部寄存器端口分配
端口地址** 指令 条件* 寄存器名称及作用 0x3f8(0x2f8) 下面，从编程应用的顺序考虑，对表1各个寄存器的作用进行说明（端口地址以COM1为例）。
首先确定异步通信的数据格式，包括波特率因子的锁存，奇偶校验位的设定，停止位数和数据位数的确定，各位定义如下：D7置1对除数锁存，D6置1允许间断，D5D4D3奇偶位，D2停止位数，D1D0数据位数。
接着确定通信双方传输波特率，确定波特率的方法是在通信前，将波特率因子（16位）分两次写入到波特率因子寄存器，波特率与波特率因子的关系举例：如波特率为75，其波特率因子为0x06(MSB)，0x00(LSB)；波特率为1200，其波特率因子为0x00(MSB)，0x60(LSB)；1800对应0x00(LSB)，0x40(MSB)；2400对应0x00(LSB)，0x30(MSB)；3600对应0x00(LSB)，0x20(MSB)；9600对应0x00(LSB)，0x0C(MSB)等等。
紧接着是读取线路状态判断，适用于URAT的查询I/O，若采取中断I/O，不需判断。对URAT采取查询I/O方式，首先要读取线路状态，以判断是否就绪并用于发送或接收。存在UART内部状态的线路状态寄存器的各位定义如下：D7恒0，D6发送移位寄存器为空，D5发送保持寄存器为空，D4 接收到间断条件，D3接收到帧格式错，D2接收到奇偶校验错，D1接收到超越错，D0接收器数据就绪。
然后进行判断。确定芯片操作方式和控制MODEM可通过对MODEM控制寄存器的写入操作完成。［2］
3.2.3 应用实例
VC对异步串行通信编程应用实例。主控计算机主要完成对其下的单片机系统的数据收集、处理控制和报警功能。控制系统结构图如图1所示。对于控制软件的串行通信有以下部分组成：串行口的初始化、数据收集处理和控制报警等部分（以串行口COM1为例，端口基址0x3f8）。
初始化串行通信口一般做以下几件事：确定数据传输帧格式（包括数据位长度、停止位长度及奇偶有无和类型选择）、确定传输波特率（与数据信号传输率同值）以及确定UART操作方式。操作方式指正常通信或循环反馈用于诊断，是程序查询I/O还是通信中断I/O。
void CCommu::Init() {
_outp(0x3fb,0x80);//设置线路控制寄存器置DLAB=1进行设定波特率
_outp(0x3f8,0x30);//写入波特率因子，波特率为2400
_outp(0x3f9,0x00);
_outp(0x3fb,0x03);//设置线路控制寄存器置DLAB=0确定数据帧传输格式
_outp(0x3f9,0x00);//设置中断允许寄存器采用查询I/O
}
数据收集处理主要完成数据接收发送。在收发过程中必须检测MODEM状态寄存器和线路状态寄存器。通信流程如图3所示：图3a为发送流程，图3b为接收流程。部分程序如下：
图3 查询I/O方式下通信流程图
BOOL CCommu::WaitForStatus(int flag)
{ //When flag is 1,send else receive
int statusflag,j1=0,j2=0;
BOOL TimeOverFlag=FALSE;
do{
statusflag=(int)_inp(0x3fd);
if(flag==1){
statusflag=statusflag&0x20;
if(statusflag!=0){break;}
}
else{
j1++;
statusflag=statusflag&0x01;
if(statusflag!=0){break;}
else{
if(j1 % 5000==0){j2++;j1=0;} } if(j2>60){TimeOverFlag=TRUE;break;}
}
}while(1);
return TimeOverFlag;
}
void Ccommu::SendData(int data)
{_outp(0x3f8,data);}
_int8 Ccommu::ReceData()
{return (_int8)_inp(0x3f8);
对于控制、报警可根据具体要求确定。一般可采取主控计算机集中控制集中报警的方式，或从单片机系统自主控制主计算机集中管理报警的方式。对于数据的收发过程按上述原则进行，在此不在详述。
4 结束语
本文介绍的Visual C++实现异步串行通信用于电力系统电缆故障在线监测系统中运行良好；对于控制系统的可视化、网络化开发有参考意义。
作者简介：邱红兵(1974-)，男，湖北云梦县人，硕士研究生，主要从事数学模型建立、微机应用软件开发、机电控制及自动化研究。
作者单位：北京理工大学 机电工程系，北京 100081
参考文献
［1］穆宗学，章江，肖蓉.Visual C++ 4.2编程实践指要［M］. 北京：中国铁道出版社，1997. 160-169.
［2］高登芳，潘承武，朱英杰.微型计算机实用测控接口技术［M］. 北京：北京科学技术出版社，1990. 214-224.
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