深入浅出VC++串口编程--基本概念

引言

　　在PC机的主板上，有一种类型的接口可能为我们所忽视，那就是RS-232C串行接口，在微软的Windows系统中称其为COM。我们可以通过设备管理器来查看COM的硬件参数设置，如图1。

图1 在Windows上查看PC串口设置

　　迄今为止，几乎每一台PC都包含COM。本质而言，COM是PC为和外界通信所提供的一种串行数据传输的接口。作为一种物理通信的途径和设备，它和目前风靡的另一种串行接口――USB所提供的功能是一致的。不过RS-232C显然已经开始被后起之秀USB赶超，因为USB的传输速率已经远远超过了RS-232C。

　　尽管如此，RS-232C仍然具有非常广泛的应用，在相对长的一段时间里，难以被USB等接口取代。RS-232C接口（又称EIA RS-232C），1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定，全名是"数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准"。

　　本文将对这一接口进行硬件原理的介绍，随后我们将逐章学习DOS平台的串口编程，及Windows平台下基于API、控件和第三方类的串口编程，最后本文将给出一个综合实例。

　　在本文的连载过程中，您可以通过如下方式联系作者（热忱欢迎读者朋友对本文的内容提出质疑或给出修改意见）：
作者email：21cnbao@21cn.com（可以来信提问，笔者将力求予以回信解答，并摘取其中的典型问题，在本系列文章最后一次连载的《读者反馈》中予以阐述）；

　　硬件原理

　　众所周知，CPU与存储芯片和I/O芯片的通信是并行的（并行传输的最大位数依赖于CPU的字长、数据总线的宽度），一种叫做UART（通用异步收发器，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）的芯片提供了并行数据传输和RS-232C串行数据传输方式的转换。这样的设备通常有如图2所示的管脚分布，当其向外传输数据时，CPU并行的将数据写入这类芯片的寄存器，UART再将寄存器中的数据一位一位地移动并向外传输；当外界向其传输数据时，UART一位一位地接收数据，并将其移位组合为并行数据，CPU再并行地读取这些数据。实际上，由于UART芯片一般以TTL/CMOS电平工作，在UART连接接口之前，还要经过一个TTL/CMOS和RS-232C电平的转换。RS-232C规定了其标准的电气特性，逻辑1对应的电压必须在-5～-15V之间；逻辑0对应的的电压必须在+5～+15V之间。

图2 UART并/串转换

　　一个常见的TTL/CMOS和RS-232C电平转换芯片如图3。

图3 常见的TTL/CMOS和RS-232C电平转换芯片

　　RS-232C通常以两类接插件与外界相连，分别称为DB9和DB25，如图4所示。

图4 DB9和DB25

　　而接插件中各个针的定义则如表1：

　　表1 DB9和DB25引脚定义

DB9			DB25
针号	功能说明	缩写	针号	功能说明	缩写
1	数据载波检测	DCD	8	数据载波检测	DCD
2	接收数据	RXD	3	接收数据	RXD
3	发送数据	TXD	2	发送数据	TXD
4	数据终端准备	DTR	20	数据终端准备	DTR
5	信号地	GND	7	信号地	GND
6	数据设备准备好	DSR	6	数据准备好	DSR
7	请求发送	RTS	4	请求发送	RTS
8	清除发送	CTS	5	清除发送	CTS
9	振铃指示	DELL	22	振铃指示	DELL

　　RS-232C定义为数据通信设备（DCE）和数据终端设备（DTE）之间的互连，实现上，到现在为止，究竟一个设备属于DCE还是属于DTE已经没有明显的界限，PC即可作为DCE，又可作为DTE。两串口互连，连接方法主要有二：

　　一种方法是，数据的发送和接收由软件控制，不进行硬件握手，其连接方法如图5（最常用DB9连接示意）和表2（DB9、DB25三线连接表），真正需要互相连接的是RXD、TXD和GND；

图5 无硬件握手时两串口连接

　　表2 DB9、DB25三线连接

9针－9针		5针－25针		2 9针－25针
2	3	3	2	2	2
3	2	2	3	3	3
5	5	7	7	5	7

　　软件握手又称为XON/XOFF，通常以CTRL-S（0x13）和CTRL-Q（0x11）两个字符来实现流控制。前者用于请求对方暂停发送，后者用于清除暂停传送的请求，继续发送数据。

　　另一种方法是，数据的发送和接收由硬件控制，进行硬件握手，其连接方法如图6（最常用DB9连接示意），需要连接的信号除RXD、TXD和GND外，还包括DTR、DSR、RTS和CTS。

　　硬件握手依赖于RTS和CTS信号，当发送设备欲发送数据时，将RTS信号置为有效表示请求发送，接收设备准备好后，置CTS信号有效，接着发送设备通过信号线TXD开始发送串行数据。

　　这里我们联想开来，RTS/CTS模式在许多领域里都出现过。回忆一下IEEE 802.11无线局域网协议标准，在其MAC协议中就使用了RTS/CTS，RTS/CTS抽象开来就是一种请求/应答。笔者曾经在拙作中多次以实例论证计算机领域里许多知识的相通性，这又是一个明证。

图6 有硬件握手时两串口连接

　　实际上，目前我们经常使用的是方法一，即只连接RXD、TXD和GND，简单灵活。另外，串口之间互连还有诸多途径，如图7所示。

图7 其它互连方式

 

调试工具

　　在MS-DOS下使用的编程环境是TC 2.0；

　　在Windows 2000下的编程环境是VC++ 6.0；

　　借助工具：串口调试助手2.1（图8）。

图8 串口调试助手

　　串口调试助手是由《Visual C++/Turbo C串口通信编程实践》一书作者龚建伟编写的共享软件，可以方便地进行串口上的数据收发、显示（16进制和ASCII码方式）和串口参数的设置，在串口调试领域应用广泛。

　　"串口调试助手"的开发原理很简单（相信读者看完本文后在相当短的时间之内就能开发出这样的软件），但是作者龚建伟敏锐地抓住了串口调试在业界的需求，使得自身随这一软件而成名。这一事件或多或少会给程序员们一定的启发。优秀的共享软件不一定要技术含量高，只要有需求，哪怕是开发原理再简单，都能拥有广泛的使用者。

　　为了在一台PC上同时搭建DOS和Windows平台，我们应该在Windows平台上安装虚拟PC的软件VmWare(图9，VMware Inc.版权所有，http://www.vmware.com)。VMware的确是天才的作品！在同一PC上，利用VmWare几乎可以安装所有的操作系统，而且操作系统之间的切换不需要重新启动电脑，与传统的LILO等多系统引导方式有本质的不同。VM的意义是Virtual Machine，即虚拟出一个逻辑的电脑。

图9 VmWare虚拟PC

　　在虚拟PC的MS-DOS操作系统上，我们安装TC 2.0开发环境。

　　如果您的PC上没有软驱，为了制作MS-DOS启动软盘，请安装RamDiskNT模拟一个软盘，并在其上安装MS-DOS启动程序。RamDiskNT是一个磁盘模拟软件，其界面如图10所示。