深入浅出串口编程（1）
――基本概念
宋宝华
[email]21cnbao@21cn.com[/email]
1.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）：
2.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
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DB9
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DB25
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针号
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功能说明
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缩写
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针号
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功能说明
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缩写
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1
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数据载波检测
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DCD
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8
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数据载波检测
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DCD
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2
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接收数据
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RXD
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3
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接收数据
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RXD
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3
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发送数据
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TXD
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2
|
发送数据
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TXD
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4
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数据终端准备
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DTR
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20
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数据终端准备
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DTR
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5
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信号地
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GND
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7
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信号地
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GND
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6
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数据设备准备好
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DSR
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6
|
数据准备好
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DSR
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7
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请求发送
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RTS
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4
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请求发送
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RTS
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8
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清除发送
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CTS
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5
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清除发送
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CTS
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9
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振铃指示
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DELL
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22
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振铃指示
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DELL
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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
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9
针－9针
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25
针－25针
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9
针－25针
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2
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3
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3
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2
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2
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2
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3
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2
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2
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3
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3
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3
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5
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5
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7
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7
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5
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7
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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
3.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，[url]http://www.vmware.com[/url])。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。
图10 磁盘模拟
本文转自 21cnbao 51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/21cnbao/120317，如需转载请自行联系原作者
