大多数的电脑设备都具有RS-232C接口，尽管它的性能指标并非很好。在广泛的市场支持下依然常胜不衰。就使用而言，RS-232也确实有其优势：仅需3根线便可在两个数字设备之间全双工的传送数据。不过，RS-232C的控制要比使用并行通讯的打印机接口更难于控制。RS-232C使用了远较并行口更多的寄存器。这些寄存器用来实现串行数据的传送及RS-232C设备之间的握手与流量控制。本文将分别描述 PC机及单片机MCS-51 的串行通讯的原理及具体的软件设计。

• RS-232C介绍与PC硬件

• 使用查询方法的串行通讯程序设计

• 使用中断的串行通讯程序设计

• MCS-51串行通讯

• 关于RS485

（1） RS-232C介绍与PC硬件:

　　RS-232C使用-3到-25V表示数字“1”，使用3V到25V表示数字“0”，RS-232C在空闲时处于逻辑“1”状态，在开始传送时，首先产生一起始位，起始位为一个宽度的逻辑“0”，紧随其后为所要传送的数据，所要传送的数据有最低位开始依此送出，并以一个结束位标志该字节传送结束，结束位为一个宽度的逻辑“1”状态。

　　PC机一般使用8250或16550作为串行通讯的控制器，使用9针或25针的接插件将串行口的信号送出。该插座的信号定义如下：

　　以上信号在通讯过程之中可能会被全部或部分使用，最简单的通讯仅需TXD及RXD及SG即可完成，其他的握手信号可以做适当处理或直接悬空，至于是否可以悬空这视乎你的通讯软件。比如说，如果使用DOS所提供的BIOS通讯驱动程序，那么，这些握手信号则需要做如下处理，因为BIOS的通讯驱动使用了这些信号。如果使用自己编写的串行驱动程序则可以完全不使用这些握手信号（详见下面有关章节）。

　　PC机一般使用8250或16550的作为串行通讯控制器，8250及16550的管脚排列如下：

　　8250（16550）的寄存器如下表所示：

　　PC机支持1-4个串行口，即COM1-COM4，其基地址在BIOS数据区0000：0400-0000：0406中描述，对应地址分别为3F8/2F8/3E8/2E8，COM1及COM3使用PC机中断4，COM2及COM4使用中断3。

　　在上表中，8250共有12个寄存器，使用了8个地址，其中部分寄存器共用一个地址，由DLAB=0/1来区分，在DLAB=1用于设定通讯所需的波特率。常用的波特率参数见下表：

　　以下几个表格为8250的寄存器的功能描述：

　　中断允许寄存器（IER）：

　　Bit0置1将允许接收到数据时产生中断，Bit1置1时允许发送保持寄存器空时产生中断，Bit2置1将在LSR变化时产生中断，相应的Bit3置位将在MSR变化时产生中断。

　　中断识别寄存器（IIR）：

　　IIR为只读寄存器，Bit6:7用来指示FIFO的状态，均为0时则无FIFO，此时为8250或16450芯片，为01时有FIFO但不可以使用，为11时FIFO有效并可以正常工作。Bit3用来指示超时中断（16550/16750）。

　　Bit0用来指示是否有中断发生，Bit1:2标识具体的中断类型，这些中断具有不同的优先级别，其中LSR中断级别最高，其次是数据就绪中断，然后是发送寄存器空中断，而MSR中断级别最低。

　　FIFO控制寄存器（FCR）：

　　FCR可写但不可以读，该寄存器用来控制16550或16750的FIFO寄存器。Bit0置1将允许发送/接收的FIFO工作，Bit1和Bit2置1分别用来清除接收及发送FIFO。清除接收及发送FIFO并不影响移位寄存器。Bit1:2可自行复位，因此无需使用软件对其清零。Bit6:7用来设定产生中断的级别，发送/接收中断将在发送/接收到对应字节数时产生。

　　线路控制寄存器（LCR）：

　　LCR用来设定通讯所需的一些基本参数。Bit7为1指定波特率因子寄存器有效，为0则指定发送/接收及IER有效。Bit6置1会将发送端置为0，这将会使接收端产生一个“间断”。Bit3-5用来设定是否使用奇偶校验以及奇偶校验的类型，Bit3=1时使用校验，Bit4为0则为奇校验，1为偶校验，而Bit5则强制校验为1或0，并由Bit4决定具体为0或1。Bit2用来设定停止位的长度，0表示1位停止位，为1则根据数据长度的不同使用1.5-2位停止位。Bit0:1用来设定数据长度。

　　MODEM控制寄存器（MCR）：

　　MCR寄存器可读可写，Bit4=1进入环路测试模式。Bit3-0用来控制对应的管脚。

　　线路状态寄存器（LSR）：

　　LSR为只读寄存器，当发生错误时Bit7为1，Bit6为1时标示发送保持及发送移位寄存器均空，Bit5为1时标示仅发送保持寄存器空，此时，可以由软件发送下一数据。当线路状态为0时Bit4置位为1，帧格式错时Bit3置位为1，奇偶错和超越错分别将Bit2及Bit1置位为1。Bit0置位为1表示接收数据就绪。

　　MODEM状态寄存器（MSR）：

　　MSR寄存器的高4位分别对应MODEM的状态线，低4位表示MODEM的状态线是否发生了变化。

　　以上我们详细介绍了PC机的串行通讯硬件环境，以下将分别给出使用查询及中断驱动的方法编写的串行口驱动程序。这些程序仅使用RXD/TXD，无需硬件握手信号。

（2） 使用查询方法的串行通讯程序设计：　

polling.c

#include <dos.h>
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#define PortBase 0x2F8

void com_putch(unsigned char);
int com_chkch(void);

main()
{
int c;
unsigned char ch;

outportb(PortBase 1 , 0); /* Turn off interrupts - Port1 */

/* Set COM1: 9600,8,N,1*/
outportb(PortBase 3 , 0x80);
outportb(PortBase 0 , 0x0C);
outportb(PortBase 1 , 0x00);
outportb(PortBase 3 , 0x03);

clrscr();

while(1) {

c = com_chkch();
if(c!=-1) {
c &= 0xff; putch(c);
if(c=='\n') putch('\r');
}

if(kbhit()) {
ch = getch(); com_putch(ch);
}
}

}


void com_putch(unsigned char ch) {
unsigned char status;

while(1) {
status = inportb(PortBase 5);
if(status&0x01) inportb(PortBase 0); else break;
}

outportb(PortBase,ch);
}

int com_chkch(void) {
unsigned char status;

status = inportb(PortBase 5);
status &= 0x01;
if(status) return((int)inportb(PortBase 0)); else return(-1);

}

使用查询方式的通讯程序适合9600bps以下的应用。

（3） 使用中断的串行通讯程序设计：

　　该程序由两部分组成，serial.c及sercom.c，sercom.c为通讯的底层驱动，使用中断的串行通讯程序可以工作到115.2Kbps.

serial.c

#include <dos.h>
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <string.h>
#include <bios.h>
#include "sercom.c"

COM *c;

main()
{
unsigned char ch;

c = ser_init( PORT_B,BAUD_9600,_COM_CHR8,_COM_NOPARITY,4096,4096 );

while(1) {

if( serhit(c)) {
ch = getser(c);
putchar(ch);
}

if(kbhit()) {
ch = getch();
putser(ch,c);
}

}
}

llio.c

#include <stdio.h>
#include <dos.h>
#include <bios.h>
#include <malloc.h>

#define CR 0x0d
#define TRUE 0xff
#define FALSE 0

#define PORT_A 0 /* COM1 */
#define PORT_B 1 /* COM2 */
#define BAUD_9600 _COM_9600
#define BAUD_4800 _COM_4800
#define BAUD_2400 _COM_2400
#define BAUD_1200 _COM_1200
#define BAUD_600 _COM_600
#define BAUD_300 _COM_300
#define BAUD_110 _COM_110


typedef struct {
char ready; /* TRUE when ready */
unsigned com_base; /* 8250 Base Address */
char irq_mask; /* IRQ Enable Mask */
char irq_eoi; /* EOI reply for this port */
char int_number; /* Interrupt # used */
void (_interrupt _far *old)( void ); /* Old Interrupt */

/* Buffers for I/O */

char *in_buf; /* Input buffer */
int in_tail; /* Input buffer TAIL ptr */
int in_head; /* Input buffer HEAD ptr */
int in_size; /* Input buffer size */
int in_crcnt; /* Input <CR> count */
char in_mt; /* Input buffer FLAG */

char *out_buf; /* Output buffer */
int out_tail; /* Output buffer TAIL ptr */
int out_head; /* Output buffer HEAD ptr */
int out_size; /* Output buffer size */
char out_full; /* Output buffer FLAG */
char out_mt; /* Output buffer MT */
} COM;


COM *ser_init( int port,int baud,int bit,int parity,int isize,int osize );
void ser_close( COM *c );


int getsers( COM *c,int len,char *str );
int putsers( char *str, COM *c );
char serline( COM *c );
int getser( COM *c );
char serhit(COM *c);
char putser(char outch,COM *c);
void cntl_rts(int flag,COM *c);
void cntl_dtr(int flag,COM *c);
void clean_ser( COM *c );


#define COM1_BASE 0x03F8
#define COM1_IRQ_MASK 0xEF /*11101111B IRQ 4 For COM1 */
#define COM1_IRQ_EOI 0x64 /* IRQ 4 Spec EOI */
#define COM1_INT_NUM 0x0C /* Int # for IRQ4 */

#define COM2_BASE 0x02F8
#define COM2_IRQ_MASK 0xF7 /*11110111B IRQ 3 For COM2 */
#define COM2_IRQ_EOI 0x63 /* IRQ 3 Spec EOI */
#define COM2_INT_NUM 0x0B /* Int # for IRQ3 */

/* 8250 ACE register defs */

#define THR 0 /* Offset to Xmit hld reg (write) */
#define RBR 0 /* Receiver holding buffer (read) */
#define IER 1 /* Interrupt enable register */
#define IIR 2 /* Interrupt identification reg */
#define LCR 3 /* Line control register */
#define MCR 4 /* Modem control register */
#define LSR 5 /* Line status register */
#define MSR 6 /* Modem status register */

#define SREG(x) ((unsigned)((unsigned)x c->com_base))

/* 8259 Int controller registers */

#define INTC_MASK 0x21 /* Interrupt controller MASK reg */
#define INTC_EOI 0x20 /* Interrupt controller EOI reg */


#define MAX_PORTS 2 /* # I/O ports (DOS limit) */
static int count = 0;
static COM com_list[MAX_PORTS]; /* I/O data structure */

static COM *com1; /* Pointers for interrupt actions */
static COM *com2;
static COM *com_xfer; /* Transfer interrupt data structure */

COM *ser_init0(int port,char *ibuf,int isize, char *obuf,int osize);
void ser_close0( COM *c );


void (_interrupt _far int_ser1)( void ); /* Int rtn for serial I/O COM 1 */
void (_interrupt _far int_ser2)( void ); /* Int rtn for serial I/O COM 2 */
void (_interrupt _far int_ser_sup)( void ); /* Support int actions */

COM *ser_init( int port,int baud,int bit,int parity,int isize,int osize )
{
unsigned status;
char ch;
COM *c;
char *in_buf,*out_buf;

status = _bios_serialcom(_COM_INIT,port,(bit | parity | _COM_STOP2| baud ));


in_buf = malloc( isize );
if( in_buf == NULL ) return( NULL );

out_buf = malloc( osize );
if( out_buf == NULL ) return( NULL );

c = ser_init0(port,in_buf,isize,out_buf,osize );

clean_ser(c);

return( c );
}


void ser_close(COM *c)
{
int i;


if( !c->ready ) return;

ser_close0(c);

free( c->in_buf );
free( c->out_buf );

}


char serline( COM *c )
{

if( !c->ready ) return(FALSE);

if( c->in_crcnt > 0 ) return( TRUE );
else return( FALSE );
}

int getsers( COM *c,int len,char *str )
{
char ch;
int i;

i = 0;
while( i<len ) {
while( !serhit(c) ) {
if(kbhit()) return( -1 );
}

ch = 0x7f & getser(c);
switch( ch ) {

case 0x0d: str[i ] = '\0';
return( i );

case 0x00:
case 0x0a: break;

default: str[i ] = ch;
break;
}
}


str[i] = '\0';
return( len );
}


int putsers( char *str, COM *c )
{
int n,i,j;

n = strlen( str );

for( i=0; i<n; i ) {
while( !putser( str[i],c ) );
}

return( n );
}

char putser( char outch, COM *c )
{
char val;

if( !c->ready ) return(FALSE);

while( !c->out_mt && (c->out_head == c->out_tail) );

if( !c->out_full ) {
c->out_buf[c->out_head ] = outch;
if( c->out_head == c->out_size )
c->out_head = 0; /* Reset buffer circularly */
}

if( c->out_head == c->out_tail ) {
c->out_full = TRUE;
return( FALSE );
} else c->out_full = FALSE;

val = inp( SREG(LCR) ); /* Reset DLAB for IER access */
val &= 0x7F; /* Clear IER access bit */
outp(SREG(LCR),val);

val = inp( SREG(IER) );
if( !(val & 0x02) ) /* Interrupt ON ? */
{

c->out_mt = FALSE; /* Not MT now */
_disable(); /* Interrupts OFF NOW */
outp(SREG(IER),0x03); /* RX & TX interrupts ON */
_enable(); /* Interrupts ON again */
}

return( TRUE );
}


char serhit( COM *c )
{
if( !c->ready ) return(FALSE);

if( !c->in_mt ) return( TRUE );
else return( FALSE );
}

int getser( COM *c )
{
int ch;

if( !c->ready ) return(FALSE);

if( !serhit(c) ) return( 0 );

_disable();

ch = 0xff & c->in_buf[c->in_tail ];
if( c->in_tail == c->in_size ) c->in_tail = 0;

if( c->in_tail == c->in_head ) c->in_mt = TRUE;

if( ch == CR ) /* Keep track of CR's */
c->in_crcnt--;

_enable();


return( ch );
}

void clean_ser( COM *c )
{
_disable();

c->in_head = 0;
c->in_tail = 0;
c->in_mt = TRUE;
c->in_crcnt = 0;

_enable();
}


void cntl_dtr( int flag,COM *c )
{
char val;


if( !c->ready ) return;

val = inp(SREG(MCR));

if( flag ) val |= 1;
else val &= ~1;

outp(SREG(MCR),val);
}


void cntl_rts( int flag, COM *c )
{
char val;

if( !c->ready ) return;

val = inp(SREG(MCR));

if( flag ) val |= 2;
else val &= ~2;

outp(SREG(MCR),val);
}

COM *ser_init0(int port,char *ibuf,int isize, char *obuf,int osize)
{
int i;
char val;
COM *c;

while( port >= MAX_PORTS ) /* Get port # in range */
port--;
for( i=0; i<MAX_PORTS; i ) /* select data structure */
{
if( !com_list[i].ready ) {
c = &(com_list[i]);
break;
}
}

if( i == MAX_PORTS ) /* Not found */
return( NULL );


c->in_buf = ibuf;
c->in_size = isize;
c->in_mt = TRUE;
c->in_head = 0;
c->in_tail = 0;
c->in_crcnt = 0;

c->out_buf = obuf;
c->out_size = osize;
c->out_full = FALSE;
c->out_mt = TRUE;
c->out_head = 0;
c->out_tail = 0;


switch( port ) {

case 0: /* Here set up for COM1 */
c->ready = TRUE;
c->com_base = COM1_BASE;
c->irq_mask = COM1_IRQ_MASK;
c->irq_eoi = COM1_IRQ_EOI;
c->int_number = COM1_INT_NUM;

_disable();

com1 = c;
c->old = _dos_getvect( c->int_number );
_dos_setvect(c->int_number,int_ser1);
break;

case 1: /* Here set up for COM1 */
c->ready = TRUE;
c->com_base = COM2_BASE;
c->irq_mask = COM2_IRQ_MASK;
c->irq_eoi = COM2_IRQ_EOI;
c->int_number = COM2_INT_NUM;

_disable();

com2 = c;
c->old = _dos_getvect( c->int_number );
_dos_setvect(c->int_number,int_ser2);
break;

default: return(NULL); /* Bad port SKIP */
}

val = inp( INTC_MASK );
val &= c->irq_mask;
outp( INTC_MASK, val );

val = inp( SREG(LSR) ); /* Read and discard STATUS */
val = inp( SREG(RBR) ); /* Read and discard DATA */

val = inp( SREG(LCR) ); /* Rst DLAB for IER access */
val &= 0x7F; /* 01111111B */
outp( SREG(LCR),val );

outp( SREG(IER),1); /* Enable Data READY INT */

outp( SREG(MCR),0xB ); /* Enable OUT2,RTS & DTR */

_enable();

return( c );

}

void ser_close0( COM *c )
{
char val;

if( !c->ready ) return;

_disable();

val = inp(INTC_MASK);
val |= ~c->irq_mask;
outp(INTC_MASK,val);

val = inp( SREG(LCR) ); /* Reset DLAB for IER access */
val &= 0x7F; /* Clear IER access bit */
outp(SREG(LCR),val);

val = inp( SREG(RBR) );
val = inp( SREG(LSR));
val = inp(SREG(IIR) );
val = inp(SREG(IER) );
outp(SREG(IER),0); /* Disable 8250 Interrupts */

outp(SREG(MCR),0); /* Disable RTS,DTR and OUT2 */

outp(SREG(MCR),0); /* Disable OUT2 */

_dos_setvect(c->int_number, c->old );

_enable();

c->ready = FALSE;

}

void _interrupt _far int_ser1( void )
{

com_xfer = com1;
_chain_intr( int_ser_sup );
}


void _interrupt _far int_ser2( void )
{

com_xfer = com2;
_chain_intr( int_ser_sup );
}


void _interrupt _far int_ser_sup( void )
{
char val;
char ch;
int ptr;
COM *c;

c = com_xfer;

while( TRUE ) {
val = inp( SREG(LSR) ); /* Read and discard STATUS */
val = inp( SREG(IIR) ); /* Get interrupt status register */

if( val & 0x04 ) /* Receive Interrupt */
{

ptr = c->in_head;
ch = inp( SREG(RBR) );

if( c->in_mt || ptr != c->in_tail ) {
c->in_buf[ptr ] = ch;
if( ptr == c->in_size ) ptr = 0;
c->in_head = ptr;
c->in_mt = FALSE;

if( ch == CR ) /* Count lines */
c->in_crcnt ;
}
} else {
if( val & 0x02 ) /* Transmit Interrupt */
{
if( (!c->out_full) && (c->out_head == c->out_tail) ) {

c->out_mt = TRUE;
val = inp( SREG(LCR) );
val &= 0x7F;
outp(SREG(LCR),val);

outp(SREG(IER),0x01);
/* RX interrupts ON */
} else {

outp(SREG(THR),
c->out_buf[c->out_tail ]);
if( c->out_tail == c->out_size ) c->out_tail = 0;
}
} else return; /* No Interrupt */
}

outp(INTC_EOI,c->irq_eoi);
}
}