一种基于C语言和LabVIEW的串口通讯程序的设计
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摘要：本文主要通过串口通讯原理，对单片机和计算机之间通讯进行分析和研究，设计了一种基于C语言和LabVIEW实现串口通讯的方法，实现数据由单片机向PC机的传输。此方法已在实际应用中得到证明，设计简单，使用方便可靠。
关键词：串口通讯;单片机;LabVIEW
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2018）16-0000-00
在工业控制与信息采集等领域，经常需要单片机和PC机的共同完成指定工作。PC机运算速度快、容量大，单片机控制能力强[1]。很多工作需要单片机采集数据，PC机处理数据。所以单片机与PC机之间的数据通讯必不可少，多数情况是单片机向PC机传输数据。
本文设计的串口通讯程序包括下位机、上位机以及数据传输通道。软件设计中下位机以Keil uVision4作为开发平台，采用C语言对单片机进行编程，C语言在功能上、可读性、可维护性上优势明显，易学易用。上位机以LabVIEW作为开发平台，在工业和学术中LabVIEW是被应用最广泛的虚拟仪器开发平台。其编程简单，只需要通过交互式图形前面板进行系统控制和结果显示，再通过程序框图进行功能模块的组合和操作来制定各种功能[2]。
1 串行通讯的实现方法
串口是计算机上一种通信协议，大多是计算机包含两个基于RS-232的串口[3]。单片机与上位机一般用RS-232串口通讯，RS-232（ANSI/EIA-232）是IBM-PC及兼容机上的串行连接标准，是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口[4]。其接口示意图如图1所示。
RS-232九芯接口共有9个接口。本设计只需连接三线：TXD、RXD和地线GND即可。TXD（pin 2）：串口数据输出（Transmit Data）;RXD（pin 3）：串口数据输入（Receive Data）; GND（pin 5）：地线。
串口通信主要参数有：波特率、数据位、停止位和奇偶校验。
波特率是衡量計算机串口通信速度的指标[5]，它表示每秒传送位的个数，其单位是b/s（位/秒），例如500波特率表示每秒发送500个bit;数据位是衡量计算机串口通信中时间数据位的指标。在RS-232通信协议中，实际传送数据顺序是：1位起始位、数据0、...、数据7、1位奇偶校验、1位停止位;停止位用于标志单个信息包的最后一位，停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供了矫正时钟同步的机会[6];奇偶校验位是在串口通信中一种简单的检错方式。当然没有校验位也是可以的。
2 下位机通讯程序设计
下位机基于ADuC845单片机通过Keil开发平台进行编写，下位机串口通讯程序对应的流程图如图2所示。
2.1串口初始化
串口初始化是数据通信程序中十分重要的一部分，初始化设置正确与否，将直接决定数据发送是否正确。串口初始化主要是对串口波特率的选择。由于串口的触发是由定时器3控制的，即通过定时器3设定波特率，设定好发送频率，当达到定时间隔时，程序就会进入发送状态。两个专用寄存器T3CON和T3FD用于设置定时器3。
T3CON是波特率控制寄存器[5]，用于设置UART（通用串口）的波特率和二进制分频器（DIV）的分频数。写入DIV2～DIV0的数可用式（1）计算
（1）
其中，是由专用寄存器PLLCON所定义的内核频率，计算得到的DIV值需要取整。T3FD是所需波特率的一个分数分频，其值由式（2）计算
（2）
计算得到的T3FD的值需要取最接近他的整数。波特率可由式（3）计算
（3）
2.2发送数据
当完成串口初始化，并到达定时间隔后，就可以将数据传送给串行数据缓冲器（SBUF）。然后数据就会按照RS-232串口通信协议传递到计算机中，从而被上位机接收处理。
由于串口是按位发送的，所以程序在数据发送前要先进行拆分处理，方便串口传输。发送数据是数据通信程序最重要的部分，只有完整有序的将数据发往上位机，才能得到正确的数值。
2.3清除标志位
由于每次发完一次数据，硬件会自动将TI标志位置1，所以需要软件在每次发完后将其清零，否则将无法进行下一次的数据发送。此操作虽然简单，但是在串口程序中很重要，很多时候就是因为对其处理不当，导致数据发送有误。所以，准确及时的清除TI标志位十分重要。
对于以上设置部分程序代码如下：
T3CON=0x85; //初始化设置，串口通讯 9600
T3FD=0X12;
SCON=0X52; //8位UART，波特率可变，接收
SBUF=data; //发送数据
while（TI==0）; //清除標志位
TI=0;
通过下位机程序实现了对数据的实时发送，接下来就需要上位机程序对数据进行接收。
3 上位机通讯程序设计
为使下位机采集的信息能上传到上位机，必须设计通讯接口程序。由于计算机和下位机采用的RS-232串口通信协议，所以上位机也要采用串口通信。其大致结构与下位机数据通信程序相同，其不同在于下位机是发送数据，上位机是接收数据。
上位机编程所用的软件是LabVIEW，其采用的是图形化编程，要编制串口通讯程序就需要对串口功能模块VISA进行配置和连接。VISA是虚拟仪器软件结构框架（virtual instrumentation software architecture）的简称，是一个调用底层代码来控制硬件的高层API（应用程序接口）[7]。VISA常用的函数由以下四个：
（1）VISA配置串口，如图3所示。
功能：设定波特率、数据位、停止位、奇偶校验位等参数，将VISA资源名称指定的串口按特定设置初始化。
（2）VISA写入，如图4所示。
功能：将“写入缓冲区”的数据写入VISA资源名称指定的串口。
（3）VISA读取，如图5所示。
功能：从VISA资源名称指定的串口中读取指定字节的数据，并将数据返回至读取缓冲区。
（4）VISA关闭，如图6所示。
功能：关闭VISA资源名称指定的串口会话或事件对象。
上位机通讯接口程序流程图如图7所示。
按照流程图，利用VISA函数模块，将对应的数据线进行连接设置，图8为部分VISA接线图，图9为LabVIEW的前面板，也就是上位机的人机界面。
4 结语
单片机与计算机通讯在工业和日常生活中发挥着巨大作用，本文设计了一种利用C语言和LabVIEW实现单片机与计算机串口通讯方法。软件设计遵循模块化设计方法，提高了程序的执行效率和易读性，运行简单方便。在上位机中只要对LabVIEW稍加扩展便可实现计算机对数据的转换、存储等数据处理操作。
参考文献
[1] 成志东，吕善伟.浅谈单片机与微机串行通讯的多语言编程实现[J].金卡工程，2005，（1）：40-42.
[2] 王英红，秦化渤，闫芳，康伟.LabVIEW虚拟仪器开发平台及其应用分析[J].辽宁工学院学报（自然科学版），2004，（5）：16-18.
[3] 张婷婷.基于.NET的RS-232高效串口调试程序设计与实现[J].计算机光盘软件与应用，2012，（17）：197-198.
[4] 王公仆，王文成.计算机与单片机的串口通讯程序设计[J].轻工机械，2007，（3）：103-105.
[5] ADI.MicroConverter® Multichannel 24-/16-Bit ADCs with Embedded 62kB Flash and Single-Cycle MCU ADuC845/ADuC847/ADuC848 Data Sheet[EB/OL]，，2004.
[6] 付新华，王健.虚拟仪器软件标准及编程方法概述[J].电测与仪表，2005，（2）：4-8.
作者简介：李雪妍（1982—），女，汉族，山东淄博人，电子科技大学硕士，淄博职业学院信息工程系，讲师，研究方向：计算机应用技术