王 超

（昌吉學(xué)院物理系 新疆 昌吉 831100）

0 引言

串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。就單片機(jī)來說，這種通信方式是實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)、智能儀器儀表連接的重要手段，常見的通信標(biāo)準(zhǔn)有RS232和RS485，其中RS232有三線制接法和九線制接法，RS-485接口則是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾性好，這兩種方式因接線簡單，通信協(xié)議靈活而得到廣泛的應(yīng)用[1-2]。

1 Proteus虛擬串口

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)[3-4]。

通常情況下，虛擬仿真系統(tǒng)是不能與物理環(huán)境交互通信的，但是Proteus虛擬系統(tǒng)模擬了這種功能，它使Proteus仿真環(huán)境下的系統(tǒng)能與實(shí)際的物理環(huán)境直接交互，Proteus的COMPIM組件是一種串行接口組件，當(dāng)由CPU或UART軟件生成的數(shù)字信號(hào)出現(xiàn)在PC物理COM接口時(shí)，它能緩沖所接收的數(shù)據(jù)，并將它們以數(shù)字信號(hào)的形式發(fā)送給Proteus仿真電路，如果不使用物理串口而使用虛擬串口，使用串口調(diào)試助手軟件能與Proteus單片機(jī)串口直接交互，此時(shí)需要安裝虛擬串口驅(qū)動(dòng)軟件VSPD。

2 仿真實(shí)例

選用AT89C52型號(hào)單片機(jī)，運(yùn)行在PC機(jī)中的串口調(diào)試軟件，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)雙向通信。

2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1.1 安裝虛擬串口驅(qū)動(dòng)程序VSPD并運(yùn)行

在First port中選擇COM3，在Second port中選擇COM4，單擊“Add Pair”按鈕，這兩個(gè)端口立即出現(xiàn)在左邊的Virtual Ports分支下，且用藍(lán)色虛線將它們連接起來，在PC的設(shè)備管理器中，也會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)串口的顯示[5-6]。如圖1所示。

圖1 虛擬串口驅(qū)動(dòng)軟件

2.1.2 單片機(jī)與PC機(jī)串口通信硬件電路

在Proteus中，在元件庫中選取AT89C52、數(shù)碼管、COMPIM組件和虛擬終端等，將串口中的COM3分配給COMPIM使用，COM4分配給串口助手使用，COM3和COM4已經(jīng)通過虛擬串口驅(qū)動(dòng)程序VSPD連接，第一個(gè)虛擬終端的RXD端接單片機(jī)的P3.0引腳，第二個(gè)虛擬終端的RXD端接單片機(jī)的P3.1TXD引腳，數(shù)碼管ABCDEFGDP口連接單片機(jī)的段選P0.0-0.7，1234口連接單片機(jī)的位選P2.0-P2.3，用按鈕K1模擬外部中斷，向PC機(jī)發(fā)送字符串，單片機(jī)時(shí)鐘頻率為11.0592MHz，如圖2所示。

圖2 單片機(jī)與PC機(jī)通信硬件電路

2.2 軟件程序設(shè)計(jì)

軟件部分由主程序和中斷程序組成，用C51程序編寫，中斷部分包括串口接收中斷函數(shù)和外部中斷發(fā)送字符串函數(shù)。采用定時(shí)器T1，工作在方式2（8位自動(dòng)裝載），串口工作在方式1。

2.3 軟硬件聯(lián)合調(diào)試

2.3.1 C51代碼級(jí)調(diào)試

在源代碼級(jí)調(diào)試C51程序，需要先把C51語言編譯成OMF51格式的可執(zhí)行文件，也就是絕對(duì)目標(biāo)文件，OMF51格式的文件包含所有的指令和調(diào)試信息，允許實(shí)現(xiàn)全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)、觀察變量等調(diào)試功能，OM51格式是Keil所支持的。

2.3.2 Keil C與Proteus聯(lián)合調(diào)試

這種調(diào)試方式，可實(shí)現(xiàn)邊調(diào)試，邊修改程序，需要安裝Keil C和Proteus的連接文件vdmagdi.exe，進(jìn)行相關(guān)的軟件設(shè)置后，切換到源代碼窗口，如圖3所示。

圖3 聯(lián)合調(diào)試窗口

聯(lián)合調(diào)試常見的方法有如下幾種：

（1）按F10和F11可單步運(yùn)行，F(xiàn)11是單步運(yùn)行鍵，F(xiàn)10是跳出函數(shù)鍵，兩者配合使用可有選擇性的進(jìn)入函數(shù)，便于觀察函數(shù)的執(zhí)行過程。

（3）打開寄存器窗口、特殊寄存器窗口和內(nèi)部存儲(chǔ)器窗口，可觀察的連續(xù)的數(shù)據(jù)變化，便于整體分析程序結(jié)果。

（4）斷點(diǎn)調(diào)試，該調(diào)試手段用于分析程序進(jìn)入中斷函數(shù)的情況，這對(duì)調(diào)試含有中斷函數(shù)的程序非常重要，首先在中斷函數(shù)中設(shè)置斷點(diǎn)，打開外圍設(shè)備窗口，可以顯示I/O、定時(shí)器、中斷、串口等外圍設(shè)備的狀態(tài)，在串口中斷函數(shù)receive_4_digit()interrupt 4中設(shè)置斷點(diǎn)，打開串行口狀態(tài)窗口，全速運(yùn)行后，程序在主程序中循環(huán)，通過串口助手工具發(fā)送“5678”時(shí)，主程序立刻轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，在串口狀態(tài)窗口中顯示出RI=1，SBUF=0x35，SCON=0x55，RB8=1，REN=1等數(shù)值，通過這些數(shù)據(jù)可直觀、準(zhǔn)確觀察到串口中斷的執(zhí)行過程，非常方便的調(diào)試串口中斷程序。如圖4所示。

圖4 串口中斷調(diào)試過程

2.3.3 運(yùn)行結(jié)果

打開仿真電路，全速運(yùn)行后，在串口助手中發(fā)送數(shù)據(jù)“5678”，即PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機(jī)，按下K1，即單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給PC機(jī)，運(yùn)行結(jié)果的顯示采用了兩種方式，一是借助串口助手發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，二是通過虛擬終端顯示發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：兩者是一致的。如圖5所示。

圖5 調(diào)試運(yùn)行結(jié)果

3 結(jié)束語

借助虛擬串口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC的雙向通信，傳輸可靠，成本低，仿真成功的電路可直接應(yīng)用實(shí)際電路，有助于縮短開發(fā)周期，提高效率。

［1］杜樹春.基于Proteus和KeilC51的單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真［M］.電子工業(yè)出版社，2012.

［2］路明,張海波.利用PC及RS_232串口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集［J］.微計(jì)算機(jī)信息,2011,27（2）:107-108.

［3］劉磊.基于Proteus軟件仿真的單片機(jī)教學(xué)改革探索［J］.大眾科技，2013,15（8）：110-112.

［4］唐雨紅.基于Proteus的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)應(yīng)用研究［J］.江蘇教育學(xué)院學(xué)報(bào),2013,29（1）:33-34.

［5］陳海霞，徐智.基于PROTEUS的單片機(jī)串口通信的實(shí)例設(shè)計(jì)與仿真［J］.科技信息，2011，（9）:458-459.

［6］陳軍.基于proteus的串口通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2012，（4）:51-53.