基于MAX232实现PC机与CPU通信

梁天太，周英杰，张　泽，刘慧慧

(1.北京石油化工学院 机械工程系，北京 102617；2.北京化工大学 机械工程学院，北京 100029；3.北京工业大学 机械工程学院，北京 100124)

基于MAX232实现PC机与CPU通信

梁天太1，周英杰2，张泽3，刘慧慧1

(1.北京石油化工学院 机械工程系，北京 102617；2.北京化工大学 机械工程学院，北京 100029；3.北京工业大学 机械工程学院，北京 100124)

摘要：介绍了串行通信和MAX232芯片的应用，并采用MAX232芯片制作串行接口电路，利用该电路把CPU数据读取到PC机上。在此之前，收发双方应按照约定的通信协议进行设定，以便确保单片机与PC机能正确的进行通信。在PC机上利用设置好的串行调试助手将读取的数据直观地显示出来。为进一步保证读取数据的正确性，通过示波器将串口数据波形显示出来，将两者进行对比，判断接收数据是否正确，以此来验证该串行接口电路的正确性，确保正确实现CPU与PC机之间点对点的串行通信。

关键词：CPU；MAX232；串行通信；PC机

随着单片微型计算机技术的发展，人们经常采用单片机对自动化系统的参数(如温度、压力和速度等)进行检测和控制。单片机之所以被广泛使用，是因为它具有灵活快速的控制能力，而PC机则具有强大的管理和监控功能；因此，PC机与外部设备进行串行通信在许多测控系统中得到广泛应用。鉴于此，利用MAX芯片制作串行接口实现PC机与单片机[1]之间的信息交换方法具有十分重要的意义。

1硬件电路的制作

1.1串行通信

串行通信[2]是指用1条数据线，将数据依次传输，每一位数据占据1个固定的时间长度。串行通信只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适合在计算机与计算机、计算机与外设之间进行通信，具有使用线路少和成本低的优点，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致。

串行通信可以分为2种方式：同步串行通信和异步串行通信。同步串行通信一般用在传输速度较快的场合，但对硬件的要求也相对较高；而异步串行通信常用在传输速率50~115 200 b/s，对硬件的要求相对较低，是应用最为广泛的串行通信方式。异步通信在传输数据时是逐帧传输的，而每一帧的数据格式分为四部分：1位起始位，5~8位的数据位，1位奇偶校验位和1、1.5或2位停止位。当然，在数据传输过程中，收发双方要约定好数据格式以及数据的传输速率(波特率)。

1.2MAX232芯片

MAX232芯片是美信公司专门为RS-232标准串口设计的接口电路，使用5 V电源供电。内部结构基本可分为下述3个部分。

1)电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12 V和-12 V 2个电源，提供给RS-232串口电平的需要。

2)数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成2个数据通道。13脚(R1in)、12脚(R1out)、11脚(T1in)和14脚(T1out)为第1数据通道。8脚(R2in)、9脚(R2out)、10脚(T2in)和7脚(T2out)为第2数据通道。

TTL/CMOS数据从T1in、T2in输入，转换成RS-232数据，从T1out、T2out送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1in、R2in输入，转换成TTL/CMOS数据后，从R1out、R2out输出。

3)电源部分。由15脚GND和16脚VCC(+5 V)构成。

1.3RS-232C标准

RS-232C是美国电子工业协会(EIA)制定的一种串行物理接口标准。它适合于数据传输速率[3]为0～20 kb/s的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能和电器特性都作了明确规定。由于通信设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此RS-232C作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。

RS-232C总线标准设有25条信号线，包括1个主通道和1个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如1条发送线、1条接收线及1条地线。

RS-232C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1 200、2 400、4 800、9 600、19 200、38 400和115 200 b/s。

1.4 串行接口电路

利用MAX232芯片制作的硬件接口电路，该电路不需要驱动芯片，因为MAX232本身就具有驱动能力，所以不必再外加驱动电路。接口电路如图1所示。

图1　RS-232接口电路

MAX232芯片有2路数据通道，本文只用1路接受/发射让PC机与单片机进行数据通信。单片机的TD(发射)与MCU_TXD1连接，单片机的RD(接收)与MCU_TXD1连接；PC机的接收与T1out相连，发射与R1in相连，接口J1与芯片MAX232的连接。J1口通过连接线与PC机的RS-232串口相连。一般情况下，这样的连接方式即可满足普通通信的要求。

1.5RS-232交叉串口线

在实际应用中，9针RS-232串口线通常用在计算机与外围设备的通信，多用于工控和测量设备以及部分通信设备中。如三菱PLC梯形图下载以及工控触摸屏画面下载等。

通常在9针的基础上再进行简化，只用其中的2、3和5等3个管脚进行通信。这3个管脚分别是接收线、发送线和地线，在一般情况下即可满足通信的要求。

通常进行串口数据通信，需要使用到RS-232交叉串口线，如图2所示，其中2脚和3脚是交叉互联的，这很容易理解，因为一个设备的发送线必须连接到另外一台设备的接收线上，反之亦然。另外，232信号的有效通信距离是15 m。

图2　RS-232交叉串口线的内部连线

2通信协议的制定

通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，还有串行通信最重要的参数：比特率、数据位、奇偶校验位和停止位。对于2个进行通信的实体，这些参数必须相匹配，从而确保数据顺利地传送到确定的地方。通信协议如下：1)串行通信的波特率设为15 200 b/s；2)帧格式为1位起始位，8位数据位，2位停止位；3)无奇偶校验位；4)PC机采用COM1口进行通信。

3PC机与单片机的通信过程

PC机与单片机通信之前，首先要做的就是搭建硬件电路，即PC机通过COM1与上面设计的接口电路收/发口相连，接口电路的发/收口与单片机[4]的串行口相连，它们之间的连接是通过RS-232串口交叉线相连。现在单片机地址为1006里面存放的数据为04，可以通过编写相应程序将单片机地址1006里面的数据读取。最后通过串口将它们读到PC机上。读取结果如图3所示。

图3　调试助手显示串口数据

在PC机上利用串口调试助手，将接收到的数据读出，当然，串口调试助手必须按预先设定好的通信协议[5]进行设定，这样才能保证接收到正确的数据。否则，可能接收不到或者收到错误的数据。

为了验证PC机上显示数据的正确性，再通过示波器将串口波形(见图4)输出，然后对波形进行分析。波形的周期是88 us，即每传输1帧数据用时88 us。由通信协议可知，1帧数据由1位起始位、8位数据位、2位停止位共11位组成，每位用时约8 s。进一步对波形进行分析，第1位起始位为低电平，随后是数据位，其数据值为01111111，即十六进制7F，数据位的第1位是0，为低电平；另外7位数据位是1，为高电平，最后2位是停止位，为高电平。其中，数据位与PC机接收数据7F相同，因此读取的数据正确。

图4　示波器显示串口数据波形

4结语

串行通信方式使用线路少、成本低和适合远程传输，大多数RS-232C技术规范的目标在于提供必要的电压电平以驱动损耗较大的线路，如MC1488和MC1489组成RS-232接口，则需要±12 V和+5 V电源供电，以实现TTL和CMOS逻辑转换匹配。而MAX232芯片不仅可以实现RS-232C的技术指标，而且芯片的供电电源只需要+5 V，这样不仅使串行通信的性能更加可靠，而且价格低廉。该通信接口电路已经在带有串口的模块、芯片和外围设备等通信系统中得到了广泛的应用，而且优点非常突出。

参考文献

[1] 陈寿元. 单片机多及通讯网络改进及数据通信容错技术[J]. 山东师范大学学报：自然科学版，2006(2)：33-35.

[2] 李泓. MCS-51系列单片机与IBM-PC微机通信技术[J]. 电子技术应用，1996(7): 41-42

[3] 李朝青. 单片机原理及接口设计[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，1994.

[4] 李心广，王金矿，张晶. 电路与电子技术基础[M]. 北京：机械工业出版社，2012.

[5] 周明德. 微机原理与接口技术[M]. 北京：人民邮电出版社，2008.

责任编辑郑练

Computer and CPU Communication based on MAX232

LIANG Tiantai1, ZHOU Yingjie2, ZHANG Ze3, LIU Huihui1

(1.School of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102617, China;

2.School of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China;

3.School of Mechanical and Electronic Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

Abstract：This paper introduces the application of serial communication and MAX232 chip. Using MAX232 chip makes serial interface circuit, and utilizing the circuit reads the CPU data of the computer. Before this, the transceiver sides must be in accordance with the agreement good communication protocol for communication. Using a serial debugging assistant makes data visually displayed in the setting PC. In order to ensure the correctness of the data, make serial port data displayed in waveform through the oscilloscope. Comparing the two types of data, whether receiving correctly or not can verify the correctness of the serial interface circuit. Ensure the correct implementation of point-to-point serial communication between CPU and the computer.

Key words:CPU, MAX232, serial communication, personal computer

收稿日期：2015-01-07

作者简介：梁天太(1985-)，男，硕士研究生，主要从事脉冲激光测距及微弱信号处理等方面的研究。

中图分类号：TN 91

文献标志码:A