片機(jī)怎樣才能與電腦進(jìn)行通信呢？相信很多初學(xué)者對此都有疑問，今天從應(yīng)用層面跟大家分析一下。

單片機(jī)的串口是TTL電平無法直接與電腦進(jìn)行通信，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。現(xiàn)在市面上有很多型號的電平轉(zhuǎn)換芯片，今天給你推薦三款，分別是MAX232，CH340G,CH340C。下面分別介紹。

1. MAX232芯片

這款芯片是出鏡率比較高的芯片，不管實(shí)在大學(xué)的課本上還是在單片機(jī)開發(fā)板上，只要涉及到USB/串口，一定會(huì)講到這款芯片。這款芯片具有雙通道的轉(zhuǎn)換接口，設(shè)計(jì)電路也不復(fù)雜，下圖是典型的設(shè)計(jì)原理圖：

MAX232芯片典型原理圖

這款芯片需要四個(gè)電容來搭建外設(shè)電路，手冊上推薦用1uF的極性電容，但是經(jīng)過驗(yàn)證使用0.1uF的電容也是可以的，這大大降低了板子的體積。

2.CH340G芯片

CH340G是南京沁恒生產(chǎn)的，可以說這家公司生產(chǎn)的電平轉(zhuǎn)換芯片、網(wǎng)關(guān)芯片都是神器，外設(shè)電路簡單，功能強(qiáng)大。CH340G芯片由于外設(shè)電路簡單目前賣的比較火，經(jīng)常斷貨。他的典型原理圖如下圖所示：

CH340G典型原理圖

這款芯片需要外接12M的晶振，而且在設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意，外接電源為5V和3.3V時(shí)，第4引腳V3的處理方式是不一樣的，上圖外接5V，V3需要通過0.1uF的電容到GND；外接3.3V時(shí)，V3需要連接到電源。目前很多USB轉(zhuǎn)串口的模塊就是使用該芯片設(shè)計(jì)的。

USB/TTL模塊

目前很火的ISP自動(dòng)下載電路使用的就是該芯片。

3.CH340C芯片

CH340C跟CH340G是同系列的，但是CH340C在使用時(shí)可以省去外接12M晶振和起振電容，更節(jié)省了PCB空間和成本，相對而言設(shè)計(jì)更為方便。CH340C的典型電路原理圖如下所示：

CH340C典型原理圖

這幾款芯片的價(jià)格也不是很高，CH340G約1.8元人民幣，CH340C約1.94元人民幣，MAX232約3元人民幣。當(dāng)然還有其他很多芯片如PL2303，這里就不再推薦。

歡迎留言評論，更多精彩內(nèi)容可以關(guān)注我的頭條號玩轉(zhuǎn)嵌入式。謝謝。

1系列單片機(jī)內(nèi)部的串行口具有通信的功能，該串口可以作為通信接口，利用該串行口與PC機(jī)的串行口COM1或COM2進(jìn)行串行通信，將單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)中，由PC機(jī)的高級語言或數(shù)據(jù)庫語言對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及統(tǒng)計(jì)等復(fù)雜處理，就能滿足實(shí)際的應(yīng)用需要。

PC機(jī)的COM口，輸入輸出為RS-232C電平，而51單片機(jī)串行口的輸入輸出均為TTL電平。由于TTL電平和RS-232C電平互不兼容，所以兩者接口時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。(電平轉(zhuǎn)換最常用的芯片是傳送線驅(qū)動(dòng)器MC1489，其作用除了電平轉(zhuǎn)換外，還實(shí)現(xiàn)正負(fù)邏輯電平轉(zhuǎn)換)

PC機(jī)和單片機(jī)在進(jìn)行通信時(shí)，首先分別對各自的串行口進(jìn)行初始化，確定串行口工作方式，設(shè)定波特率(兩者應(yīng)一致)，傳輸數(shù)據(jù)長度等，然后才開始數(shù)據(jù)傳輸，這些工作是由軟件來完成的，因此對PC機(jī)和單片機(jī)均需設(shè)計(jì)相應(yīng)的通信軟件。

1. DOS環(huán)境下，串行通信一般用中斷方式來實(shí)現(xiàn)，用戶對通信端口進(jìn)行完全控制。而在Windows環(huán)境下，系統(tǒng)禁止應(yīng)用程序直接對硬件進(jìn)行操作在Windows環(huán)境下提供了完備的API應(yīng)用程序接口函數(shù)，程序員通過這些函數(shù)與通信硬件接口。

通信函數(shù)是中斷驅(qū)動(dòng)的：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)存入緩存區(qū)，串口準(zhǔn)備好后，就將其發(fā)送出去;傳來的數(shù)據(jù)迅速申請中斷，使Windows接收它并將其存入緩沖區(qū)，以供讀取。

接收方式中以中斷方式效率高，接收準(zhǔn)確，編程簡單。它無需測試串口，一旦有數(shù)據(jù)傳至，CPU終止當(dāng)前任務(wù)，由中斷服務(wù)完成操作。

面兩節(jié)討論了如何利用 C語言編程單片機(jī)，控制普通 LED 小燈實(shí)現(xiàn)類似手機(jī)上面的“呼吸燈”，但是這兩節(jié)介紹的方法交互性比較差，一旦程序燒寫，就無法再從外界控制 LED 小燈的動(dòng)作了。

提升交互性

所以，上一節(jié)介紹了單片機(jī)和電腦通信的方法，旨在能夠通過電腦發(fā)送命令給單片機(jī)控制 LED 小燈的動(dòng)作。例如制定以下協(xié)議：

• 電腦端輸入 led twinkle 命令，單片機(jī)立刻控制 LED 小燈閃爍。
• 電腦端輸入 led breath 命令，單片機(jī)立刻控制 LED 小燈成為“呼吸燈”。
• 電腦端輸入 led off 命令，單片機(jī)立刻關(guān)閉 LED 小燈。

最終實(shí)現(xiàn)如下效果：

使用更加輕量級的通信函數(shù)

上一節(jié)說到，keil 將 printf 的輸出重定向到串口后，51 單片機(jī)也能很方便的使用 printf 將內(nèi)部信息傳輸給電腦端。但是，使用這種方法開銷非常大：

可以看出，上面的C語言代碼僅比下面代碼多了一個(gè) printf(“”) 函數(shù)，最終編譯生成的代碼 size 卻多處近 1 倍！這對于資源匱乏的 51 單片機(jī)來說，是不可接受的。因此自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)輕量級的通信函數(shù)是非常必要的。

這其實(shí)也是嵌入式程序開發(fā)的特點(diǎn)，不能浪費(fèi)甚至一個(gè)字節(jié)。所以，嵌入式程序員都是勤儉持家的好手。

那么，怎樣實(shí)現(xiàn)輕量級的 printf 函數(shù)呢？嵌入式開發(fā)中常見的還有一個(gè)詞——“裁剪”。顧名思義，就是為了節(jié)約資源，嵌入式程序員常常把一個(gè)模塊中用不到的功能剔除，僅留下核心功能。

現(xiàn)在想想，我們僅需 printf 發(fā)送字符串的功能，就可以完成需求。所以單片機(jī)往電腦端發(fā)送數(shù)據(jù)的C語言函數(shù)可以如下定義：

void prints(char* str)
{
 unsigned char i=0;
 TI=0;
 for(;str[i]!='\0'; i++){ 
 SBUF=str[i];
 while(!TI);
 TI=0;
 }
}

代碼很簡單，prints() 函數(shù)將 str 逐字節(jié)傳遞給 SBUF 寄存器，單片機(jī)則會(huì)自動(dòng)將 SBUF 中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱冢⑶覀魉屯戤吅螅瑢?TI 寄存器置 1。

制定協(xié)議，實(shí)現(xiàn)電腦用“命令”控制 LED 小燈

現(xiàn)在通信沒問題了，那么怎樣實(shí)現(xiàn)“命令”控制 LED 小燈呢？可以這么干：單片機(jī)隨時(shí)檢測串口數(shù)據(jù)，一旦接收到我們前面定義的命令，就做出相應(yīng)的動(dòng)作。所以，C語言代碼可以如下寫：

#define TWINKLE "led twinkle"
#define BREATH "led breath"
#define LEDOFF "led off"
if(is_new_cmd_ready()){
 cmd_len=get_uart_cmd(cmd);
 prints("recv cmd:");prints(cmd);prints("\n");
 if(is_cmd_match(cmd, BREATH, cmd_len)){
 prints(" match ");prints(BREATH);prints("\n");
 action=1;
 }else if(is_cmd_match(cmd, TWINKLE, cmd_len)){
 prints(" match ");prints(TWINKLE);prints("\n");
 action=2;
 }else if(is_cmd_match(cmd, LEDOFF, cmd_len)){
 prints(" match ");prints(LEDOFF);prints("\n");
 action=3;
 }else{
 prints(" cmd not match\n");
 action=0;
 }
 }

上面的C語言代碼中， action 會(huì)隨著電腦端發(fā)送過來的命令做出相應(yīng)改變。例如，電腦端發(fā)送“l(fā)ed twinkle”可以把 action 設(shè)置為 1，電腦端發(fā)送“l(fā)ed off”，可以讓 action 等于 3。

接下來，把相應(yīng)的 LED 小燈動(dòng)作寫入不同的 action 就可以了：

switch(action){
 case 1:
 // 呼吸燈
 break;
 case 2:
 // 閃爍的小燈
 break;
 case 3:
 // 關(guān)閉小燈
 break;
 default: break; 
 }

“呼吸燈”，閃爍小燈，以及關(guān)閉小燈的動(dòng)作前面幾節(jié)已經(jīng)介紹過，將其填入即可：

現(xiàn)在控制程序也就寫好了，編譯程序并燒寫到單片機(jī)。

實(shí)驗(yàn)，電腦通過發(fā)送命令，控制 LED 小燈變化

初始狀態(tài)如下圖，因?yàn)殡娔X端還沒有輸入相應(yīng)的命令，所以 LED 小燈處于熄滅狀態(tài)。

接著，在串口調(diào)試工具輸入“l(fā)ed twinkle”，發(fā)送到單片機(jī)：

可以看到 LED 小燈開始閃爍了：

然后再在電腦端輸入“l(fā)ed breath”，發(fā)送到單片機(jī)：

會(huì)發(fā)現(xiàn) LED 小燈變成呼吸燈了：

最后再輸入“l(fā)ed off”，能夠發(fā)現(xiàn) LED 小燈被熄滅了。

完整的流程，請看文章開頭的視頻。

至此，我們就實(shí)現(xiàn)了從電腦端發(fā)送命令，控制 LED 小燈動(dòng)作。

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