rs232_linux-win32_cz2.pdf

K U R S

Programowanie portu szeregowego

w systemach operacyjnych

Linux i Windows, część 2

Umiejętność programowej obsługi interfejsu

RS232 od strony komputera PC jest

dziś istotnym elementem elektronicznego

rzemiosła. W niniejszym kursie piszemy jak

w praktyce oprogramować port szeregowy

w środowiskach Linux i Windows. Wiele

miejsca poświęcamy pisaniu przenośnych

aplikacji GUI, które korzystają z interfejsu

szeregowego i zachowują się tak samo

w systemach Windows jak i Linux. Wszystkie

omawiane zagadnienia poparto szczegółowo

opisanymi praktycznymi przykładami.

W poprzedniej części kursu

omówiłem funkcje służące do re-

alizacji operacji na porcie szere-

gowym w Linuksie. Przyszedł czas

na wykorzystanie zdobytej wiedzy

w praktyce. W części drugiej przed-

stawię budowę platformy sprzęto-

wej, która pozwoli nam testować

tworzone oprogramowanie.

Połączenie procesora U1 z kom-

puterem PC zrealizowane jest ty-

powo, to jest za pośrednictwem

układu MAX232. Model łączony

jest z komputerem za pośrednic-

twem kabla „prostego” (bez prze-

plotu), co wymusiło zastosowanie

złącza DB9F (żeńskiego). Czytel-

nicy, którzy zechcą użyć typowe-

go przewodu z przeplotem muszą

wykorzystać złącze DB9M oraz za-

mienić w nim miejscami końców-

ki 2 i 3. Rezonator kwarcowy X1

ma „okrągłą” wartość 1,8432 MHz,

co pozwala uzyskać większość ty-

powych prędkości transmisji z ze-

rowym (obliczanym) błędem bau-

drate. We wszystkich przykładach

w tym kursie wykorzystana bę-

dzie prędkość 19200 bodów i ram-

ka w formacie 8N1 (8 bitów da-

nych, brak kontroli parzystości, 1

bit STOP). Dodatkową zaletą dosyć

niskiej częstotliwości pracy mikro-

kontrolera jest redukcja pobierane-

go przez zestaw prądu.

Diody LED D1 i D2 stanowią

najprostszy interfejs wyjściowy –

rola przez nie pełniona będzie za-

leżna od funkcjonalności testowa-

nego przykładu. Elementy U3, C7...

C9 tworzą typowy zasilacz stabili-

zowany zasilający część cyfrową

napięciem 5 V. Para R1C3 wytwa-

rza napięcie zasilające część ana-

logową zestawu. Masy: analogowa

i cyfrowa są rozdzielone i łączą się

elektrycznie niedaleko punktu do-

łączenia napięcia zasilającego. Nie-

rozdzielenie mas analogowej i cy-

frowej mogłoby doprowadzić do

podawania na wejście przetworni-

ka A/C impulsów szpilkowych i

– w konsekwencji – do jego błęd-

nej pracy. Impulsy te pochodziły-

by ze spadków napięcia na ścież-

kach masy powodowanych dużymi

prądami impulsowymi występujący-

mi w części cyfrowej.

We wspomnianym przy-

kładzie woltomierza cy-

frowego przetwornik A/C

będzie pracował z wewnętrznym na-

pięciem odniesienia równym (typo-

wo) 2,56 V – napięcie to występu-

je na końcówce AREF. Jest ono ﬁl-

trowane przez kondensator C2 i sta-

nowi napięcie wejściowe dla po-

tencjometru PR1. Napięcie z suwa-

ka PR1 jest podawane poprzez ﬁltr

R2C1 na wejście ADC0 przetwor-

nika. Napięcie to będzie mierzone

przez woltomierz, który zaprojektu-

jemy w dalszej części kursu.

Zestaw testowy można zmon-

tować w dowolny sposób pamię-

tając jedynie o rozdzieleniu mas

i ogólnych zasadach montażu ukła-

dów elektronicznych. Zamiast opi-

sanego układu można oczywiście

użyć dowolnego zestawu laborato-

ryjnego dostępnego w handlu, by-

leby tylko miał on podobne moż-

liwości funkcjonalne jak opisa-

ny powyżej (przetwornik A/C i in-

terfejs RS232C). Nie musi to być

Zestaw testowy

Schemat zestawu testowego,

który posłuży nam do testowa-

nia wszystkich przykładów w dal-

szych częściach kursu, znajduje

się na rys. 2 . Jego sercem jest do-

brze wszystkim znany mikrokontro-

ler ATmega8 ﬁrmy Atmel. Wybór

tego właśnie mikrokontrolera po-

dyktowany był faktem, że jest to

jeden z najmniejszych mikrokontro-

lerów serii ATmega, który ma „na

pokładzie” przetwornik analogowo–

–cyfrowy. Przetwornik ten wykorzy-

stamy w ostatniej części cyklu do

realizacji woltomierza sterowane-

go przez port szeregowy. Sam wy-

bór rodziny AVR Atmela był oczy-

wisty – są to wszak najpopular-

niejsze (jeszcze!) w Polsce mikro-

kontrolery i większość Czytelników

zna je co najmniej dobrze. Dzięki

temu będą oni mogli skupić swoją

uwagę na zagadnieniu programo-

wania RS232C na PC, zaś szczegó-

ły oprogramowania części sprzęto-

wej będą dla nich od początku do

końca jasne.

100

Elektronika Praktyczna 4/2006

K U R S

nawet zestaw z mikrokontrolerem

AVR. Oprogramowanie jest napisa-

ne w języku C i może być przenie-

sione na dowolny mikrokontroler,

do którego istnieje kompilator tego

języka. Oczywiście w takim przy-

padku trzeba będzie zmienić te

fragmenty programu, które są spe-

cyﬁczne dla danego układu (np.

konﬁguracja modułu USART).

W tab. 10 zamieściłem konﬁgurację

fusebit –ów niezbędną do poprawnej

pracy procesora ATmega8 w opisy-

wanym zestawie. Podczas progra-

mowania mikrokontrolera należy

zwrócić baczną uwagę na popraw-

ność tych ustawień, gdyż ich zmia-

na może uniemożliwić pracę syste-

Oprogramowanie

mikrokontrolera

Oprogramowanie mikrokontrolera

U1 ATmega8 napisałem w języku C

używając popularnego kompilatora

GCC w wersji 2002–06–25 zintegro-

wanego z pakietem AVRStudio3.53.

Kod źródłowy jest na tyle krót-

ki, prosty i pozbawiony „wodotry-

sków”, że można go z powodzeniem

skompilować za pomocą dowolnego

kompilatora C dla mikrokontrolerów

AVR – oczywiście po dokonaniu

stosownych (niewielkich) poprawek.

List. 5. Program testowy Example1.c

działający na mikrokontrolerze

//*******************************

// MAIN

//*******************************

int main(void)

{

unsigned char data,cou;

DDRB=0xFF;

DDRC=0x00;

DDRD=0xFE;

PORTC=0x00;

PORTD=0xFE;

Hello();

Init_UART();

while(1)

{

//Waiting for 1 byte

UCSRA&=~(1<<RXC);

while((UCSRA&(1<<RXC))==0);

data=UDR;

if(data==0)

{

RED_OFF;

GREEN_OFF;

SendString(PSTR(„ZERO”));

SendByte(13); SendByte(10);

}

else if(data==1)

{

RED_ON;

GREEN_OFF;

SendString(PSTR(„ONE”));

SendByte(13); SendByte(10);

}

else if(data==2)

{

RED_OFF;

GREEN_ON;

SendString(PSTR(„TWO”));

SendByte(13); SendByte(10);

}

else if(data==3)

{

RED_ON;

GREEN_ON;

SendString(PSTR(„THREE”));

SendByte(13); SendByte(10);

}

else if(data==255)

{

cou=0;

while(1)

{

SendByte(cou);

if(++cou==0) break;

}

else

{

SendString(PSTR(„FOUR OR MORE”));

SendByte(13); SendByte(10);

}

Rys. 2. Schemat zestawu testowego

Elektronika Praktyczna 4/2006

101

K U R S

mu! Podczas kursu będziemy wyko-

rzystywać dwa programy działające

na mikrokontrolerze U1. Pierwszym

z nich (opisanym niżej) jest prosty

system odpowiadający na pytania.

Program ten będzie wykorzystywa-

ny w dalszych częściach niniejsze-

go kursu. Drugą aplikacją jest opro-

gramowanie cyfrowego woltomie-

rza, którą weźmiemy na warsztat

w ostatniej części kursu.

Wszystkie przykłady oprogramo-

wania na PC (poza woltomierzem)

będą współpracować z prostym pro-

gramem Example1.c działającym

na mikrokontrolerze. Główna część

tego programu (funkcja main ) zosta-

ła przedstawiona na list. 5 (pomi-

nąłem inicjalizację modułu USART

i inne funkcje pomocnicze). Idea tej

aplikacji polega na stworzeniu pro-

stego systemu zdolnego odpowiadać

na zadawane mu proste pytania.

Taki system pozwoli w łatwy spo-

sób testować różne aplikacje dzia-

łające na komputerze PC.

Sposób działania programu

z list. 5 jest następujący:

1. Mikrokontroler czeka na 1–baj-

towe zapytanie, które wysyła

komputer PC;

2. Po otrzymaniu jednego bajta

mikrokontroler odpowiednio do

jego wartości zapala diody D1

i D2 oraz wysyła via RS232 sto-

sowną odpowiedź. Odbywa się

to według następującej zasady:

Rys. 3. Okno terminala podczas testowania zestawu

• Jeśli wartość bajta zapytania mie-

ści się w granicach 0...3, to stan

diod odzwierciedla tę liczbę (D2

– bit nr 1, D1 – bit nr 0), zaś

wysyłana do PC–ta odpowiedź

stanowi nazwę tej wartości zapi-

saną wielkimi literami w języku

angielskim zakończoną sekwencją

bajtów 0x0D i 0x0A. Na przykład

otrzymanie bajta o wartości 1

skutkuje wygaszeniem diody D2,

zapaleniem D1 i wysłaniem odpo-

wiedzi „ONE”+0x0D+0x0A. Dla

bajta o wartości 3 zostaną zapalo-

ne obie diody, a odpowiedzią bę-

dzie „THREE”+0x0D+0x0A.

• Jeśli wartość bajta zapytania mie-

ści się w granicach 4...254, to

stan diod nie zmienia się, zaś

wysyłana odpowiedź ma postać

„FOUR OR MORE”+0x0D+0x0A.

• Jeśli wartość bajta zapytania

wynosi 255, to stan diod nie

zmienia się, zaś w odpowiedzi

wysyłana jest sekwencja 256

bajtów o wartościach 0...255.

Wywołanie funkcji powitania

Hello powoduje dwukrotne mignię-

cie obiema diodami D1 i D2 tuż po

włączeniu zasilania zestawu lub ze-

rowaniu mikrokontrolera. Rzecz ba-

nalna, ale podczas pierwszego uru-

chomienia systemu pozwala zorien-

tować się, czy zestaw daje jakiekol-

wiek „znaki życia”.

Testowanie zestawu

Poprawnie zmontowany zestaw

działa od pierwszego włączenia i nie

wymaga żadnych czynności urucho-

mieniowych. Warto jednak przetesto-

wać go przed podjęciem prób współ-

pracy z oprogramowaniem pracują-

cym na PC. Do testów można użyć

dowolnego terminala RS232C. Nale-

ży w tym celu ustawić odpowiednie

parametry transmisji (19200, 8N1),

a następnie wysyłać 1–bajtowe zapy-

tania i sprawdzać czy w odpowiedzi

wysyłane są poprawne ciągi znaków.

Na rys. 3 przedstawiłem przykłado-

wy test zestawu za pomocą termina-

la wchodzącego w skład pakietu Ba-

scomAVR Demo, pracującego w sys-

temie Windows.

Arkadiusz Antoniak, EP

arkadiusz.antoniak@ep.com.pl

www.antoniak.ep.com.pl

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1: 10 V

R2: 100 V

R3, R4: 470 V

Kondensatory

C1: 10nF

C2...C4, C7, C8, C14: 100 nF

C5, C6: 33 pF

C9: 100 m F/16 V

C10...C13: 1...10 m F/16 V

Półprzewodniki

U1: ATmega8

U2: MAX232

U3: 78L05

D1: LED czerwona

D2: LED zielona

Inne

Kwarc: 1,8432 MHz

JP1: złącze DB9F (kabel prosty) lub

DB9M (kabel z przeplotem)

JP2: goldpiny (złącze ISP)

PR1: potencjometr 10 k V A z po-

krętłem

Tab. 10. Ustawienia bezpieczników (fusebit) mikrokontrolera

Fusebit

Wartość

Fusebit LOW

BODLEVEL 1: BODLEVEL 2,7V

BODEN 0: BODEN enabled

SUT1..0 01: fast rising power

CKSEL3..0 1101: Crystal oscillator

Fusebit HIGH

S8515C 1: MEGA8515 mode

WDTON 1: Watchdog timer enabled by software

SPIEN 0: Serial programming enabled

CKOPT 1: Oscillator option

EESAVE 1: Erase EEPROM when chip erase

BOOTSZ1..0 00: 1024 words boot size

BOOTRST 1: Reset vector is $0000

102

Elektronika Praktyczna 4/2006

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: