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 Połączenie procesora U1 z kom- łączenia napięcia zasilającego. Nie-
omówiłem funkcje służące do re- puterem PC zrealizowane jest ty- rozdzielenie mas analogowej i cy-
alizacji operacji na porcie szere- powo, to jest za pośrednictwem frowej mogłoby doprowadzić do
gowym w Linuksie. Przyszedł czas układu MAX232. Model łączony podawania na wejście przetworni-
na wykorzystanie zdobytej wiedzy jest z komputerem za pośrednic- ka A/C impulsów szpilkowych i
w praktyce. W części drugiej przed- twem kabla  prostego (bez prze-  w konsekwencji  do jego błęd-
stawię budowę platformy sprzęto- plotu), co wymusiło zastosowanie nej pracy. Impulsy te pochodziły-
wej, która pozwoli nam testować złącza DB9F (żeńskiego). Czytel- by ze spadków napięcia na ścież-
tworzone oprogramowanie. nicy, którzy zechcą użyć typowe- kach masy powodowanych dużymi
go przewodu z przeplotem muszą prądami impulsowymi występujący-
Zestaw testowy wykorzystać złącze DB9M oraz za- mi w części cyfrowej.
Schemat zestawu testowego, mienić w nim miejscami końców- W e w s p o m n i a n y m p r z y -
który posłuży nam do testowa- ki 2 i 3. Rezonator kwarcowy X1 k ł a d z i e w o l t o m i e r z a c y -
nia wszystkich przykładów w dal- ma  okrągłą wartość 1,8432 MHz, f r o w e g o p r z e t w o r n i k A / C
szych częściach kursu, znajduje co pozwala uzyskać większość ty- będzie pracował z wewnętrznym na-
się na rys. 2. Jego sercem jest do- powych prędkości transmisji z ze- pięciem odniesienia równym (typo-
brze wszystkim znany mikrokontro- rowym (obliczanym) błędem bau- wo) 2,56 V  napięcie to występu-
ler ATmega8 firmy Atmel. Wybór drate. We wszystkich przykładach je na końcówce AREF. Jest ono fil-
tego właśnie mikrokontrolera po- w tym kursie wykorzystana bę- trowane przez kondensator C2 i sta-
dyktowany był faktem, że jest to dzie prędkość 19200 bodów i ram- nowi napięcie wejściowe dla po-
jeden z najmniejszych mikrokontro- ka w formacie 8N1 (8 bitów da- tencjometru PR1. Napięcie z suwa-
lerów serii ATmega, który ma  na nych, brak kontroli parzystości, 1 ka PR1 jest podawane poprzez filtr
pokładzie przetwornik analogowo bit STOP). Dodatkową zaletą dosyć R2C1 na wejście ADC0 przetwor-
 cyfrowy. Przetwornik ten wykorzy- niskiej częstotliwości pracy mikro- nika. Napięcie to będzie mierzone
stamy w ostatniej części cyklu do kontrolera jest redukcja pobierane- przez woltomierz, który zaprojektu-
realizacji woltomierza sterowane- go przez zestaw prądu. jemy w dalszej części kursu.
go przez port szeregowy. Sam wy- Diody LED D1 i D2 stanowią Zestaw testowy można zmon-
bór rodziny AVR Atmela był oczy- najprostszy interfejs wyjściowy  tować w dowolny sposób pamię-
wisty  są to wszak najpopular- rola przez nie pełniona będzie za- tając jedynie o rozdzieleniu mas
niejsze (jeszcze!) w Polsce mikro- leżna od funkcjonalności testowa- i ogólnych zasadach montażu ukła-
kontrolery i większość Czytelników nego przykładu. Elementy U3, C7... dów elektronicznych. Zamiast opi-
zna je co najmniej dobrze. Dzięki C9 tworzą typowy zasilacz stabili- sanego układu można oczywiście
temu będą oni mogli skupić swoją zowany zasilający część cyfrową użyć dowolnego zestawu laborato-
uwagę na zagadnieniu programo- napięciem 5 V. Para R1C3 wytwa- ryjnego dostępnego w handlu, by-
wania RS232C na PC, zaś szczegó- rza napięcie zasilające część ana- leby tylko miał on podobne moż-
ły oprogramowania części sprzęto- logową zestawu. Masy: analogowa liwości funkcjonalne jak opisa-
wej będą dla nich od początku do i cyfrowa są rozdzielone i łączą się ny powyżej (przetwornik A/C i in-
końca jasne. elektrycznie niedaleko punktu do- terfejs RS232C). Nie musi to być
Elektronika Praktyczna 4/2006
100
K U R S
nawet zestaw z mikrokontrolerem W tab. 10 zamieściłem konfigurację mowania mikrokontrolera należy
AVR. Oprogramowanie jest napisa- fusebit ów niezbędną do poprawnej zwrócić baczną uwagę na popraw-
ne w języku C i może być przenie- pracy procesora ATmega8 w opisy- ność tych ustawień, gdyż ich zmia-
sione na dowolny mikrokontroler, wanym zestawie. Podczas progra- na może uniemożliwić pracę syste-
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).
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 z
ródłowy 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< while((UCSRA&(1< 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 wez
miemy 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- Rys. 3. Okno terminala podczas testowania zestawu
nąłem inicjalizację modułu USART
i inne funkcje pomocnicze). Idea tej " Jeśli wartość bajta zapytania mie- włączeniu zasilania zestawu lub ze-
aplikacji polega na stworzeniu pro- ści się w granicach 0...3, to stan rowaniu mikrokontrolera. Rzecz ba-
stego systemu zdolnego odpowiadać diod odzwierciedla tę liczbę (D2 nalna, ale podczas pierwszego uru-
na zadawane mu proste pytania.  bit nr 1, D1  bit nr 0), zaś chomienia systemu pozwala zorien-
Taki system pozwoli w łatwy spo- wysyłana do PC ta odpowiedz
tować się, czy zestaw daje jakiekol-
sób testować różne aplikacje dzia- stanowi nazwę tej wartości zapi- wiek  znaki życia .
łające na komputerze PC. saną wielkimi literami w języku
Sposób działania programu angielskim zakończoną sekwencją Testowanie zestawu
z list. 5 jest następujący: bajtów 0x0D i 0x0A. Na przykład Poprawnie zmontowany zestaw
1. Mikrokontroler czeka na 1 baj- otrzymanie bajta o wartości 1 działa od pierwszego włączenia i nie
towe zapytanie, które wysyła skutkuje wygaszeniem diody D2, wymaga żadnych czynności urucho-
komputer PC; zapaleniem D1 i wysłaniem odpo- mieniowych. Warto jednak przetesto-
2. Po otrzymaniu jednego bajta wiedzi  ONE +0x0D+0x0A. Dla wać go przed podjęciem prób współ-
mikrokontroler odpowiednio do bajta o wartości 3 zostaną zapalo- pracy z oprogramowaniem pracują-
jego wartości zapala diody D1 ne obie diody, a odpowiedzią bę- cym na PC. Do testów można użyć
i D2 oraz wysyła via RS232 sto- dzie  THREE +0x0D+0x0A. dowolnego terminala RS232C. Nale-
sowną odpowiedz
. Odbywa się " Jeśli wartość bajta zapytania mie- ży w tym celu ustawić odpowiednie
to według następującej zasady: ści się w granicach 4...254, to parametry transmisji (19200, 8N1),
stan diod nie zmienia się, zaś a następnie wysyłać 1 bajtowe zapy-
wysyłana odpowiedz
ma postać tania i sprawdzać czy w odpowiedzi
WYKAZ ELEMENTÓW
 FOUR OR MORE +0x0D+0x0A. wysyłane są poprawne ciągi znaków.
Rezystory
" Jeśli wartość bajta zapytania Na rys. 3 przedstawiłem przykłado-
R1: 10 V
wynosi 255, to stan diod nie wy test zestawu za pomocą termina-
R2: 100 V
zmienia się, zaś w odpowiedzi la wchodzącego w skład pakietu Ba-
R3, R4: 470 V
wysyłana jest sekwencja 256 scomAVR Demo, pracującego w sys-
Kondensatory
bajtów o wartościach 0...255. temie Windows.
C1: 10nF
Wywołanie funkcji powitania Arkadiusz Antoniak, EP
C2...C4, C7, C8, C14: 100 nF
Hello powoduje dwukrotne mignię- [e-mail]
C5, C6: 33 pF
cie obiema diodami D1 i D2 tuż po www.antoniak.ep.com.pl
C9: 100 mF/16 V
C10...C13: 1...10 mF/16 V
Tab. 10. Ustawienia bezpieczników (fusebit) mikrokontrolera
Półprzewodniki
Fusebit Wartość
U1: ATmega8
BODLEVEL 1: BODLEVEL 2,7V
U2: MAX232
BODEN 0: BODEN enabled
Fusebit LOW
U3: 78L05
SUT1..0 01: fast rising power
D1: LED czerwona
CKSEL3..0 1101: Crystal oscillator
D2: LED zielona
S8515C 1: MEGA8515 mode
Inne
WDTON 1: Watchdog timer enabled by software
Kwarc: 1,8432 MHz
SPIEN 0: Serial programming enabled
JP1: złącze DB9F (kabel prosty) lub
Fusebit HIGH CKOPT 1: Oscillator option
DB9M (kabel z przeplotem)
JP2: goldpiny (złącze ISP) EESAVE 1: Erase EEPROM when chip erase
PR1: potencjometr 10 kV A z po-
BOOTSZ1..0 00: 1024 words boot size
krętłem
BOOTRST 1: Reset vector is $0000
Elektronika Praktyczna 4/2006
102