基于Java语言的51单片机串口通讯PC机程序

摘要：由于Java语言的诸多优点，Java得到了广泛的应用，如今利用Java开发串口通讯已相当成熟，实现简单，可移植性强。文章详细介绍了如何配置开发环境以及使用Java串口API函数编写PC机程序。本程序比使用C++语言编写的串口通讯程序更容易理解，且移植性非常强，视图与控制分开，便于维护和升级。

关键字：Java，JBuilder，KeilC，Java Communications API，串口通讯，RS232，单片机

1 硬件部分（KeilC）

图1 硬件电路图

串口通讯硬件部分电路，收发器件采用max232，5V供电。J31接一单片机如AT89C52，单片机的串口与max232的10和11脚相连。

max232与微机通过9针接头相连。

本文的实验环境是AT89C52，单片机的内部程序是用KeilC语言编写的，程序功能非常简单，检测到开始信号后从串口读数据，然后把读入的数据发送给串口，遇到结束符停止。C语言代码如下供大家参考。在uv3中含有两个文件comm.h和comm.c，代码分别为：

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

/* comm.h */

/* serial port define, only use in comm project */

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

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define length 0x0F //数据包长度

uchar CR = 0x0D;

uchar LF = 0x0A;

uchar ESC = 0x1B;

uchar SYNC = 0x01; //数据包启始符

uchar PID = 0x00; //数据包标示字

uchar ADDR; //串口接收外部命令（片内地址）

uchar DATA; //串口返回片内数据

uchar ENDP = 0x00; //数据包结束符

uchar ACK = 0x06; //串口确认

uchar ERROR = 0x18; //串口错误

uchar wrong[] = "Bad command";

/*END*/

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

/*comm..c */

/* Write time is 2005.4.15,By Gooseli */

/* Copyright is changsha HUNU unversity gooseli.com */

/* Cpu is At89C51,Fclk is 11.059MHz */

/* Compiler is keilC51 compiler */

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

#include<stdio.h>

#include<string.h>

#include<reg51.h>

#include<comm.h>

void commInit(){

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

// 8051串口初始化 //

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

SCON = 0x52;

PCON = 0x80;

TMOD = 0x21;

TH1 = 0x0FA;

TL1 = 0x0FA;

TCON = 0x40;

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

// 串口控制器工作于方式1，8位，频率可变。接收允许 //

// 串口波特率系数SMOD = 1 //

// 定时器1工作于方式1，8位自动装载。定时器0方式1，16位 //

// 11.059M晶振，波特率 = 9600，TH1 = 0x0FA; //

// 19200 0x0FD //

// 57600 0x0FF //

// 3.6864M晶振 9600 0x0FE //

// 19200 0x0FF //

// #3.6864M晶振工作于方式2 //

// #在SMOD = 1时，波特率 = 115200 //

// 开中断TR1 = 1 //

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

}

uchar flag;

uchar readln();

void println( uchar *str );

main(){

commInit(); //初始化串口

while(1){

flag = readln();

}

uchar readln(){

uchar a;

uchar str[length];

int i;

scanf("%c",&a); //寻找起始符,回车则开始

if( a==SYNC || a==LF ){

while(1){

printf("\n>>");

//printf(">>");

scanf("%c",&a);

if( a==ENDP || a == ESC ){ //如果ESC则对话结束

break;

}

for( i="0"; i<length-1 && a!=CR && a!=LF; i++ ){

//读入数据包，如果溢出或者回车则结束

str[i] = a;

scanf("%c",&a);

}

str[i] = ENDP; //为数据包添加结束符，“\0”

printf("%s",str); //输出输入值

/*To do something by yourself*/

}

return ACK;

}

printf("\n%s\n>>",wrong);

return ERROR;

}

/*END*/

2 配置运行环境（JDK）

Java通讯库函数Java Communications API，Java开发工具JBuilderX。

此Java(TM) Communications API Specification 2.0(Windows Platform)是Sun公司为Windows平台提供的一个串口API扩展，可以到 http://java.sun.com/products/javacomm/ 下载。Sun公司还提供了其他操作系统下的API下载，移植性是Java先天的优势，如果需要在其他操作系统运行程序，不需要改动程序本身，只要在操作系统下植入相应的API库函数即可实现。

JBuilder是Borland公司出品的一款功能强大的可视化Java集成开发工具，可以快速开发包括复杂企业级应用系统的各种Java程序，本文的程序都用其实现。当然我们以可使用其他优秀的开发工具，例如开放源代码的Eclipse，功能强大，插件丰富。

在下载Java Communications API压缩文件里找到三个文件：comm.jar，win32comm.dll，javax.comm.properties，这三个文件是把API安装到Windows环境中的重要文件，我们把他们放在我们的JDK里面。

把comm..jar复制到%JAVA_HOME%\jre\lib\ext，javax.comm.properties复制到%JAVA_HOME%\jre\lib，win32comm.dll复制到%JAVA_HOME%\bin即可。这样我们的程序就可以在Windows环境中运行了，Java Communications API压缩文件中自带有例子，我们可以尝试一下。

接下来我们要把Java Communications API安装到JBuilder里面，如果JBuilder不是使用的外部的JDK，照上面的的步骤再做一次。假如我们外部的JDK和JBuilder的JDK是同一的JDK，我们就直接跳到下一步。

1）打开JBuilder，为我们的任务建立一个工程，给它起个有意义的名字，不多讲了。JBuilder会自动生成两个文件，如，工程名为comm，就会生成文件commApplication和commFrame。

2）选择Tools菜单，选择Configure Libraries…，如图1所示。

3）点击New按钮，为JBuilder增加一个函数库。如图2，点击OK即可。

4）下一步为你的工程增加这个库函数，以便你在工程里调用它们。选择Project菜单中的Project Properities选项，左侧选中Paths，右侧选中Required Libraries，单击Add，出现一个小的对话框，选择我们刚才增加的comm函数库，如图3，点击OK两次即可。

现在环境已经配置好了，我们要开始正式工作了。

图2 Configure Library

图2 New Librariy Wizard

图3 Select comm. Library

3 程序开发（JBuilderX）

1．与51单片机交互信息，数据库存取（Data）

为了保证数据传输的顺利进行，单片机与PC之间通讯要建立一个协议，在本实例中，采用如下协议：

程序打开串口后，程序发送“启始”符（0x01）表示通讯开始。

通讯开始后，程序就开始发送和接收数据包，数据包以“结束”符（0x00，0x0D, 0x0A）表示结尾。由于单片机受控于PC机，所以单片机一般不主动发送数据，只有在PC机发送一个“命令”，它才会发送一个“回应”。

如果程序“停止”符（0x00），则通讯结束。

2．界面设计（View）

这部分设计主程序的视图，即使用者看到的部分，包括按钮，下拉菜单，文字编辑框等。

为了程序的可读性，我们将所有的视图从主程序中分离出来，作成Bean的形式，然后在主程序中调用它们。Java提供了五种布局管理形式FlowLayout,，GridLayout， GridBagLayout， BorderLayout,，CardLayout。灵活的运用这些布局，可以达到各种各样的效果，其中GridBagLayout功能强大，使用灵活，本文主要采用这种布局。

3．主程序设计（Control）

这部分设计程序的实现方法，逻辑步骤。

1）首先定义串口，输入输出流等，如下所示：

package comm;

import java.awt.*;

import java.awt.event.*;

import javax.swing.*;

import javax.comm.*;//包含comm类包，才能使用其API函数

import java.io.*;

import java.util.*;

public class CommFrame extends JFrame implements Runnable, SerialPortEventListener {

JPanel contentPane; //定义一个JPanel，将视图Bean包含进来

BorderLayout borderLayout1 = new BorderLayout();

IOBean ioBean = new IOBean();//右侧视图Bean类事例化

ControlBean controlBean = new ControlBean();//左侧视图Bean类事例化

//Communination define

static CommPortIdentifier portName;//定义串口

int portId;

static Enumeration portList;

InputStream inputStream;//定义输入流

OutputStream outputStream;//定义输出流

SerialPort serialPort;

Thread readThread;//定义一个线程，程序全双工通讯

static String TimeStamp;

//Construct the frame

public CommFrame() {

enableEvents(AWTEvent.WINDOW_EVENT_MASK);

try {

jbInit();//程序初始化

commInit();//串口初始化

}catch(Exception e) {

e.printStackTrace();

}

private void jbInit() throws Exception {……}

public void commInit() {……}

public void commClose() {……}

public void commWrite() {……}

public void CommRead() {……}

public void run() {……}

public void serialEvent(SerialPortEvent event) {…….}//代码如下

//Overridden so we can exit when window is closed

protected void processWindowEvent(WindowEvent e) {

super.processWindowEvent(e);

if (e.getID() == WindowEvent.WINDOW_CLOSING) {

commClose();

System.exit(0);

}

2）串口初始化，首先监测串口是否被占用，如果没有被占用则打开串口。打开输入输出流以便下面的程序从串口读写数据，定义串口的波特率，位数，停止位，奇偶校验，在使用过程中可以改变这些内容以适应不同的需求。

public void commInit() {

//Communination ports owned or not

portId = 1;

try{

portList = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();

while (portList.hasMoreElements()) {

portName = (CommPortIdentifier) portList.nextElement();

if (portName.getPortType() == CommPortIdentifier.PORT_SERIAL) {

if (portName.isCurrentlyOwned()) {//串口是否被占用

ioBean.Receiver.append("\nCOM"+portId+"Ownedby"+ portName.getCurrentOwner());

TimeStamp = new java.util.Date().toString();

portId ++;

}else if (portName.getName().equals("COM" + portId)) {

break;

}

//Communination ports init

try {

serialPort = (SerialPort) portName.open("Gooseli_MCU_Control_App", 2000);//打开串口

controlBean.CommPortID.setText("COM" + portId);

controlBean.OnOff.setText("ON");//开关按钮置开状态

controlBean.OnOff.setSelected(true);

TimeStamp = new java.util.Date().toString();

System.out.println(TimeStamp + ": msg2 - SerialPort COM" + portId + " is opend");

ioBean.Receiver.append("\nCOM" + portId + " is opend");//显示区域显示串口被打开

} catch (PortInUseException e) {

System.out.println(e);

ioBean.Receiver.append("\nCOM" + portId + " " + e);

}

try {

inputStream = serialPort.getInputStream();//打开输入流

} catch (IOException e) {}

try {

outputStream = serialPort.getOutputStream();

outputStream.write((byte)0x01);//向串口写入启始符开始传送数据包

ioBean.Receiver.setText("\nCOM" + portId + ">>" + "Start");

controlBean.begin.setSelected(true);

} catch (IOException e) {}

try {

serialPort.setSerialPortParams(9600,//波特率

SerialPort.DATABITS_8,//数据位

SerialPort.STOPBITS_1,//停止位

SerialPort.PARITY_NONE);//校验位

} catch (UnsupportedCommOperationException e) {}

CommRead();//程序开始从串口读数据

}catch(Exception e) {}

}

public void commClose() {

try {

inputStream.close();

outputStream.close();

serialPort.close();

System.out.println(TimeStamp + ": msg2 - SerialPort COM" + portId + " is closing");

ioBean.Receiver.append("\nCOM" + portId + " is closing");

}catch (Exception e) {

System.out.println(e);

}

3）程序初始化，这里定义了一些事件，以便控制程序的运行。例如开始按钮的事件定义如下：

private void jbInit() throws Exception {

contentPane = (JPanel) this.getContentPane();

contentPane.setLayout(borderLayout1);

this.setSize(new Dimension(400, 300));

this.setTitle("Serial Ports Communication Current");

contentPane.add(ioBean,BorderLayout.CENTER);

contentPane.add(controlBean, BorderLayout.WEST);

controlBean.OnOff.addActionListener(

new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent ae) {

JToggleButton toggle = (JToggleButton) ae.getSource();

if (toggle.isSelected()) {

controlBean.OnOff.setText("ON");

commInit();

} else {

controlBean.OnOff.setText("OFF");

commClose();

}

);

controlBean.begin.addActionListener(

new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent ae) {

JToggleButton toggle = (JToggleButton) ae.getSource();

if (toggle.isSelected()) {//如果按钮被按下，则开始

controlBean.begin.setText("Start");

try {

outputStream.write((byte)0x01);//发送起始符

ioBean.Receiver.setText("\nCOM" + portId + " " + "Start");

} catch (IOException e) {}

} else {//如果按纽复位

controlBean.begin.setText("Stop");

try {

outputStream.write((byte)0x00);//发送结束符

ioBean.Receiver.append("\nCOM" + portId + " " + "Stop");

} catch (IOException e) {}

}

);

ioBean.jButton2.addActionListener(

new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent ae) {

commWrite();

}

);

}

4）读写串口，使用多线程，实现全双工通讯。主函数CommFrame实现了Runnable接口，在程序中只需要重写run函数即可实现多线程。

public void commWrite() {

String outString = ioBean.jTextField1.getText();

if (outString.equals("clear")) {

ioBean.Receiver.setText("\nCOM" + portId +" Receive:");

}

ioBean.jTextField1.setText("Gooseli:");

try {

//outputStream.write((byte)0x01);

outputStream.write(outString.getBytes());

outputStream.write((byte)0x0D);

//outputStream.write((byte)0x00);

ioBean.Receiver.setText("\nCOM" + portId + ">>" + outString);

} catch (IOException e) {}

}

public void CommRead() {

try {

serialPort.addEventListener(this);

} catch (TooManyListenersException e) {}

serialPort.notifyOnDataAvailable(true);

readThread = new Thread(this);

readThread.start();

}

public void run() {

try {

Thread.sleep(20000);

}

catch (InterruptedException e) {}

}

public void serialEvent(SerialPortEvent event) {

switch(event.getEventType()) {

case SerialPortEvent.BI:

case SerialPortEvent.OE:

case SerialPortEvent.FE:

case SerialPortEvent.PE:

case SerialPortEvent.CD:

case SerialPortEvent.CTS:

case SerialPortEvent.DSR:

case SerialPortEvent.RI:

case SerialPortEvent.OUTPUT_BUFFER_EMPTY:

break;

case SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE:

StringBuffer readBuffer = new StringBuffer();

String scannedInput = null;

int c;

try {

while ((c = inputStream.read()) != 0x00 && c != 0x0D && c != 0x0A) {

readBuffer.append( (char) c);//数据包以回车或者换行表示结束

}

scannedInput = readBuffer.toString();

ioBean.Receiver.append("\n" + scannedInput);

TimeStamp = new java.util.Date().toString();

System.out.println(TimeStamp + ": scanned input received:" + scannedInput);

inputStream.close();

} catch (IOException e) {}

break;

}

4．测试程序

程序运行后如图四所示。

为了方便程序运行，我们作一个批处理文件，和程序生成的jar文件放在一个目录里，这样就可以很方便的在含有Java虚拟机的系统里运行我们的程序了。可以将JBuilder运行窗口（Messages）的信息直接拷贝过来，当然也可以自己建立。

我的批处理文件如下所示：

@echo off

@REM 设置路径包括Java虚拟机和程序jar文件路径

set path=%JAVA_HOME%\bin

set classpath=%cd%\comm.jar

@REM 运行程序，注意在主程序前增加包名，否则找不到主函数

echo Now initializing the program,please wait a minite...

java comm.CommApplication

图4 Test my programme

4 展望

Java作为一个逐渐成熟的程序设计语言，在网络和嵌入式系统越来越多地得到广泛的应用，但是微机底层程序开发发展缓慢。本文应用Java作为串口上位机程序开发语言，是考虑到Java语言的各种优越性，主要是其平台无关性，强大的可移植性，这一点在不久的将来会受到更多的重视。ln

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