串口通信编程

  在Win32下,可以使用两种编程方式实现串口通信,其一是使用ActiveX控件,这种方法程序简单,但欠灵活。其二是调用Windows的API函数,这种方法可以清楚地掌握串口通信的机制,并且自由灵活。本文只介绍API串口通信部分。

  串口的操作可以有两种操作方式:同步操作方式和重叠操作方式(又称为异步操作方式)。同步操作时,API函数会阻塞直到操作完成以后才能返回(在多线程方式中,虽然不会阻塞主线程,但是仍然会阻塞监听线程);而重叠操作方式,API函数会立即返回,操作在后台进行,避免线程的阻塞。

       无论那种操作方式,一般都通过四个步骤来完成:

       (1) 打开串口
       (2) 配置串口
       (3) 读写串口
       (4) 关闭串口

  

  本文只介绍同步方式。

  1、打开串口

  Win32系统把文件的概念进行了扩展。无论是文件、通信设备、命名管道、邮件槽、磁盘、还是控制台,都是用API函数CreateFile来打开或创建的。该函数的原型为:  

HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName, DWORD dwDesiredAccess, DWORD dwShareMode, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, DWORD dwCreationDistribution, DWORD dwFlagsAndAttributes, HANDLE hTemplateFile); 

  

   pFileName:将要打开的串口逻辑名,如“COM1”; 
       dwDesiredAccess:指定串口访问的类型,可以是读取、写入或二者并列; 
       dwShareMode:指定共享属性,由于串口不能共享,该参数必须置为0; 
       lpSecurityAttributes:引用安全性属性结构,缺省值为NULL; 
       dwCreationDistribution:创建标志,对串口操作该参数必须置为OPEN_EXISTING; 
       dwFlagsAndAttributes:属性描述,用于指定该串口是否进行异步操作,该值为FILE_FLAG_OVERLAPPED,表示使用异步的I/O;该值为0,表示同步I/O操作; 
       hTemplateFile:对串口而言该参数必须置为NULL。

       同步I/O方式打开串口的示例代码:  

  

HANDLE hCom; //全局变量,串口句柄   
hCom=CreateFile("COM1",//COM1口  
 GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允许读和写  
 0, //独占方式  
 NULL,  
 OPEN_EXISTING, //打开而不是创建  
 0, //同步方式  
 NULL);   
if(hCom==(HANDLE)-1)   
{  
   AfxMessageBox("打开COM失败!");  
   return FALSE;   
}  
return TRUE;   

  2、配置串口

   在打开通讯设备句柄后,常常需要对串口进行一些初始化配置工作。这需要通过一个DCB结构来进行。DCB结构包含了诸如波特率、数据位数、奇偶校验和停止位数等信息。在查询或配置串口的属性时,都要用DCB结构来作为缓冲区。

       一般用CreateFile打开串口后,可以调用GetCommState函数来获取串口的初始配置。要修改串口的配置,应该先修改DCB结构,然后再调用SetCommState函数设置串口。
  DCB结构包含了串口的各项参数设置,下面仅介绍几个该结构常用的变量:

  typedef struct _DCB{

   DWORD BaudRate;//波特率,指定通信设备的传输速率。这个成员可以是实际波特率值或者下面的常量值之一:

  //CBR_110,CBR_300,CBR_600,CBR_1200,CBR_2400,CBR_4800,CBR_9600,CBR_19200, CBR_38400, CBR_56000, CBR_57600,   //CBR_115200, CBR_128000, CBR_256000, CBR_14400

  DWORD fParity; // 指定奇偶校验使能。若此成员为1,允许奇偶校验检查

  BYTE ByteSize; // 通信字节位数,4—8

  BYTE Parity; //指定奇偶校验方法。此成员可以有下列值: EVENPARITY 偶校验 NOPARITY 无校验 MARKPARITY 标记校验 ODDPARITY 奇校验

  BYTE StopBits; //指定停止位的位数。此成员可以有下列值: ONESTOPBIT 1位停止位 TWOSTOPBITS 2位停止位 ON 5STOPBITS   1.5位停止位

  ……… 

  };

  GetCommState函数可以获得COM口的设备控制块,从而获得相关参数: 

  BOOL GetCommState( HANDLE hFile, LPDCB lpDCB); 

  SetCommState函数设置COM口的设备控制块: 

      BOOL SetCommState( HANDLE hFile, LPDCB lpDCB ); 

  除了在BCD中的设置外,程序一般还需要设置I/O缓冲区的大小和超时。Windows用I/O缓冲区来暂存串口输入和输出的数据。如果通信的速率较高,则应该设置较大的缓冲区。调用SetupComm函数可以设置串行口的输入和输出缓冲区的大小。

  BOOL SetupComm( HANDLE hFile, // 通信设备的句柄 

            DWORD dwInQueue, // 输入缓冲区的大小(字节数) 

            DWORD dwOutQueue // 输出缓冲区的大小(字节数)

   ); 

  在用ReadFile和WriteFile读写串行口时,需要考虑超时问题。超时的作用是在指定的时间内没有读入或发送指定数量的字符,ReadFile或WriteFile的操作仍然会结束。
要查询当前的超时设置应调用GetCommTimeouts函数,该函数会填充一个COMMTIMEOUTS结构。调用SetCommTimeouts可以用某一个COMMTIMEOUTS结构的内容来设置超时。
  读写串口的超时有两种:间隔超时和总超时。间隔超时是指在接收时两个字符之间的最大时延。总超时是指读写操作总共花费的最大时间。写操作只支持总超时,而读操作两种超时均支持。用COMMTIMEOUTS结构可以规定读写操作的超时。
  COMMTIMEOUTS结构的定义为: 

typedef struct _COMMTIMEOUTS { 

         DWORD ReadIntervalTimeout; //读间隔超时

         DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; //读时间系数

         DWORD ReadTotalTimeoutConstant; //读时间常量

         DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; // 写时间系数

         DWORD WriteTotalTimeoutConstant; //写时间常量

} COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS; 
COMMTIMEOUTS结构的成员都以毫秒为单位。

  总超时的计算公式是:总超时=时间系数×要求读/写的字符数+时间常量
  例如,要读入10个字符,那么读操作的总超时的计算公式为:
  读总超时=ReadTotalTimeoutMultiplier×10+ReadTotalTimeoutConstant
  可以看出:间隔超时和总超时的设置是不相关的,这可以方便通信程序灵活地设置各种超时。

  如果所有写超时参数均为0,那么就不使用写超时。如果ReadIntervalTimeout为0,那么就不使用读间隔超时。如果ReadTotalTimeoutMultiplier 和 ReadTotalTimeoutConstant 都为0,则不使用读总超时。如果读间隔超时被设置成MAXDWORD并且读时间系数和读时间常量都为0,那么在读一次输入缓冲区的内容后读操作就立即返回,而不管是否读入了要求的字符。

  3、读写串口

    使用ReadFile和WriteFile读写串口,下面是两个函数的声明:

  

BOOL ReadFile( HANDLE hFile, //串口的句柄 
// 读入的数据存储的地址, 
//即读入的数据将存储在以该指针的值为首地址的一片内存区
LPVOID lpBuffer, 
// 要读入的数据的字节数 
DWORD nNumberOfBytesToRead,
 // 指向一个DWORD数值,该数值返回读操作实际读入的字节数
LPDWORD lpNumberOfBytesRead, 
// 重叠操作时,该参数指向一个OVERLAPPED结构,同步操作时,该参数为NULL。
LPOVERLAPPED lpOverlapped );

BOOL WriteFile( HANDLE hFile, //串口的句柄 
// 写入的数据存储的地址, 即以该指针的值为首地址的
LPCVOID lpBuffer,
//要写入的数据的字节数
DWORD nNumberOfBytesToWrite,
// 指向指向一个DWORD数值,该数值返回实际写入的字节数
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,  
// 重叠操作时,该参数指向一个OVERLAPPED结构,
// 同步操作时,该参数为NULL。
LPOVERLAPPED lpOverlapped ); 

  在用ReadFile和WriteFile读写串口时,既可以同步执行,也可以重叠执行。在同步执行时,函数直到操作完成后才返回。这意味着同步执行时线程会被阻塞,从而导致效率下降。在重叠执行时,即使操作还未完成,这两个函数也会立即返回,费时的I/O操作在后台进行。
  ReadFile和WriteFile函数是同步还是异步由CreateFile函数决定,如果在调用CreateFile创建句柄时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED标志,那么调用ReadFile和WriteFile对该句柄进行的操作就应该是重叠的;如果未指定重叠标志,则读写操作应该是同步的。ReadFile和WriteFile函数的同步或者异步应该和CreateFile函数相一致。
  ReadFile函数只要在串口输入缓冲区中读入指定数量的字符,就算完成操作。而WriteFile函数不但要把指定数量的字符拷入到输出缓冲区,而且要等这些字符从串行口送出去后才算完成操作。
  如果操作成功,这两个函数都返回TRUE。需要注意的是,当ReadFile和WriteFile返回FALSE时,不一定就是操作失败,线程应该调用GetLastError函数分析返回的结果。例如,在重叠操作时如果操作还未完成函数就返回,那么函数就返回FALSE,而且GetLastError函数返回ERROR_IO_PENDING。这说明重叠操作还未完成。

  

  在读写串口之前,还要用PurgeComm()函数清空缓冲区,该函数原型: 

    BOOL PurgeComm( HANDLE hFile, //串口句柄 

                DWORD dwFlags // 需要完成的操作 ); 
  参数dwFlags指定要完成的操作,可以是下列值的组合: 
    PURGE_TXABORT 中断所有写操作并立即返回,即使写操作还没有完成。 

    PURGE_RXABORT 中断所有读操作并立即返回,即使读操作还没有完成。 

    PURGE_TXCLEAR 清除输出缓冲区   

    PURGE_RXCLEAR 清除输入缓冲区 

  在使用ReadFile 函数进行读操作前,应先使用ClearCommError函数清除错误。

  ClearCommError函数的原型如下: 
  BOOL ClearCommError( HANDLE hFile, // 串口句柄 

  LPDWORD lpErrors, // 指向接收错误码的变量 

  LPCOMSTAT lpStat // 指向通讯状态缓冲区 ); 
  该函数获得通信错误并报告串口的当前状态,同时,该函数清除串口的错误标志以便继续输入、输出操作。
  参数lpStat指向一个COMSTAT结构,该结构返回串口状态信息。 

  

  4、关闭串口

       利用API函数关闭串口非常简单,只需使用CreateFile函数返回的句柄作为参数调用CloseHandle即可:

  BOOL CloseHandle(
      HANDLE hObject; //handle to object to close
  );

原文地址:https://www.cnblogs.com/xiaoyusmile/p/4288217.html