vc串口通信编程详解

　　串口通信简介

　　串行接口是一种可以将接受来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接受的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件。一般完成这种功能的电路，我们称为串行接口电路。

　　串口通信结构

　　串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。

　　串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议。大多数计算机（不包括笔记本电脑）包含两个基于RS-232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。

　　RS-232（ANSI/EIA-232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS-232的传输长度或者速度常常超过标准的值。RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。RS-232串口通信最远距离是50英尺。

　　串口通信程序图框

　　通信编程的内容

　　1． 通信手段（“用嘴讲话”/“眉目传情” 等等）。例如：串口通信，TCP， UDP通信等等。

　　2． 通信协议（“普通话”，“心有灵犀一点通”等等）。例如：Modem 指令集，telnet 协议，SMTP/POP3协议，“心有灵犀”协议等等，就如“普通话”的通用性，国际制定的标准也就是通用的协议，而“心有灵犀”就是特定的协议，只能用于两个人之间，当然，不排除多人的“心有灵犀一点通”，但不可能和大的范围J.

　　vc串口通信编程详解

　　在工业控制中，工控机（一般都基于Windows平台）经常需要与智能仪表通过串口进行通信。串口通信方便易行，应用广泛。

　　一般情况下，工控机和各智能仪表通过RS485总线进行通信。RS485的通信方式是半双工的，只能由作为主节点的工控PC机依次轮询网络上的各智能控制单元子节点。每次通信都是由PC机通过串口向智能控制单元发布命令，智能控制单元在接收到正确的命令后作出应答。

　　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。本文我们只介绍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

　　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：

　　C++代码

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

　　lpFileName：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：

　　C++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;

　　重叠I/O打开串口的示例代码：

　　C++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

　　FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED， //重叠方式

　　NULL）;

　　if（hCom ==INVALID_HANDLE_VALUE）

　　{

　　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， //标识通讯端口的句柄

　　LPDCB lpDCB //指向一个设备控制块（DCB结构）的指针 ）;

　　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。

　　在用重叠方式读写串口时，虽然ReadFile和WriteFile在完成操作以前就可能返回，但超时仍然是起作用的。在这种情况下，超时规定的是操作的完成时间，而不是ReadFile和WriteFile的返回时间。

　　配置串口的示例代码：

　　SetupComm（hCom，1024，1024）; //输入缓冲区和输出缓冲区的大小都是1024

　　COMMTIMEOUTS TimeOuts; //设定读超时

　　TimeOuts.ReadIntervalTimeout=1000;

　　TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=500;

　　TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=5000; //设定写超时

　　TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=500;

　　TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000;

　　SetCommTimeouts（hCom，&TimeOuts）; //设置超时

　　DCB dcb;

　　GetCommState（hCom，&dcb）;

　　dcb.BaudRate=9600; //波特率为9600

　　dcb.ByteSize=8; //每个字节有8位

　　dcb.Parity=NOPARITY; //无奇偶校验位

　　dcb.StopBits=TWOSTOPBITS; //两个停止位

　　SetCommState（hCom，&dcb）;

　　PurgeComm（hCom，PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR）;

　　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

　　3、读写串口

　　我们使用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。

　　同步方式读写串口比较简单，下面先例举同步方式读写串口的代码：

　　//同步读串口

　　char str［100］;

　　DWORD wCount;//读取的字节数

　　BOOL bReadStat;

　　bReadStat=ReadFile（hCom，str，100，&wCount，NULL）;

　　if（！bReadStat） { AfxMessageBox（“读串口失败！”）; return FALSE; } return TRUE; //同步写串口

　　char lpOutBuffer［100］;

　　DWORD dwBytesWrite=100;

　　COMSTAT ComStat;

　　DWORD dwErrorFlags;

　　BOOL bWriteStat;

　　ClearCommError（hCom，&dwErrorFlags，&ComStat）;

　　bWriteStat=WriteFile（hCom，lpOutBuffer，dwBytesWrite，& dwBytesWrite，NULL）;

　　if（！bWriteStat） { AfxMessageBox（“写串口失败！”）; }

　　PurgeComm（hCom， PURGE_TXABORT| PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR）;

　　在重叠操作时，操作还未完成函数就返回。

　　重叠I/O非常灵活，它也可以实现阻塞（例如我们可以设置一定要读取到一个数据才能进行到下一步操作）。有两种方法可以等待操作完成：一种方法是用象WaitForSingleObject这样的等待函数来等待OVERLAPPED结构的hEvent成员；另一种方法是调用GetOverlappedResult函数等待，后面将演示说明。

　　下面我们先简单说一下OVERLAPPED结构和GetOverlappedResult函数：

　　OVERLAPPED结构

　　OVERLAPPED结构包含了重叠I/O的一些信息，定义如下：

　　typedef struct _OVERLAPPED { // o

　　DWORD Internal;

　　DWORD InternalHigh;

　　DWORD Offset;

　　DWORD OffsetHigh;

　　HANDLE hEvent;

　　} OVERLAPPED;

　　在使用ReadFile和WriteFile重叠操作时，线程需要创建OVERLAPPED结构以供这两个函数使用。线程通过OVERLAPPED结构获得当前的操作状态，该结构最重要的成员是hEvent。hEvent是读写事件。当串口使用异步通讯时，函数返回时操作可能还没有完成，程序可以通过检查该事件得知是否读写完毕。

　　当调用ReadFile， WriteFile 函数的时候，该成员会自动被置为无信号状态；当重叠操作完成后，该成员变量会自动被置为有信号状态。

　　GetOverlappedResult函数 BOOL GetOverlappedResult（ HANDLE hFile， // 串口的句柄 // 指向重叠操作开始时指定的OVERLAPPED结构 LPOVERLAPPED lpOverlapped， // 指向一个32位变量，该变量的值返回实际读写操作传输的字节数。 LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred， // 该参数用于指定函数是否一直等到重叠操作结束。 // 如果该参数为TRUE，函数直到操作结束才返回。 // 如果该参数为FALSE，函数直接返回，这时如果操作没有完成， // 通过调用GetLastError（）函数会返回ERROR_IO_INCOMPLETE。 BOOL bWait ）;

　　该函数返回重叠操作的结果，用来判断异步操作是否完成，它是通过判断OVERLAPPED结构中的hEvent是否被置位来实现的。

　　异步读串口的示例代码：

　　char lpInBuffer［1024］;

　　DWORD dwBytesRead=1024;

　　COMSTAT ComStat;

　　DWORD dwErrorFlags;

　　OVERLAPPED m_osRead;

　　memset（&m_osRead，0，sizeof（OVERLAPPED））;

　　m_osRead.hEvent=CreateEvent（NULL，TRUE，FALSE，NULL）;

　　ClearCommError（hCom，&dwErrorFlags，&ComStat）;

　　dwBytesRead=min（dwBytesRead，（DWORD）ComStat.cbInQue）;

　　if（！dwBytesRead） return FALSE;

　　BOOL bReadStatus;

　　bReadStatus=ReadFile（hCom，lpInBuffer， dwBytesRead，&dwBytesRead，&m_osRead）;

　　if（！bReadStatus）

　　//如果ReadFile函数返回FALSE

　　{

　　if（GetLastError（）==ERROR_IO_PENDING）

　　//GetLastError（）函数返回ERROR_IO_PENDING，表明串口正在进行读操作

　　{

　　WaitForSingleObject（m_osRead.hEvent，2000）;

　　//使用WaitForSingleObject函数等待，直到读操作完成或延时已达到2秒钟

　　//当串口读操作进行完毕后，m_osRead的hEvent事件会变为有信号

　　PurgeComm（hCom， PURGE_TXABORT| PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR）;

　　return dwBytesRead;

　　}

　　return 0;

　　}

　　PurgeComm（hCom， PURGE_TXABORT| PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR）;

　　return dwBytesRead;

　　对以上代码再作简要说明：

　　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。

　　COMSTAT结构 COMSTAT结构包含串口的信息，结构定义如下：

　　typedef struct _COMSTAT { // cst DWORD fCtsHold ： 1; // Tx waiting for CTS signal DWORD fDsrHold ： 1; // Tx waiting for DSR signal DWORD fRlsdHold ： 1; // Tx waiting for RLSD signal DWORD fXoffHold ： 1; // Tx waiting， XOFF char rec‘’d DWORD fXoffSent ： 1; // Tx waiting， XOFF char sent DWORD fEof ： 1; // EOF character sent DWORD fTxim ： 1; // character waiting for Tx DWORD fReserved ： 25; // reserved DWORD cbInQue; // bytes in input buffer DWORD cbOutQue; // bytes in output buffer } COMSTAT， *LPCOMSTAT;

　　本文只用到了cbInQue成员变量，该成员变量的值代表输入缓冲区的字节数。

　　最后用PurgeComm函数清空串口的输入输出缓冲区。

　　这段代码用WaitForSingleObject函数来等待OVERLAPPED结构的hEvent成员，下面我们再演示一段调用GetOverlappedResult函数等待的异步读串口示例代码：

　　char lpInBuffer［1024］;

　　DWORD dwBytesRead=1024;

　　BOOL bReadStatus;

　　DWORD dwErrorFlags;

　　COMSTAT ComStat;

　　OVERLAPPED m_osRead;

　　ClearCommError（hCom，&dwErrorFlags，&ComStat）;

　　if（！ComStat.cbInQue） return 0;

　　dwBytesRead=min（dwBytesRead，（DWORD）ComStat.cbInQue）;

　　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

　　）;

　　bReadStatus=ReadFile（hCom， lpInBuffer，dwBytesRead， &dwBytesRead，&m_osRead）;

　　if（！bReadStatus） //如果ReadFile函数返回FALSE

　　{ if（GetLastError（）==ERROR_IO_PENDING）

　　{ GetOverlappedResult（hCom， &m_osRead，&dwBytesRead，TRUE）;

　　// GetOverlappedResult函数的最后一个参数设为TRUE，

　　//函数会一直等待，直到读操作完成或由于错误而返回。

　　return dwBytesRead; }

　　return 0; }

　　return dwBytesRead;

　　异步写串口的示例代码：

　　char buffer［1024］;

　　DWORD dwBytesWritten=1024;

　　DWORD dwErrorFlags;

　　COMSTAT ComStat;

　　OVERLAPPED m_osWrite;

　　BOOL bWriteStat;

　　bWriteStat=WriteFile（hCom，buffer，dwBytesWritten， &dwBytesWritten，&m_OsWrite）;

　　if（！bWriteStat）

　　{ if（GetLastError（）==ERROR_IO_PENDING）

　　{ WaitForSingleObject（m_osWrite.hEvent，1000）;

　　return dwBytesWritten; }

　　return 0; }

　　return dwBytesWritten;