串口通信簡介

　　串行接口是一種可以將接受來自CPU的并行數據字符轉換為連續的串行數據流發送出去，同時可將接受的串行數據流轉換為并行的數據字符供給CPU的器件。一般完成這種功能的電路，我們稱為串行接口電路。

　　串口通信結構

　　串口通信是指外設和計算機間，通過數據信號線 、地線、控制線等，按位進行傳輸數據的一種通訊方式。這種通信方式使用的數據線少，在遠距離通信中可以節約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸低。

　　串口是計算機上一種非常通用的設備通信協議。大多數計算機（不包括筆記本電腦）包含兩個基于RS-232的串口。串口同時也是儀器儀表設備通用的通信協議；很多GPIB兼容的設備也帶有RS-232口。同時，串口通信協議也可以用于獲取遠程采集設備的數據。

　　RS-232（ANSI/EIA-232標準）是IBM-PC及其兼容機上的串行連接標準。可用于許多用途，比如連接鼠標、打印機或者Modem，同時也可以接工業儀器儀表。用于驅動和連線的改進，實際應用中RS-232的傳輸長度或者速度常常超過標準的值。RS-232只限于PC串口和設備間點對點的通信。RS-232串口通信最遠距離是50英尺。

　　串口通信程序圖框

　　通信編程的內容

　　1． 通信手段（“用嘴講話”/“眉目傳情” 等等）。例如：串口通信，TCP， UDP通信等等。

　　2． 通信協議（“普通話”，“心有靈犀一點通”等等）。例如：Modem 指令集，telnet 協議，SMTP/POP3協議，“心有靈犀”協議等等，就如“普通話”的通用性，國際制定的標準也就是通用的協議，而“心有靈犀”就是特定的協議，只能用于兩個人之間，當然，不排除多人的“心有靈犀一點通”，但不可能和大的范圍J.

　　vc串口通信編程詳解

　　在工業控制中，工控機（一般都基于Windows平臺）經常需要與智能儀表通過串口進行通信。串口通信方便易行，應用廣泛。

　　一般情況下，工控機和各智能儀表通過RS485總線進行通信。RS485的通信方式是半雙工的，只能由作為主節點的工控PC機依次輪詢網絡上的各智能控制單元子節點。每次通信都是由PC機通過串口向智能控制單元發布命令，智能控制單元在接收到正確的命令后作出應答。

　　在Win32下，可以使用兩種編程方式實現串口通信，其一是使用ActiveX控件，這種方法程序簡單，但欠靈活。其二是調用Windows的API函數，這種方法可以清楚地掌握串口通信的機制，并且自由靈活。本文我們只介紹API串口通信部分。

　　串口的操作可以有兩種操作方式：同步操作方式和重疊操作方式（又稱為異步操作方式）。同步操作時，API函數會阻塞直到操作完成以后才能返回（在多線程方式中，雖然不會阻塞主線程，但是仍然會阻塞監聽線程）；而重疊操作方式，API函數會立即返回，操作在后臺進行，避免線程的阻塞。

　　無論那種操作方式，一般都通過四個步驟來完成：

　　（1） 打開串口

　　（2） 配置串口

　　（3） 讀寫串口

　　（4） 關閉串口

　　1、打開串口

　　Win32系統把文件的概念進行了擴展。無論是文件、通信設備、命名管道、郵件槽、磁盤、還是控制臺，都是用API函數CreateFile來打開或創建的。該函數的原型為：

　　C++代碼

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

　　lpFileName：將要打開的串口邏輯名，如“COM1”；

　　dwDesiredAccess：指定串口訪問的類型，可以是讀取、寫入或二者并列；

　　dwShareMode：指定共享屬性，由于串口不能共享，該參數必須置為0；

　　lpSecurityAttributes：引用安全性屬性結構，缺省值為NULL；

　　dwCreationDistribution：創建標志，對串口操作該參數必須置為OPEN_EXISTING；

　　dwFlagsAndAttributes：屬性描述，用于指定該串口是否進行異步操作，該值為FILE_FLAG_OVERLAPPED，表示使用異步的I/O；該值為0，表示同步I/O操作；

　　hTemplateFile：對串口而言該參數必須置為NULL。

　　同步I/O方式打開串口的示例代碼：

　　C++代碼

　　HANDLE hCom; //全局變量，串口句柄

　　hCom=CreateFile（“COM1”，//COM1口

　　GENERIC_READ|GENERIC_WRITE， //允許讀和寫

　　0， //獨占方式

　　NULL，

　　OPEN_EXISTING， //打開而不是創建

　　0， //同步方式

　　NULL）;

　　if（hCom==（HANDLE）-1）

　　{

　　AfxMessageBox（“打開COM失敗！”）;

　　return FALSE;

　　}

　　return TRUE;

　　重疊I/O打開串口的示例代碼：

　　C++代碼

　　HANDLE hCom; //全局變量，串口句柄

　　hCom =CreateFile（“COM1”， //COM1口

　　GENERIC_READ|GENERIC_WRITE， //允許讀和寫

　　0， //獨占方式

　　NULL，

　　OPEN_EXISTING， //打開而不是創建

　　FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED， //重疊方式

　　NULL）;

　　if（hCom ==INVALID_HANDLE_VALUE）

　　{

　　AfxMessageBox（“打開COM失敗！”）;

　　return FALSE;

　　}

　　return TRUE;

　　2、配置串口

　　在打開通訊設備句柄后，常常需要對串口進行一些初始化配置工作。這需要通過一個DCB結構來進行。DCB結構包含了諸如波特率、數據位數、奇偶校驗和停止位數等信息。在查詢或配置串口的屬性時，都要用DCB結構來作為緩沖區。

　　一般用CreateFile打開串口后，可以調用GetCommState函數來獲取串口的初始配置。要修改串口的配置，應該先修改DCB結構，然后再調用SetCommState函數設置串口。

　　DCB結構包含了串口的各項參數設置，下面僅介紹幾個該結構常用的變量：

　　typedef struct _DCB{ ………

　　DWORD BaudRate;//波特率，指定通信設備的傳輸速率。這個成員可以是實際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; // 指定奇偶校驗使能。若此成員為1，允許奇偶校驗檢查 …

　　BYTE ByteSize; // 通信字節位數，4—8

　　BYTE Parity; //指定奇偶校驗方法。此成員可以有下列值： EVENPARITY 偶校驗 NOPARITY 無校驗 MARKPARITY 標記校驗 ODDPARITY 奇校驗

　　BYTE StopBits; //指定停止位的位數。此成員可以有下列值： ONESTOPBIT 1位停止位 TWOSTOPBITS 2位停止位

　　ON 5STOPBITS 1.5位停止位

　　GetCommState函數可以獲得COM口的設備控制塊，從而獲得相關參數：

　　BOOL GetCommState（

　　HANDLE hFile， //標識通訊端口的句柄

　　LPDCB lpDCB //指向一個設備控制塊（DCB結構）的指針 ）;

　　SetCommState函數設置COM口的設備控制塊：

　　BOOL SetCommState（ HANDLE hFile， LPDCB lpDCB ）;

　　除了在BCD中的設置外，程序一般還需要設置I/O緩沖區的大小和超時。Windows用I/O緩沖區來暫存串口輸入和輸出的數據。如果通信的速率較高，則應該設置較大的緩沖區。調用SetupComm函數可以設置串行口的輸入和輸出緩沖區的大小。

　　BOOL SetupComm（ HANDLE hFile， // 通信設備的句柄

　　DWORD dwInQueue， // 輸入緩沖區的大小（字節數）

　　DWORD dwOutQueue // 輸出緩沖區的大小（字節數） ）;

　　在用ReadFile和WriteFile讀寫串行口時，需要考慮超時問題。超時的作用是在指定的時間內沒有讀入或發送指定數量的字符，ReadFile或WriteFile的操作仍然會結束。

　　要查詢當前的超時設置應調用GetCommTimeouts函數，該函數會填充一個COMMTIMEOUTS結構。調用SetCommTimeouts可以用某一個COMMTIMEOUTS結構的內容來設置超時。

　　讀寫串口的超時有兩種：間隔超時和總超時。間隔超時是指在接收時兩個字符之間的最大時延。總超時是指讀寫操作總共花費的最大時間。寫操作只支持總超時，而讀操作兩種超時均支持。用COMMTIMEOUTS結構可以規定讀寫操作的超時。

　　COMMTIMEOUTS結構的定義為：

　　typedef struct _COMMTIMEOUTS {

　　DWORD ReadIntervalTimeout; //讀間隔超時

　　DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; //讀時間系數

　　DWORD ReadTotalTimeoutConstant; //讀時間常量

　　DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; // 寫時間系數

　　DWORD WriteTotalTimeoutConstant; //寫時間常量

　　} COMMTIMEOUTS，*LPCOMMTIMEOUTS;

　　COMMTIMEOUTS結構的成員都以毫秒為單位。

　　總超時的計算公式是：總超時＝時間系數×要求讀/寫的字符數＋時間常量

　　例如，要讀入10個字符，那么讀操作的總超時的計算公式為：

　　讀總超時＝ReadTotalTimeoutMultiplier×10＋ReadTotalTimeoutConstant

　　可以看出：間隔超時和總超時的設置是不相關的，這可以方便通信程序靈活地設置各種超時。

　　如果所有寫超時參數均為0，那么就不使用寫超時。如果ReadIntervalTimeout為0，那么就不使用讀間隔超時。如果ReadTotalTimeoutMultiplier 和 ReadTotalTimeoutConstant 都為0，則不使用讀總超時。如果讀間隔超時被設置成MAXDWORD并且讀時間系數和讀時間常量都為0，那么在讀一次輸入緩沖區的內容后讀操作就立即返回，而不管是否讀入了要求的字符。

　　在用重疊方式讀寫串口時，雖然ReadFile和WriteFile在完成操作以前就可能返回，但超時仍然是起作用的。在這種情況下，超時規定的是操作的完成時間，而不是ReadFile和WriteFile的返回時間。

　　配置串口的示例代碼：

　　SetupComm（hCom，1024，1024）; //輸入緩沖區和輸出緩沖區的大小都是1024

　　COMMTIMEOUTS TimeOuts; //設定讀超時

　　TimeOuts.ReadIntervalTimeout=1000;

　　TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=500;

　　TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=5000; //設定寫超時

　　TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=500;

　　TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000;

　　SetCommTimeouts（hCom，&TimeOuts）; //設置超時

　　DCB dcb;

　　GetCommState（hCom，&dcb）;

　　dcb.BaudRate=9600; //波特率為9600

　　dcb.ByteSize=8; //每個字節有8位

　　dcb.Parity=NOPARITY; //無奇偶校驗位

　　dcb.StopBits=TWOSTOPBITS; //兩個停止位

　　SetCommState（hCom，&dcb）;

　　PurgeComm（hCom，PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR）;

　　在讀寫串口之前，還要用PurgeComm（）函數清空緩沖區，該函數原型：

　　BOOL PurgeComm（ HANDLE hFile， //串口句柄

　　DWORD dwFlags // 需要完成的操作 ）;

　　參數dwFlags指定要完成的操作，可以是下列值的組合：

　　PURGE_TXABORT 中斷所有寫操作并立即返回，即使寫操作還沒有完成。

　　PURGE_RXABORT 中斷所有讀操作并立即返回，即使讀操作還沒有完成。

　　PURGE_TXCLEAR 清除輸出緩沖區

　　PURGE_RXCLEAR 清除輸入緩沖區

　　3、讀寫串口

　　我們使用ReadFile和WriteFile讀寫串口，下面是兩個函數的聲明：

　　BOOL ReadFile（ HANDLE hFile， //串口的句柄

　　// 讀入的數據存儲的地址，

　　// 即讀入的數據將存儲在以該指針的值為首地址的一片內存區

　　LPVOID lpBuffer，

　　// 要讀入的數據的字節數

　　DWORD nNumberOfBytesToRead，

　　// 指向一個DWORD數值，該數值返回讀操作實際讀入的字節數

　　LPDWORD lpNumberOfBytesRead，

　　// 重疊操作時，該參數指向一個OVERLAPPED結構，同步操作時，該參數為NULL。

　　LPOVERLAPPED lpOverlapped ）;

　　BOOL WriteFile（ HANDLE hFile， //串口的句柄

　　// 寫入的數據存儲的地址，

　　// 即以該指針的值為首地址的

　　LPCVOID lpBuffer，

　　//要寫入的數據的字節數

　　DWORD nNumberOfBytesToWrite，

　　// 指向指向一個DWORD數值，該數值返回實際寫入的字節數

　　LPDWORD lpNumberOfBytesWritten，

　　// 重疊操作時，該參數指向一個OVERLAPPED結構，

　　// 同步操作時，該參數為NULL。

　　LPOVERLAPPED lpOverlapped ）;

　　在用ReadFile和WriteFile讀寫串口時，既可以同步執行，也可以重疊執行。在同步執行時，函數直到操作完成后才返回。這意味著同步執行時線程會被阻塞，從而導致效率下降。在重疊執行時，即使操作還未完成，這兩個函數也會立即返回，費時的I/O操作在后臺進行。

　　ReadFile和WriteFile函數是同步還是異步由CreateFile函數決定，如果在調用CreateFile創建句柄時指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED標志，那么調用ReadFile和WriteFile對該句柄進行的操作就應該是重疊的；如果未指定重疊標志，則讀寫操作應該是同步的。ReadFile和WriteFile函數的同步或者異步應該和CreateFile函數相一致。

　　ReadFile函數只要在串口輸入緩沖區中讀入指定數量的字符，就算完成操作。而WriteFile函數不但要把指定數量的字符拷入到輸出緩沖區，而且要等這些字符從串行口送出去后才算完成操作。

　　如果操作成功，這兩個函數都返回TRUE。需要注意的是，當ReadFile和WriteFile返回FALSE時，不一定就是操作失敗，線程應該調用GetLastError函數分析返回的結果。例如，在重疊操作時如果操作還未完成函數就返回，那么函數就返回FALSE，而且GetLastError函數返回ERROR_IO_PENDING。這說明重疊操作還未完成。

　　同步方式讀寫串口比較簡單，下面先例舉同步方式讀寫串口的代碼：

　　//同步讀串口

　　char str［100］;

　　DWORD wCount;//讀取的字節數

　　BOOL bReadStat;

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

　　if（！bReadStat） { AfxMessageBox（“讀串口失敗！”）; return FALSE; } return TRUE; //同步寫串口

　　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（“寫串口失敗！”）; }

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

　　在重疊操作時，操作還未完成函數就返回。

　　重疊I/O非常靈活，它也可以實現阻塞（例如我們可以設置一定要讀取到一個數據才能進行到下一步操作）。有兩種方法可以等待操作完成：一種方法是用象WaitForSingleObject這樣的等待函數來等待OVERLAPPED結構的hEvent成員；另一種方法是調用GetOverlappedResult函數等待，后面將演示說明。

　　下面我們先簡單說一下OVERLAPPED結構和GetOverlappedResult函數：

　　OVERLAPPED結構

　　OVERLAPPED結構包含了重疊I/O的一些信息，定義如下：

　　typedef struct _OVERLAPPED { // o

　　DWORD Internal;

　　DWORD InternalHigh;

　　DWORD Offset;

　　DWORD OffsetHigh;

　　HANDLE hEvent;

　　} OVERLAPPED;

　　在使用ReadFile和WriteFile重疊操作時，線程需要創建OVERLAPPED結構以供這兩個函數使用。線程通過OVERLAPPED結構獲得當前的操作狀態，該結構最重要的成員是hEvent。hEvent是讀寫事件。當串口使用異步通訊時，函數返回時操作可能還沒有完成，程序可以通過檢查該事件得知是否讀寫完畢。

　　當調用ReadFile， WriteFile 函數的時候，該成員會自動被置為無信號狀態；當重疊操作完成后，該成員變量會自動被置為有信號狀態。

　　GetOverlappedResult函數 BOOL GetOverlappedResult（ HANDLE hFile， // 串口的句柄 // 指向重疊操作開始時指定的OVERLAPPED結構 LPOVERLAPPED lpOverlapped， // 指向一個32位變量，該變量的值返回實際讀寫操作傳輸的字節數。 LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred， // 該參數用于指定函數是否一直等到重疊操作結束。 // 如果該參數為TRUE，函數直到操作結束才返回。 // 如果該參數為FALSE，函數直接返回，這時如果操作沒有完成， // 通過調用GetLastError（）函數會返回ERROR_IO_INCOMPLETE。 BOOL bWait ）;

　　該函數返回重疊操作的結果，用來判斷異步操作是否完成，它是通過判斷OVERLAPPED結構中的hEvent是否被置位來實現的。

　　異步讀串口的示例代碼：

　　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函數返回FALSE

　　{

　　if（GetLastError（）==ERROR_IO_PENDING）

　　//GetLastError（）函數返回ERROR_IO_PENDING，表明串口正在進行讀操作

　　{

　　WaitForSingleObject（m_osRead.hEvent，2000）;

　　//使用WaitForSingleObject函數等待，直到讀操作完成或延時已達到2秒鐘

　　//當串口讀操作進行完畢后，m_osRead的hEvent事件會變為有信號

　　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;

　　對以上代碼再作簡要說明：

　　在使用ReadFile 函數進行讀操作前，應先使用ClearCommError函數清除錯誤。

　　ClearCommError函數的原型如下：

　　BOOL ClearCommError（ HANDLE hFile， // 串口句柄

　　LPDWORD lpErrors， // 指向接收錯誤碼的變量

　　LPCOMSTAT lpStat // 指向通訊狀態緩沖區 ）;

　　該函數獲得通信錯誤并報告串口的當前狀態，同時，該函數清除串口的錯誤標志以便繼續輸入、輸出操作。

　　參數lpStat指向一個COMSTAT結構，該結構返回串口狀態信息。

　　COMSTAT結構 COMSTAT結構包含串口的信息，結構定義如下：

　　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成員變量，該成員變量的值代表輸入緩沖區的字節數。

　　最后用PurgeComm函數清空串口的輸入輸出緩沖區。

　　這段代碼用WaitForSingleObject函數來等待OVERLAPPED結構的hEvent成員，下面我們再演示一段調用GetOverlappedResult函數等待的異步讀串口示例代碼：

　　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、關閉串口

　　利用API函數關閉串口非常簡單，只需使用CreateFile函數返回的句柄作為參數調用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函數返回FALSE

　　{ if（GetLastError（）==ERROR_IO_PENDING）

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

　　// GetOverlappedResult函數的最后一個參數設為TRUE，

　　//函數會一直等待，直到讀操作完成或由于錯誤而返回。

　　return dwBytesRead; }

　　return 0; }

　　return dwBytesRead;

　　異步寫串口的示例代碼：

　　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;