vc++串口编程指导.docx
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vc++串口编程指导
深入浅出VC++串口编程之基本概念
引言
在PC机的主板上，有一种类型的接口可能为我们所忽视，那就是RS-232C串行接口，在微软的Windows系统中称其为COM。
我们可以通过设备管理器来查看COM的硬件参数设置，如图1。
图1在Windows上查看PC串口设置
迄今为止，几乎每一台PC都包含COM。
本质而言，COM是PC为和外界通信所提供的一种串行数据传输的接口。
作为一种物理通信的途径和设备，它和目前风靡的另一种串行接口――USB所提供的功能是一致的。
不过RS-232C显然已经开始被后起之秀USB赶超，因为USB的传输速率已经远远超过了RS-232C。
尽管如此，RS-232C仍然具有非常广泛的应用，在相对长的一段时间里，难以被USB等接口取代。
RS-232C接口（又称EIARS-232C），1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定，全名是"数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准"。
本文将对这一接口进行硬件原理的介绍，随后我们将逐章学习DOS平台的串口编程，及Windows平台下基于API、控件和第三方类的串口编程，最后本文将给出一个综合实例。
在本文的连载过程中，您可以通过如下方式联系作者（热忱欢迎读者朋友对本文的内容提出质疑或给出修改意见）：
作者email：
21cnbao@（可以来信提问，笔者将力求予以回信解答，并摘取其中的典型问题，在本系列文章最后一次连载的《读者反馈》中予以阐述）；
硬件原理
众所周知，CPU与存储芯片和I/O芯片的通信是并行的（并行传输的最大位数依赖于CPU的字长、数据总线的宽度），一种叫做UART（通用异步收发器，UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）的芯片提供了并行数据传输和RS-232C串行数据传输方式的转换。
这样的设备通常有如图2所示的管脚分布，当其向外传输数据时，CPU并行的将数据写入这类芯片的寄存器，UART再将寄存器中的数据一位一位地移动并向外传输；当外界向其传输数据时，UART一位一位地接收数据，并将其移位组合为并行数据，CPU再并行地读取这些数据。
实际上，由于UART芯片一般以TTL/CMOS电平工作，在UART连接接口之前，还要经过一个TTL/CMOS和RS-232C电平的转换。
RS-232C规定了其标准的电气特性，逻辑1对应的电压必须在-5～-15V之间；逻辑0对应的的电压必须在+5～+15V之间。
图2UART并/串转换
一个常见的TTL/CMOS和RS-232C电平转换芯片如图3。
图3常见的TTL/CMOS和RS-232C电平转换芯片
RS-232C通常以两类接插件与外界相连，分别称为DB9和DB25，如图4所示。
图4DB9和DB25
而接插件中各个针的定义则如表1：
表1DB9和DB25引脚定义
DB9
DB25
针号
功能说明
缩写
针号
功能说明
缩写
1
数据载波检测
DCD
8
数据载波检测
DCD
2
接收数据
RXD
3
接收数据
RXD
3
发送数据
TXD
2
发送数据
TXD
4
数据终端准备
DTR
20
数据终端准备
DTR
5
信号地
GND
7
信号地
GND
6
数据设备准备好
DSR
6
数据准备好
DSR
7
请求发送
RTS
4
请求发送
RTS
8
清除发送
CTS
5
清除发送
CTS
9
振铃指示
DELL
22
振铃指示
DELL
RS-232C定义为数据通信设备（DCE）和数据终端设备（DTE）之间的互连，实现上，到现在为止，究竟一个设备属于DCE还是属于DTE已经没有明显的界限，PC即可作为DCE，又可作为DTE。
两串口互连，连接方法主要有二：
一种方法是，数据的发送和接收由软件控制，不进行硬件握手，其连接方法如图5（最常用DB9连接示意）和表2（DB9、DB25三线连接表），真正需要互相连接的是RXD、TXD和GND；
图5无硬件握手时两串口连接
表2DB9、DB25三线连接
9针－9针
5针－25针
29针－25针
2
3
3
2
2
2
3
2
2
3
3
3
5
5
7
7
5
7
软件握手又称为XON/XOFF，通常以CTRL-S（0x13）和CTRL-Q（0x11）两个字符来实现流控制。
前者用于请求对方暂停发送，后者用于清除暂停传送的请求，继续发送数据。
另一种方法是，数据的发送和接收由硬件控制，进行硬件握手，其连接方法如图6（最常用DB9连接示意），需要连接的信号除RXD、TXD和GND外，还包括DTR、DSR、RTS和CTS。
硬件握手依赖于RTS和CTS信号，当发送设备欲发送数据时，将RTS信号置为有效表示请求发送，接收设备准备好后，置CTS信号有效，接着发送设备通过信号线TXD开始发送串行数据。
这里我们联想开来，RTS/CTS模式在许多领域里都出现过。
回忆一下IEEE802.11无线局域网协议标准，在其MAC协议中就使用了RTS/CTS，RTS/CTS抽象开来就是一种请求/应答。
笔者曾经在拙作中多次以实例论证计算机领域里许多知识的相通性，这又是一个明证。
图6有硬件握手时两串口连接
实际上，目前我们经常使用的是方法一，即只连接RXD、TXD和GND，简单灵活。
另外，串口之间互连还有诸多途径，如图7所示。
图7其它互连方式
Win32串口编程
作者：
韩耀旭
下载源代码
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：
HANDLECreateFile（LPCTSTRlpFileName,
DWORDdwDesiredAccess,
DWORDdwShareMode,
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSecurityAttributes,
DWORDdwCreationDistribution,
DWORDdwFlagsAndAttributes,
HANDLEhTemplateFile）;
∙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：
HANDLEhCom;//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!
"）;
returnFALSE;
}
returnTRUE;
重叠I/O打开串口的示例代码：
HANDLEhCom;//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!
"）;
returnFALSE;
}
returnTRUE;
（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：
typedefstruct_DCB{
………
//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：
DWORDBaudRate;
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
DWORDfParity;//指定奇偶校验使能。
若此成员为1，允许奇偶校验检查
…
BYTEByteSize;//通信字节位数，4—8
BYTEParity;//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
BYTEStopBits;//指定停止位的位数。
此成员可以有下列值：
ONESTOPBIT1位停止位TWOSTOPBITS2位停止位
ONE5STOPBITS1.5位停止位
………
}DCB;
winbase.h文件中定义了以上用到的常量。
如下：
#defineNOPARITY0
#defineODDPARITY1
#defineEVENPARITY2
#defineONESTOPBIT0
#defineONE5STOPBITS1
#defineTWOSTOPBITS2
#defineCBR_110110
#defineCBR_300300
#defineCBR_600600
#defineCBR_12001200
#defineCBR_24002400
#defineCBR_48004800
#defineCBR_96009600
#defineCBR_1440014400
#defineCBR_1920019200
#defineCBR_3840038400
#defineCBR_5600056000
#defineCBR_5760057600
#defineCBR_115200115200
#defineCBR_128000128000
#defineCBR_256000256000
GetCommState函数可以获得COM口的设备控制块，从而获得相关参数：
BOOLGetCommState（
HANDLEhFile,//标识通讯端口的句柄
LPDCBlpDCB//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：
BOOLSetCommState（
HANDLEhFile,
LPDCBlpDCB
）;
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。
BOOLSetupComm（
HANDLEhFile,//通信设备的句柄
DWORDdwInQueue,//输入缓冲区的大小（字节数）
DWORDdwOutQueue//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：
typedefstruct_COMMTIMEOUTS{
DWORDReadIntervalTimeout;//读间隔超时
DWORDReadTotalTimeoutMultiplier;//读时间系数
DWORDReadTotalTimeoutConstant;//读时间常量
DWORDWriteTotalTimeoutMultiplier;//写时间系数
DWORDWriteTotalTimeoutConstant;//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
COMMTIMEOUTSTimeOuts;
//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
DCBdcb;
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：
BOOLPurgeComm（
HANDLEhFile,//串口句柄
DWORDdwFlags//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：
BOOLReadFile（
HANDLEhFile,//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
LPVOIDlpBuffer,
DWORDnNumberOfBytesToRead,//要读入的数据的字节数
//指向一个DWORD数值，该数值返回读操作实际读入的字节数
LPDWORDlpNumberOfBytesRead,
//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。
LPOVERLAPPEDlpOverlapped
）;
BOOLWriteFile（
HANDLEhFile,//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nNumberOfBytesToWrite
//个字节的数据将要写入串口的发送数据缓冲区。
LPCVOIDlpBuffer,
DWORDnNumberOfBytesToWrite,//要写入的数据的字节数
//指向指向一个DWORD数值，该数值返回实际写入的字节数
LPDWORDlpNumberOfBytesWritten,
//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。
LPOVERLAPPEDlpOverlapped
）;
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
charstr[100];
DWORDwCount;//读取的字节数
BOOLbReadStat;
bReadStat=ReadFile（hCom,str,100,&wCount,NULL）;
if（!
bReadStat）
{
AfxMessageBox（"读串口失败!
"）;
returnFALSE;
}
returnTRUE;
//同步写串口
charlpOutBuffer[100];
DWORDdwBytesWrite=100;
COMSTATComStat;
DWORDdwErrorFlags;
BOOLbWriteStat;
ClearCommError（hCom,&dwErrorFlags,&ComStat）;
bWriteStat=WriteFile（hCom,lpOutBuffer,dwBytesWrite,&dwBytesWrite,NULL）;
if（!
bW
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