win32串口通信编程.docx
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1、Win32串口编程(转:韩耀旭)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
2、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:HANDLE C
3、reateFile( 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
4、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 G
5、ENERIC_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: 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
6、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
7、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 /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: DWORD BaudRate; 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_2560
8、00, 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,48 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 BYTE StopBits; /指定停止位的位数。此成员可以有下列值:ON STOPBIT 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
9、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
10、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
11、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 W
12、riteTotalTimeoutConstant; /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ReadTotalTimeoutMultiplier10ReadTotalTimeoutConstant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
13、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
14、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; GetComm
15、State(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
16、 ); 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, DW
17、ORD nNumberOfBytesToRead, / 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 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nNumberOfBytesToWrite / 个字节的数据将要写入串口的发送数据缓冲区。 LPCVOID lpBuffer,
18、 DWORD nNumberOfBytesToWrite, /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 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/
19、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
20、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 str100; DWORD wCount;/读取的字节数 BOOL bReadStat; bReadStat=ReadFile(hCom,str,100,&wCoun
21、t,NULL); if(!bReadStat) AfxMessageBox(读串口失败!); return FALSE; return TRUE; /同步写串口 char lpOutBuffer100; DWORD dwBytesWrite=100; COMSTAT ComStat; DWORD dwErrorFlags; BOOL bWriteStat; ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat); bWriteStat=WriteFile(hCom,lpOutBuffer,dwBytesWrite,& dwBytesWrite,NULL); if
22、(!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
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