钓鱼发烧友爆裂和海神:深入浅出VC++串口编程之基于Win32 API

深入浅出VC++串口编程之基于Win32 API

1、API描述

在WIN32 API中，串口使用文件方式进行访问，其操作的API基本上与文件操作的API一致。

打开串口

Win32 中用于打开串口的API 函数为CreateFile，其原型为：

HANDLE CreateFile (

LPCTSTR lpFileName, //将要打开的串口逻辑名，如COM1 或COM2

DWORD dwAccess, //指定串口访问的类型，可以是读取、写入或两者并列

DWORD dwShareMode, //指定共享属性，由于串口不能共享,该参数必须置为0

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa, //引用安全性属性结构，缺省值为NULL

DWORD dwCreate, //创建标志，对串口操作该参数必须置为OPEN EXISTING

DWORD dwAttrsAndFlags, //属性描述，用于指定该串口是否可进行异步操作，

//FILE_FLAG_OVERLAPPED：可使用异步的I/O

HANDLE hTemplateFile //指向模板文件的句柄，对串口而言该参数必须置为NULL

);

例如，以下程序用于以同步读写方式打开串口COM1：

HANDLE hCom;

DWORD dwError;

hCon = CreateFile("COM1", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);

if (hCom == (HANDLE)0xFFFFFFFF)

{

dwError = GetLastError();

MessageBox(dwError);

}

对于dwAttrsAndFlags参数及FILE_FLAG_OVERLAPPED标志的由来，可解释如下：Windows文件操作分为同步I/O和 重叠I/O(Overlapped I/ O)两种方式，在同步I/O方式中，API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）；而在重叠I /O方式中，API会立即返回，操作在后台进行，避免线程的阻塞。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)。如果进行I/O操作的API 在没有完成操作的情况下返回，我们可以通过调用GetOverLappedResult()函数阻塞到I/O操作完成后返回。

配置串口

配置串口是通过改变设备控制块DCB(Device Control Block)的成员变量值来实现的，接收缓冲区和发送缓冲区的大小可通过SetupComm函数来设置。

DCB结构体定义为：

typedef struct _DCB { // dcb

DWORD DCBlength; // sizeof(DCB)

DWORD BaudRate; // current baud rate

DWORD fBinary: 1; // binary mode, no EOF check

DWORD fParity: 1; // enable parity checking

DWORD fOutxCtsFlow:1; // CTS output flow control

DWORD fOutxDsrFlow:1; // DSR output flow control

DWORD fDtrControl:2; // DTR flow control type

DWORD fDsrSensitivity:1; // DSR sensitivity

DWORD fTXContinueOnXoff:1; // XOFF continues Tx

DWORD fOutX: 1; // XON/XOFF out flow control

DWORD fInX: 1; // XON/XOFF in flow control

DWORD fErrorChar: 1; // enable error replacement

DWORD fNull: 1; // enable null stripping

DWORD fRtsControl:2; // RTS flow control

DWORD fAbortOnError:1; // abort reads/writes on error

DWORD fDummy2:17; // reserved

WORD wReserved; // not currently used

WORD XonLim; // transmit XON threshold

WORD XoffLim; // transmit XOFF threshold

BYTE ByteSize; // number of bits/byte, 4-8

BYTE Parity; // 0-4=no,odd,even,mark,space

BYTE StopBits; // 0,1,2 = 1, 1.5, 2

char XonChar; // Tx and Rx XON character

char XoffChar; // Tx and Rx XOFF character

char ErrorChar; // error replacement character

char EofChar; // end of input character

char EvtChar; // received event character

WORD wReserved1; // reserved; do not use

} DCB;

而SetupComm函数的原型则为：

BOOL SetupComm(

HANDLE hFile, // handle to communications device

DWORD dwInQueue, // size of input buffer

DWORD dwOutQueue // size of output buffer

);

以下程序将串口设置为：波特率为9600，数据位数为7位，停止位为2位，偶校验，接收缓冲区和发送缓冲区大小均为1024个字节，最后用PurgeComm函数终止所有的后台读写操作并清空接收缓冲区和发送缓冲区：

DCB dcb;

dcb.BaudRate = 9600; //波特率为9600

dcb.ByteSize = 7; //数据位数为7位

dcb.Parity = EVENPARITY; //偶校验

dcb.StopBits = 2; //两个停止位

dcb.fBinary = TRUE;

dcb.fParity = TRUE;

if (!SetCommState(hCom, &dcb))

{

MessageBox("串口设置出错!");

}

SetupComm(hCom, 1024, 1024);

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

超时设置

超时设置是通过改变COMMTIMEOUTS结构体的成员变量值来实现的，COMMTIMEOUTS的原型为：

typedef struct _COMMTIMEOUTS

{

DWORD ReadIntervalTimeout; //定义两个字符到达的最大时间间隔，单位：毫秒

//当读取完一个字符后，超过了ReadIntervalTimeout，仍未读取到下一个字符，就会

//发生超时

DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier;

DWORD ReadTotalTimeoutConstant;

//其中各时间所满足的关系如下：

//ReadTotalTimeout = ReadTotalTimeOutMultiplier* BytesToRead + ReadTotalTimeoutConstant

DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier;

DWORD WriteTotalTimeoutConstant;

} COMMTIMEOUTS, *LPCOMMTIMEOUTS;

设置超时的函数为SetCommTimeouts，其原型中接收COMMTIMEOUTS的指针为参数：

BOOL SetCommTimeouts(

HANDLE hFile, // handle to communications device

LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts // pointer to comm time-out structure

);

以下程序将串口读操作的超时设定为10毫秒：

COMMTIMEOUTS to;

memset(&to, 0, sizeof(to));

to.ReadIntervalTimeout = 10;

SetCommTimeouts(hCom, &to);

与SetCommTimeouts对应的GetCommTimeouts()函数的原型为：

BOOL GetCommTimeouts(

HANDLE hFile, // handle of communications device

LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts // pointer to comm time-out structure

);

事件设置

在读写串口之前，需要用SetCommMask ()函数设置事件掩模来监视指定通信端口上的事件，其原型为：

BOOL SetCommMask(

HANDLE hFile, //标识通信端口的句柄

DWORD dwEvtMask //能够使能的通信事件

);

有了Set当然还会有Get，与SetCommMask对应的GetCommMask()函数的原型为：

BOOL GetCommMask(

HANDLE hFile, //标识通信端口的句柄

LPDWORD lpEvtMask // address of variable to get event mask

);

串口上可以发生的事件可以是如下事件列表中的一个或任意组合：EV_BREAK、EV_CTS、EV_DSR、EV_ERR、EV_RING、EV_RLSD、EV_RXCHAR、EV_RXFLAG、EV_TXEMPTY。

我们可以用WaitCommEvent()函数来等待串口上我们利用SetCommMask ()函数设置的事件：

BOOL WaitCommEvent(

HANDLE hFile, //标识通信端口的句柄

LPDWORD lpEvtMask, // address of variable for event that occurred

LPOVERLAPPED lpOverlapped, // address of overlapped structure

);

WaitCommEvent()函数一直阻塞，直到串口上发生我们用所SetCommMask ()函数设置的通信事件为止。一般而言，当WaitCommEvent()返回时，程序员可以由分析*lpEvtMask而获得发生事件的类别，再进行相应的处理。

读串口

对串口进行读取所用的函数和对文件进行读取所用的函数相同，读函数原型如下：

BOOL ReadFile(

HANDLE hFile, // handle of file to read

LPVOID lpBuffer, // pointer to buffer that receives data

DWORD nNumberOfBytesToRead, // number of bytes to read

LPDWORD lpNumberOfBytesRead, // pointer to number of bytes read

LPOVERLAPPED lpOverlapped // pointer to structure for overlapped I/O

);

写串口

对串口进行写入所用的函数和对文件进行写入所用的函数相同，写函数原型如下：

BOOL WriteFile(

HANDLE hFile, // handle to file to write to

LPCVOID lpBuffer, // pointer to data to write to file

DWORD nNumberOfBytesToWrite, // number of bytes to write

LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, // pointer to number of bytes written

LPOVERLAPPED lpOverlapped // pointer to structure for overlapped I/O

);

关闭串口

利用API函数实现串口通信时关闭串口非常简单，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);

2.例程

在笔者的《深入浅出Win32多线程程序设计之综合实例》中我们已经给出一个利用WIN API进行串口通信的例子，这里再给出一个类似的例子，以进一步加深理解。

对话框上控件对应的资源文件(.RC)中的内容如下：

BEGIN

EDITTEXT IDC_RECV_EDIT,28,119,256,46,ES_AUTOHSCROLL

GROUPBOX "发送数据",IDC_STATIC,19,15,282,70

GROUPBOX "接收数据",IDC_STATIC,19,100,282,80

EDITTEXT IDC_SEND_EDIT,29,33,214,39,ES_AUTOHSCROLL

PUSHBUTTON "清除",IDC_CLEAR_BUTTON,248,33,50,14

PUSHBUTTON "发送",IDC_SEND_BUTTON,248,55,50,14

END

而整个对话框的消息映射（描述了消息及其对应的行为）如下：

BEGIN_MESSAGE_MAP(CSerialPortAPIDlg, CDialog)

//{{AFX_MSG_MAP(CSerialPortAPIDlg)

ON_WM_SYSCOMMAND()

ON_WM_PAINT()

ON_WM_QUERYDRAGICON()

ON_BN_CLICKED(IDC_CLEAR_BUTTON, OnClearButton)

ON_BN_CLICKED(IDC_SEND_BUTTON, OnSendButton)

ON_MESSAGE(COM_RECVDATA, OnRecvData)

//}}AFX_MSG_MAP

END_MESSAGE_MAP()

我们为IDC_SEND_EDIT和IDC_RECV_EDIT编辑框控件分别添加了一个CString变量m_recv和m_send，下面的代码描述了这一行为：

class CSerialPortAPIDlg : public Cdialog

{

// Construction

public:

CSerialPortAPIDlg(CWnd* pParent = NULL); // standard constructor

// Dialog Data

//{{AFX_DATA(CSerialPortAPIDlg)

enum { IDD = IDD_SERIALPORTAPI_DIALOG };

CString m_recv; //IDC_RECV_EDIT控件对应的变量

CString m_send; //IDC_SEND_EDIT控件对应的变量

//}}AFX_DATA

// ClassWizard generated virtual function overrides

//{{AFX_VIRTUAL(CSerialPortAPIDlg)

protected:

virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV support

//}}AFX_VIRTUAL

// Implementation

protected:

BOOL OpenSerialPort1();

HICON m_hIcon;

// Generated message map functions

//{{AFX_MSG(CSerialPortAPIDlg)

virtual BOOL OnInitDialog();

afx_msg void OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam);

afx_msg void OnPaint();

afx_msg HCURSOR OnQueryDragIcon();

afx_msg void OnClearButton();

afx_msg void OnSendButton();

afx_msg void OnRecvData(WPARAM wParam, LPARAM lParam);

//}}AFX_MSG

DECLARE_MESSAGE_MAP()
};

CSerialPortAPIDlg::CSerialPortAPIDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)

: CDialog(CSerialPortAPIDlg::IDD, pParent)

{

//{{AFX_DATA_INIT(CSerialPortAPIDlg)

//在构造函数中初始化变量

m_recv = _T(""); //在构造函数中初始化变量

m_send = _T("");

//}}AFX_DATA_INIT

// Note that LoadIcon does not require a subsequent DestroyIcon in Win32

m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME);

}

//建立编辑框控件和变量之间的映射

void CSerialPortAPIDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)

{

CDialog::DoDataExchange(pDX);

//{{AFX_DATA_MAP(CSerialPortAPIDlg)

DDX_Text(pDX, IDC_RECV_EDIT, m_recv);

DDX_Text(pDX, IDC_SEND_EDIT, m_send);

//}}AFX_DATA_MAP

}

在对话框的OnInitDialog()函数中，我们启动窗口监听线程并将主窗口句柄传递给线程控制函数：

BOOL CSerialPortAPIDlg::OnInitDialog()

{

CDialog::OnInitDialog();

// Add "About..." menu item to system menu.

// IDM_ABOUTBOX must be in the system command range.

ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX);

ASSERT(IDM_ABOUTBOX < 0xF000);

CMenu* pSysMenu = GetSystemMenu(FALSE);

if (pSysMenu != NULL)

{

CString strAboutMenu;

strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX);

if (!strAboutMenu.IsEmpty())

{

pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARATOR);

pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING,IDM_ABOUTBOX,strAboutMenu);

}

}

// Set the icon for this dialog. The framework does this automatically

// when the application's main window is not a dialog

SetIcon(m_hIcon, TRUE); // Set big icon

SetIcon(m_hIcon, FALSE); // Set small icon

// TODO: Add extra initialization here

//启动串口监视线程

DWORD threadID;

hCommThread = ::CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL, 0,

(LPTHREAD_START_ROUTINE)SerialPort1ThreadProcess,

AfxGetMainWnd()->m_hWnd, 0, &threadID);

if (hCommThread == NULL)

{

::AfxMessageBox("创建串口1处理线程失败");

::PostQuitMessage(0);

}

return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control

}

//"清除"按钮函数

void CSerialPortAPIDlg::OnClearButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

m_send = "";

UpdateData(false);

}

//发送数据函数（"发送"按钮函数）

void CSerialPortAPIDlg::OnSendButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

UpdateData(true);

DWORD wCount = 0;

WriteFile(hCom, m_send, m_send.GetLength(), &wCount, NULL);//发送数据

}

//接收数据后（通过监听线程发来的用户自定义消息）显示

void CSerialPortAPIDlg::OnRecvData(WPARAM wParam, LPARAM lParam)

{

CString recvStr((char *)wParam);

m_recv += recvStr;

UpdateData(false);

}

在工程中添加SerialPortControl.h和SerialPortControl.cpp两个文件，前者声明串口控制的接口函数及外部全局变量，后者实现串口接口函数及串口监听线程控制函数。

SerialPortControl.h文件

#ifndef _SERIAL_PORT_CONTROL_H

#define _SERIAL_PORT_CONTROL_H

#define COM_RECVDATA WM_USER+1000//自定义消息

extern HANDLE hCom; //全局变量，串口句柄

extern HANDLE hCommThread; //全局变量，串口线程

//串口监视线程控制函数

extern DWORD WINAPI SerialPort1ThreadProcess(HWND hWnd);

//打开并设置PC串口1(COM1)

extern BOOL OpenSerialPort1();

#endif

SerialPortControl.cpp文件

#include "StdAfx.h"

#include "SerialPortControl.h"

HANDLE hCom; //全局变量，串口句柄

HANDLE hCommThread; //全局变量，串口线程

BOOL OpenSerialPort1()

{

//打开并设置COM1

hCom=CreateFile("COM1", GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0,NULL , OPEN_EXISTING, 0, NULL);

if (hCom==(HANDLE)-1)

{

AfxMessageBox("打开COM1失败");

return false;

}

Else

{

DCB wdcb;

GetCommState (hCom, &wdcb);

wdcb.BaudRate=9600;//波特率：9600，其他：不变

SetCommState (hCom, &wdcb);

PurgeComm(hCom, PURGE_TXCLEAR);

}

return true;

}

//以一个线程不同监控串口行接收的数据

DWORD WINAPI SerialPort1ThreadProcess( HWND hWnd//主窗口句柄)

{

char str[101];

DWORD wCount; //读取的字节数

while(1)

{

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

if(wCount > 0) //收到数据

{

str[wCount] = '\0';

::PostMessage(hWnd, COM_RECVDATA, (unsigned int) str, wCount);

//发送消息给对话框主窗口，以进行接收内容的显示

}

}

return TRUE;

}

为了验证程序的正确性，我们使用串口调试助手与本程序协同工作，互相进行收发。下面的抓图显示本程序工作正确，发送和接收字符准确无误。