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深入浅出串口编程(3)――基于WIN32 API的串口编程

简介:
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深入浅出串口编程(3

――基于WIN32 API的串口编程
作者:宋宝华 [email]21cnbao@21cn.com[/email]

1.API描述

       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 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;
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
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);
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_BREAKEV_CTSEV_DSREV_ERREV_RINGEV_RLSDEV_RXCHAREV_RXFLAGEV_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》(网址:[url]http://dev.yesky.com[/url])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_EDITIDC_RECV_EDIT编辑框控件分别添加了一个CString变量m_recvm_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.hSerialPortControl.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。





 本文转自 21cnbao 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/21cnbao/120290,如需转载请自行联系原作者

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