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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。

深入浅出VC++串口编程之基于Win32 API

  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。

深入浅出VC++串口编程之基于Win32 API

  单击此处下载本工程源代码。

2006-02-20 00:00
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I'm VC , Just U know Y
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