在windows系统,串行口和其它通信设备都是作为文件进行处理的。串行口的打开、关闭、发送和接收所用的函数都与操作文件的函数相同。总体来说,利用Visual C++进行异步串行通信程序设计通常可以分为4个大阶段,它们是串行口打开阶段、串行口状态值读取和属性设置阶段、串行数据的发送与接收阶段,以及串行口关闭阶段。
1) 打开串行口
在对串行口进行所有的操作之前,首先要将其打开。串行口的打开可以使用CreateFile函数,CreateFile函数将返回一个句柄,在随后与该串行口相关的各种操作中使用。与文件操作相同,在利用CreateFile打开串行口时,也可以将串行口指定为“读访问权限”、“写访问权限”或“读写访问权限”。
HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName DWORD dwDesiredAccess DWORD dwSharedMode LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes DWORD dwCreationDisposition DWORD dwFlagsAndAttributes HANDLE hTemplateFile );
在调用成功时,CreateFile返回打开文件的句柄,该句柄将在以后与该串口相关的各个调用函数中使用。如果调用失败,则CreateFile返回INVALID_HANDLE_VALUE。
(2) 串行口的状态读取和属性设置
一旦将串口打开,就可以对该串口的属性进行设置。由于串口的属性非常复杂,因此通常采用读取该串口当前状态值,然后在此基础上进行修改的方法。
n 获取串行口当前状态
windows系统使用GetCommState函数获取串行口的当前配置,GetCommState的声明如下:
BOOL GetCommState( HANDLE hFile LPDCB lpDCB );
GetCommState函数的第一个参数hFile是由CreateFile函数返回指向已打开串行口的句柄。第二个参数指向设备控制块DCB。DCB是一个非常重要的数据结构,几乎所有的串行口属性和状态都存储在该结构的成员变量中。
n 对串口进行设置
windows系统利用SetCommState函数修改串行口的当前参数配置。SetCommState函数声明如下:
BOOL SetCommState( HANDLE hFile LPDCB lpDCB );
GetCommState函数的第一个参数hFile是由CreateFile函数返回指向已打开串行口的句柄。第二个参数指向设备控制块DCB。如果函数调用成功,则返回值为非0;若函数调用失败,则返回值为0。当应用程序仅仅需要修改一部分串行口的配置值时,可以通过GetCommState函数获得当前的DCB结构,然后更改参数,再调用SetCommState函数设置修改过的DCB来配置串行口。
n 为串口分配接收和发送缓冲区
当一个串行口打开时,可以为该串口分配一个发送缓冲区和一个接收缓冲区。串行口发送缓冲区和接收缓冲区的配置可以由函数SetupComm实现。如果不调用SetupComm,系统会为该串口分配默认的发送缓冲区和接收缓冲区。但是为了保证缓冲区的大小与实际需要的一致,最好调用该函数进行设置。SetupComm函数原型如下:
BOOL SetupComm( HANDLE hFile DWORD dwInQueue DWORD dwOutQueue );
其中hFile是由CreateFile函数返回指向已打开串行口的句柄。参数dwInQueue和dwOutQueue分别指定应用程序推荐使用的接收缓冲区和发送缓冲区的大小。
n 清空接收和发送缓冲区
在进行串口所有的发送和接收数据操作之前,最好使用PurgeComm函数将串行口发送缓冲区和接收缓冲区中的数据清楚干净。PurgeComm函数原型如下:
BOOL PurgeComm( HANDLE hFile DWORD dwFlages );
参数hFile是由CreateFile函数返回指向已打开串行口的句柄,参数dwFlags指明执行的动作。如果dwFlags为PURGE_TXCLEAR,则通知系统清空发送缓冲区;如果dwFlags为PURGE_RXCLEAR,则通知系统清空接收缓冲区;如果需要将发送缓冲区和接收缓冲区全部清空,可以把dwFlags设置为PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR。如果PurgeComm函数调用成功,则返回值为非0;若函数调用失败,则返回值为0。
(3) 串行数据的发送和接收
与普通的文件操作相同,在对串行口进行操作时,通常利用ReadFile函数读取串行口收到的数据,利用WriteFile将需要发送的数据写如串行口。
n 串行数据的接收
利用ReadFile函数可以读取将串行口接收到的数据。ReadFile函数原型如下:
BOOL ReadFile( HANDLE hFile LPVIOD lpBuffer DWORD nNumberOfBytesToRead LPDWORD lpNumberOfBytesRead LPOVERLAPPED lpOverlapped );
其中参数hFile指向已经打开的串行口句柄;lpBuffer指向一个读取数据缓冲区;nNumberOfBytesToRead指定要从串行设备中读取的字节数;lpNumberOfBytesRead指明实际从串行口中读出的字节数;lpOverlapped指向一个OVERLAPPED结构变量,该结构变量中包含一个同步事件。
通常如果调用成功,ReadFile返回非0值;否则返回值为0。但是对于接收操作在后台进行的串口来说,返回值为0不一定说明函数调用失败。此时可以调用GetLastError函数获取进一步的信息。如果GetLastError返回值为ERROR_IO_PENDING,则说明该读取串口的操作仍然处于后台等待状态,而非一个真正意义上的错误。
n 串行数据的发送
利用WriteFile函数可以向串行口写入数据。WriteFile函数原型如下:
BOOL WriteFile( HANDLE hFile LPVIOD lpBuffer DWORD nNumberOfBytesToWrite LPDWORD lpNumberOfBytesWritten LPOVERLAPPED lpOverlapped );
其中参数hFile指向已经打开的串行口句柄;lpBuffer指向一个发送数据缓冲区;nNumberOfBytesToRead指定要从串行设备中发送的字节数;lpNumberOfBytesRead指明实际从串行口中发送的字节数;lpOverlapped指向一个OVERLAPPED结构变量,该结构变量中包含一个同步事件。
通常如果调用成功,WriteFile返回非0值;否则返回值为0。但是对于发送操作在后台进行的串口来说,返回值为0不一定说明函数调用失败。此时可以调用GetLastError函数获取进一步的信息。如果GetLastError返回值为ERROR_IO_PENDING,则说明该写入串口的操作仍然处于后台等待状态,而非一个真正意义上的错误。
(4) 关闭串行口
在用完串行口后通常要将其关闭。如果忘记关闭,该串口会始终处于打开状态,其它的应用程序就不能打开或使用它。
关闭串口可以使用函数CloseHandle,其函数原型如下:
BOOL CloseHandle( HANDLE hObject );
CloseHandle函数非常简单,其中hObject为该打开串口的句柄。如果该函数调用成功,则返回值为非0;否则返回值为0。
下面我将自己用C++编写的串口通信的例子贴出来,其特点如下:
1. 本例子使用了比较规范的软件设计方法,类的设计具有比较好的可扩展性和移植性、代码的注释采用doxgen支持的javaDoc风格。
2. 为了能方便初学者更快地了解和入门,几乎每一行代码都加上了详细的注释,对于注释中如果依然有不清楚的概念,相信你通过百度和google一定能找到答案。
3. 本例子设计的串口操作类可以直接移植到其他的工程中去,大家也可以根据自己的需要添加其他的接口。
4. 本例子只实现了串口数据的基本收发功能,其实为了保证串口数据传输的正确性,往往需要设计一些串口通信协议,协议的设计有待你自己完成,如果以后有时间,我也会尝试提供一种比较基本的串口通信协议设计案例给大家学习。
////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /// /// @file SerialPort.h /// @brief 串口通信类头文件 /// /// 本文件完成串口通信类的声明 /// /// /// 修订说明: ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #ifndef SERIALPORT_H_ #define SERIALPORT_H_ #include <Windows.h> /** 串口通信类 * * 本类实现了对串口的基本操作 * 例如监听发到指定串口的数据、发送指定数据到串口 */ class CSerialPort { public: CSerialPort(void); ~CSerialPort(void); public: /** 初始化串口函数 * * @param: UINT portNo 串口编号,默认值为1,即COM1,注意,尽量不要大于9 * @param: UINT baud 波特率,默认为9600 * @param: char parity 是否进行奇偶校验,'Y'表示需要奇偶校验,'N'表示不需要奇偶校验 * @param: UINT databits 数据位的个数,默认值为8个数据位 * @param: UINT stopsbits 停止位使用格式,默认值为1 * @param: DWORD dwCommEvents 默认为EV_RXCHAR,即只要收发任意一个字符,则产生一个事件 * @return: bool 初始化是否成功 * @note: 在使用其他本类提供的函数前,请先调用本函数进行串口的初始化 * \n本函数提供了一些常用的串口参数设置,若需要自行设置详细的DCB参数,可使用重载函数 * \n本串口类析构时会自动关闭串口,无需额外执行关闭串口 * @see: */ bool InitPort( UINT portNo = 1,UINT baud = CBR_9600,char parity = 'N',UINT databits = 8, UINT stopsbits = 1,DWORD dwCommEvents = EV_RXCHAR); /** 串口初始化函数 * * 本函数提供直接根据DCB参数设置串口参数 * @param: UINT portNo * @param: const LPDCB & plDCB * @return: bool 初始化是否成功 * @note: 本函数提供用户自定义地串口初始化参数 * @see: */ bool InitPort( UINT portNo ,const LPDCB& plDCB ); /** 开启监听线程 * * 本监听线程完成对串口数据的监听,并将接收到的数据打印到屏幕输出 * @return: bool 操作是否成功 * @note: 当线程已经处于开启状态时,返回flase * @see: */ bool OpenListenThread(); /** 关闭监听线程 * * * @return: bool 操作是否成功 * @note: 调用本函数后,监听串口的线程将会被关闭 * @see: */ bool CloseListenTread(); /** 向串口写数据 * * 将缓冲区中的数据写入到串口 * @param: unsigned char * pData 指向需要写入串口的数据缓冲区 * @param: unsigned int length 需要写入的数据长度 * @return: bool 操作是否成功 * @note: length不要大于pData所指向缓冲区的大小 * @see: */ bool WriteData(unsigned char* pData, unsigned int length); /** 获取串口缓冲区中的字节数 * * * @return: UINT 操作是否成功 * @note: 当串口缓冲区中无数据时,返回0 * @see: */ UINT GetBytesInCOM(); /** 读取串口接收缓冲区中一个字节的数据 * * * @param: char & cRecved 存放读取数据的字符变量 * @return: bool 读取是否成功 * @note: * @see: */ bool ReadChar(char &cRecved); private: /** 打开串口 * * * @param: UINT portNo 串口设备号 * @return: bool 打开是否成功 * @note: * @see: */ bool openPort( UINT portNo ); /** 关闭串口 * * * @return: void 操作是否成功 * @note: * @see: */ void ClosePort(); /** 串口监听线程 * * 监听来自串口的数据和信息 * @param: void * pParam 线程参数 * @return: UINT WINAPI 线程返回值 * @note: * @see: */ static UINT WINAPI ListenThread(void* pParam); private: /** 串口句柄 */ HANDLE m_hComm; /** 线程退出标志变量 */ static bool s_bExit; /** 线程句柄 */ volatile HANDLE m_hListenThread; /** 同步互斥,临界区保护 */ CRITICAL_SECTION m_csCommunicationSync; //!< 互斥操作串口 UINT m_portNo; //端口号 }; #endif //SERIALPORT_H_
SerialPort.cpp 类
////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /// /// @file SerialPort.cpp /// @brief 串口通信类的实现文件 /// /// 本文件为串口通信类的实现代码 /// /// /// /// 修订说明: ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #include "StdAfx.h" #include "SerialPort.h" #include <process.h> #include <iostream> /** 线程退出标志 */ bool CSerialPort::s_bExit = false; /** 当串口无数据时,sleep至下次查询间隔的时间,单位:秒 */ const UINT SLEEP_TIME_INTERVAL = 5; CSerialPort::CSerialPort(void) : m_hListenThread(INVALID_HANDLE_VALUE) { m_hComm = INVALID_HANDLE_VALUE; m_hListenThread = INVALID_HANDLE_VALUE; InitializeCriticalSection(&m_csCommunicationSync); } CSerialPort::~CSerialPort(void) { CloseListenTread(); ClosePort(); DeleteCriticalSection(&m_csCommunicationSync); } bool CSerialPort::InitPort( UINT portNo /*= 1*/,UINT baud /*= CBR_9600*/,char parity /*= 'N'*/, UINT databits /*= 8*/, UINT stopsbits /*= 1*/,DWORD dwCommEvents /*= EV_RXCHAR*/ ) { m_portNo = portNo; /** 临时变量,将制定参数转化为字符串形式,以构造DCB结构 */ char szDCBparam[50]; sprintf_s(szDCBparam, "baud=%d parity=%c data=%d stop=%d", baud, parity, databits, stopsbits); /** 打开指定串口,该函数内部已经有临界区保护,上面请不要加保护 */ if (!openPort(portNo)) { return false; } /** 进入临界段 */ EnterCriticalSection(&m_csCommunicationSync); /** 是否有错误发生 */ BOOL bIsSuccess = TRUE; /** 在此可以设置输入输出的缓冲区大小,如果不设置,则系统会设置默认值. * 自己设置缓冲区大小时,要注意设置稍大一些,避免缓冲区溢出 */ /*if (bIsSuccess ) { bIsSuccess = SetupComm(m_hComm,10,10); }*/ /** 设置串口的超时时间,均设为0,表示不使用超时限制 */ COMMTIMEOUTS CommTimeouts; CommTimeouts.ReadIntervalTimeout = 0; CommTimeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 0; CommTimeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 0; CommTimeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 0; CommTimeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 0; if ( bIsSuccess) { bIsSuccess = SetCommTimeouts(m_hComm, &CommTimeouts); } DCB dcb; if ( bIsSuccess ) { // 将ANSI字符串转换为UNICODE字符串 DWORD dwNum = MultiByteToWideChar (CP_ACP, 0, szDCBparam, -1, NULL, 0); wchar_t *pwText = new wchar_t[dwNum] ; if (!MultiByteToWideChar (CP_ACP, 0, szDCBparam, -1, pwText, dwNum)) { bIsSuccess = TRUE; } /** 获取当前串口配置参数,并且构造串口DCB参数 */ //bIsSuccess = GetCommState(m_hComm, &dcb) && BuildCommDCB(pwText, &dcb) ; //2014-1-15日周改 bIsSuccess = GetCommState(m_hComm, &dcb) && BuildCommDCB(szDCBparam, &dcb) ; /** 开启RTS flow控制 */ dcb.fRtsControl = RTS_CONTROL_ENABLE; /** 释放内存空间 */ delete [] pwText; } if ( bIsSuccess ) { /** 使用DCB参数配置串口状态 */ bIsSuccess = SetCommState(m_hComm, &dcb); } /** 清空串口缓冲区 */ PurgeComm(m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT | PURGE_TXABORT); /** 离开临界段 */ LeaveCriticalSection(&m_csCommunicationSync); return bIsSuccess==TRUE; } bool CSerialPort::InitPort( UINT portNo ,const LPDCB& plDCB ) { m_portNo = portNo; /** 打开指定串口,该函数内部已经有临界区保护,上面请不要加保护 */ if (!openPort(portNo)) { return false; } /** 进入临界段 */ EnterCriticalSection(&m_csCommunicationSync); /** 配置串口参数 */ if (!SetCommState(m_hComm, plDCB)) { return false; } /** 清空串口缓冲区 */ PurgeComm(m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT | PURGE_TXABORT); /** 离开临界段 */ LeaveCriticalSection(&m_csCommunicationSync); return true; } void CSerialPort::ClosePort() { /** 如果有串口被打开,关闭它 */ if( m_hComm != INVALID_HANDLE_VALUE ) { CloseHandle( m_hComm ); m_hComm = INVALID_HANDLE_VALUE; } } bool CSerialPort::openPort( UINT portNo ) { /** 进入临界段 */ EnterCriticalSection(&m_csCommunicationSync); /** 把串口的编号转换为设备名 */ char szPort[50]; sprintf_s(szPort, "COM%d", portNo); /** 打开指定的串口 */ m_hComm = CreateFileA(szPort, /** 设备名,COM1,COM2等 */ GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, /** 访问模式,可同时读写 */ 0, /** 共享模式,0表示不共享 */ NULL, /** 安全性设置,一般使用NULL */ OPEN_EXISTING, /** 该参数表示设备必须存在,否则创建失败 */ 0, 0); /** 如果打开失败,释放资源并返回 */ if (m_hComm == INVALID_HANDLE_VALUE) { LeaveCriticalSection(&m_csCommunicationSync); return false; } /** 退出临界区 */ LeaveCriticalSection(&m_csCommunicationSync); return true; } bool CSerialPort::OpenListenThread() { /** 检测线程是否已经开启了 */ if (m_hListenThread != INVALID_HANDLE_VALUE) { /** 线程已经开启 */ return false; } s_bExit = false; /** 线程ID */ UINT threadId; /** 开启串口数据监听线程 */ m_hListenThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ListenThread, this, 0, &threadId); if (!m_hListenThread) { return false; } /** 设置线程的优先级,高于普通线程 */ if (!SetThreadPriority(m_hListenThread, THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL)) { return false; } return true; } bool CSerialPort::CloseListenTread() { if (m_hListenThread != INVALID_HANDLE_VALUE) { /** 通知线程退出 */ s_bExit = true; /** 等待线程退出 */ Sleep(10); /** 置线程句柄无效 */ CloseHandle( m_hListenThread ); m_hListenThread = INVALID_HANDLE_VALUE; } return true; } UINT CSerialPort::GetBytesInCOM() { DWORD dwError = 0; /** 错误码 */ COMSTAT comstat; /** COMSTAT结构体,记录通信设备的状态信息 */ memset(&comstat, 0, sizeof(COMSTAT)); UINT BytesInQue = 0; /** 在调用ReadFile和WriteFile之前,通过本函数清除以前遗留的错误标志 */ if ( ClearCommError(m_hComm, &dwError, &comstat) ) { BytesInQue = comstat.cbInQue; /** 获取在输入缓冲区中的字节数 */ } return BytesInQue; } UINT WINAPI CSerialPort::ListenThread( void* pParam ) { /** 得到本类的指针 */ CSerialPort *pSerialPort = reinterpret_cast<CSerialPort*>(pParam); char icdata[BUFFER_SIZE]; int iCount = 0; int DLE = 16; bool flag = false; int STA = 2; bool lenFlag = false; int iLen; memset(&icdata[0],0,BUFFER_SIZE); // 线程循环,轮询方式读取串口数据 while (!pSerialPort->s_bExit) { UINT BytesInQue = pSerialPort->GetBytesInCOM(); /** 如果串口输入缓冲区中无数据,则休息一会再查询 */ if ( BytesInQue == 0 ) { Sleep(SLEEP_TIME_INTERVAL); continue; } /** 读取输入缓冲区中的数据并输出显示 */ char cRecved = 0x00; do { cRecved = 0x00; if(pSerialPort->ReadChar(cRecved) == true) { if (cRecved == STA){ lenFlag = true; flag = false; goto data; } if (cRecved == DLE){ flag = true; continue; } if (flag){ cRecved = cRecved - 64; flag = false; } if (lenFlag) { iLen = cRecved; lenFlag = false; } data: icdata[iCount] = cRecved; iCount ++ ; continue; } }while(--BytesInQue); if (iCount>=iLen) { //AfxGetApp()->m_pMainWnd->PostMessageA(WM_DataRefen,0,(LPARAM)cardData); } } return 0; } bool CSerialPort::ReadChar( char &cRecved ) { BOOL bResult = TRUE; DWORD BytesRead = 0; if(m_hComm == INVALID_HANDLE_VALUE) { return false; } /** 临界区保护 */ EnterCriticalSection(&m_csCommunicationSync); /** 从缓冲区读取一个字节的数据 */ bResult = ReadFile(m_hComm, &cRecved, 1, &BytesRead, NULL); if ((!bResult)) { /** 获取错误码,可以根据该错误码查出错误原因 */ DWORD dwError = GetLastError(); /** 清空串口缓冲区 */ PurgeComm(m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_RXABORT); LeaveCriticalSection(&m_csCommunicationSync); return false; } /** 离开临界区 */ LeaveCriticalSection(&m_csCommunicationSync); return (BytesRead == 1); } bool CSerialPort::WriteData( unsigned char* pData, unsigned int length ) { BOOL bResult = TRUE; DWORD BytesToSend = 0; if(m_hComm == INVALID_HANDLE_VALUE) { return false; } /** 临界区保护 */ EnterCriticalSection(&m_csCommunicationSync); /** 向缓冲区写入指定量的数据 */ bResult = WriteFile(m_hComm, pData, length, &BytesToSend, NULL); if (!bResult) { DWORD dwError = GetLastError(); /** 清空串口缓冲区 */ PurgeComm(m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_RXABORT); LeaveCriticalSection(&m_csCommunicationSync); return false; } /** 离开临界区 */ LeaveCriticalSection(&m_csCommunicationSync); return true; }
以上代码就是C++中串口通信的基本方法了,记录下来方便以后使用的时候可以方便查找.