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。

利用WIN API进行串口通信

　　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。

显示本程序工作正确，发送和接收字符准确无误