Windows串口编程

1.串行接口是采用串行通信方式的扩展接口，将数据一位一位地顺序传送。

2.基本概念

(1) RS232电平和TTL电平
电平信号是用信号线电平减去参考线电平得到的电压差，这个电压差决定了传输值是1还是0。在电平信号中多少V代表1，多少V代表0是不固定的，取决于点评标准。例如：RS232电平中-15V ~ -3V表示1，+3V ~ +15V代表0；TTL电平中+5V表示1，0V表示0。
不管哪种电平都是为了在传输线上表示1和0，区别在于适用的环境和条件不同。RS232电平适合干扰大、距离远的情况，一般传输距离小于15米，用于工业上；TTL电平适合距离近且干扰小的情况，一般用在电路板内部的两个芯片之间。对于编程来说，RS232电平传输和TTL电平传输是没有差异的。TTL电平和RS232电平混接是不可以的。
(2) 波特率指的是串口通信的速率，也就是串口通信时每秒钟可以传输多少个二进制位。串口通信的波特率不能随意设定，而应该是在一些值中去选择。一般最常见的波特率是9600或115300(低端单片机如51常用9600，高端单片机和嵌入式SOC常用115200)。
波特率不能随意指定，主要是因为：通信双方必须事先设定相同的波特率才能成功通信，如果发送方和接收方按照不同的波特率通信根本收不到，因此波特率最好是常用的9600或者115200。
(3) 串口通信时，收发是一个周期一个周期进行的，每个周期传输n个二进制位。这一个周期就叫做一个通信单元，一个通信单元由：起始位 + 数据位 + 奇偶校验位 + 停止位组成。

串口通信时因为是异步通信，所以通信双方必须事先约定好通信参数，这些通信参数包括：波特率、数据位、校验位、停止位。

3.在Win32位的windows系统中，有两种编程方式实现串口通信：

(1) 使用ActiveX控件，这种方法程序简单，但欠灵活。

(2) 调用Win32API函数，这种方法可以清楚的掌握串口通信机制，并且自由灵活。

4.串口的操作可以有两种操作方式：

(1) 同步操作方式

同步操作时，API函数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)。

(2) 重叠操作方式 (又称为异步操作方式)

重叠操作方式，API函数会立即返回，操作在后台进行，避免线程的阻塞。

5.操作步骤

(1) 打开串口

Win32系统把文件的概念进行了扩展。无论是文件、通信设备、命名管道、邮件槽、磁盘还是控制台，都是用API函数CreateFile来打开或创建的。

HANDLE CreateFile (LPCTSTR lpFileName, // 串口逻辑名，如"COM1"或"\\\\.\\COM10"

DWORD dwDesiredAccess, // 串口访问类型，可以是读取、写入或者两者并列

DWORD dwShareMode, // 共享属性，由于串口不能共享，该参数必须为0

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, // 引用安全性树形结构，缺省值为NULL

DWORD dwCreationDistribution, // 创建标志，该参数必须设置为OPEN_EXISTING

DWORD dwFlagsAndAttributes, // 属性描述，指定串口是否进行异步操作: FILE_FLAG_OVERLAPPED，异步的I/O；0，同步I/O操作

HANDLE hTemplateFile // 对于串口而言该参数必须为NULL

);

HANDLE hCom = CreateFile("COM3", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);

(2) 配置串口

1> DCB结构：

在打开通讯设备句柄后，需要对串口进行一些初始化配置工作。通过DCB结构来进行，DCB结构包含了波特率、数据位数、奇偶校验和停止位数等信息。在查询或配置串口的属性时，都要用DCB结构来作为缓冲区。在调用CreateFile打开串口后，可以调用GetCommState函数来获取串口的初始配置，若修改串口的配置，应该先修改DCB结构，然后再调用SetCommState函数设置串口。

BOOL GetCommState(

HANDLE hFile, // 通信设备句柄

LPDCB lpDCB // 指向一个设备控制块(DCB结构)的指针

);

BOOL SetCommState(

HANDLE hFile, // 通信设备句柄

LPDCB lpDCB // 指向一个设备控制块(DCB结构)的指针

);

2> I/O缓冲区

Windows用I/O缓冲区来暂存串口输入和输出的数据。如果通信的速率较高，则应该设置较大的缓冲区。调用SetupComm函数可以设置串行口的输入和输出缓冲区的大小

BOOL SetupComm(

HANDLE hFile, // 通信设备句柄

DWORD dwInQueue, // 输入缓冲区的大小 (字节数)

DWORD dwOutQueue // 输出缓冲区的大小 (字节数)

);

3> 超时问题

在使用ReadFile和WriteFile读写串行口时，需要考虑超时问题。超时的作用是在指定的时间内没有读入或发送指定数量的字符，ReadFile或WriteFile的操作仍然会结束。要查询当前的超时设置应调用GetCommTimeouts函数，该函数会填充一个COMMTIMEOUT结构。调用SetCommTimeouts可以用某一个COMMTIMEOUTS结构的内容来设置超时。

BOOL GetCommTimeouts(

HANDLE hFile,

LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts

);

BOOL SetCommTimeouts(

HANDLE hFIle,

LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts

);

读写串口的超时有两种：

间隔超时：在接收时两个字符之间的最大时延。

总超时：指读写操作总共花费的最大时间。

写操作只支持总超时，而读操作两种超时均支持。

typedef struct _COMMTIMEOUTS{

DWORD ReadIntervalTimeout; // 读间隔超时

DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; // 读时间系数

DWORD ReadTotalTimeoutConstant; // 读时间常量

DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; // 写时间系数

DWORD WriteTotalTimeoutConstant; // 写时间常量

}COMTIMEOUTS, *LPCOMMTIMEOUTS;

COMMTIMEOUTS结构的成员都以毫秒为单位。

总超时计算公式：总超时 = 时间系数 X 要求读/写的字符数 + 时间常量

如果所有写超时参数均为0，那么就不使用写超时。如果ReadIntervalTimeout为0，那么就不适用读间隔超时。如果ReadTotalTimeoutMultiplier和ReadTotalConstant都为0，则不适用读总超时。如果读间隔超时被设置成MAXDWORD并且读时间系数和读时间常量都为0，那么在读一次输入缓冲区的内容后读操作就立即返回，而不管是否读入了要求的字符。

在用重叠方式读写串口时，虽然ReadFile和WriteFile在完成操作以前就可能返回，但超时仍然是起作用的。在这种情况下，超时规定的是操作的完成时间，而不是ReadFile和WriteFile的返回时间。

在读写串口之前，还要用PurgeComm()函数情况缓冲区

BOOL PurgeComm(

HANDLE hFile, // 通信设备句柄

DWORD dwFlags // 需要完成的操作

);

参数dwFlags指定要完成的操作，可以是下列值的组合：

PURGE_TXABORT 中断所有写操作并立即返回，即使写操作还没有完成

PURGE_RXABORT 中断所有读操作并立即返回，即使读操作还没有完成

PURGE_TXCLEAR 清除输出缓冲区

PURGE_RXCLEAR 清除输入缓冲区

(3) 读写串口

BOOL ReadFile(

HANDLE hFIle, // 通信设备句柄

LPVOID lpBuffer, // 读入的数据存储的地址，即读入的数据将存储在以该指针的值为首地址的一片内存区

DWORD nNumberOfBytesToRead, // 要读入的数据的字节数

LPDWORD lpNumberOfBytesRead, // 指向一个DWORD数值，该数值返回读操作实际读入的字节数

LPOVERLAPPED lpOverlapped // 重叠操作时，该参数指向一个OVERLAPPED结构，同步操作时，该参数为NULL

);

BOOL WriteFile(

HANDLE hFile, // 通信设备句柄

LPCVOID lpBuffer, // 写入的数据存储的地址，即以该指针的值为首地址的nNumberOfBytesToWrite个字节的数据将要写入串口的发送数据缓冲区

DWORD nNumberOfBytesToWrite, // 要写入的数据的字节数

LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, // 指向一个DWORD数值，该数值返回实际写入的字节数

LPOVERLAPPED lpOverlapped // 重叠操作时，该参数指向一个OVERLAPPED结构，同步操作时，该参数为NULL

);

在用ReadFile和WriteFile读写串口时，既可以同步执行，也可以重叠执行。在同步执行时，函数直到操作完成后才返回。这意味着同步执行时线程会被阻塞，从而导致效率下降。在重叠执行时，即使操作还未完成，这两个函数也会立即返回，费时的I/O操作在后台进行。

ReadFile和WriteFile函数是同步还是异步由CreateFile函数决定，如果在调用CreateFile创建句柄时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED标志，那么调用ReadFile和WriteFile对该句柄进行的操作就应该是重叠的；如果未指定重叠标志，则读写操作应该是同步的。ReadFile和WriteFile函数的同步或者异步应该和CreateFile函数相一致。

ReadFile函数只要在串口输入缓冲区中读入指定数量的字符，就算完成操作。而WriteFile函数不但要把指定数量的字符拷入到输出缓冲区，而且要等这些字符从串行口送出去后才算完成操作。如果操作成功，这两个函数都返回TRUE。需要注意的是，当ReadFile和WriteFile返回FALSE时，不一定就是操作失败，线程应该调用GetLastError函数分析返回的结果。例如，在重叠操作时如果操作还未完成函数就返回，那么函数就返回FALSE，而且GetLastError函数返回ERROR_IO_PENDING。这说明重叠操作还未完成。

(4) 关闭串口

void CloseHandle(HANDLE hFIle); // 关闭通信设备句柄

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