串行通信的基本原理.doc

1、本文详细介绍了串行通信的基本原理，以及在 Windows NT、Win98 环境下用MFC实现串口（COM）通信的方法：使用 ActiveX控件或 Win API.并给出用Visual C+6.0编写的相应 MFC32位应用程序。关键词：串行通信、VC+6.0、ActiveX 控件、Win API、MFC32 位应用程序、事件驱动、非阻塞通信、多线程. 在 Windows应用程序的开发中，我们常常需要面临与外围数据源设备通信的问题。计算机和单片机（如 MCS-51）都具有串行通信口，可以设计相应的串口通信程序，完成二者之间的数据通信任务。 实际工作中利用串口完成通信任务的时候非常之多。已有一些

2、文章介绍串口编程的文章在计算机杂志上发表。但总的感觉说来不太全面，特别是介绍 32位下编程的更少，且很不详细。笔者在实际工作中积累了较多经验,结合硬件、软件，重点提及比较新的技术，及需要注意的要点作一番探讨。希望对各位需要编写串口通信程序的朋友有一些帮助。 一串行通信的基本原理 串行端口的本质功能是作为 CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从 CPU 经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。 在 Windows环境（Windows NT、Win98、Windows2000）下，串口是系统资源的一部分。 应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前

3、向操作系统提出资源申请要求（打开串口），通信完成后必须释放资源（关闭串口）。 串口通信程序的流程如下图： 二串口信号线的接法 一个完整的 RS-232C接口有 22根线，采用标准的 25芯插头座（或者 9芯插头座）。25 芯和 9芯的主要信号线相同。以下的介绍是以 25芯的 RS-232C为例。主要信号线定义： 2 脚：发送数据 TXD； 3 脚：接收数据 RXD； 4 脚：请求发送RTS； 5 脚：清除发送 CTS； 6 脚：数据设备就绪 DSR；20 脚：数据终端就绪 DTR； 8 脚：数据载波检测 DCD； 1脚：保护地； 7 脚：信号地。 电气特性： 数据传输速率最大可到 20K bp

4、s,最大距离仅 15m. 注：看了微软的 MSDN 6.0，其 Windows API中关于串行通讯设备（不一定都是串口 RS-232C或 RS-422或 RS-449）速率的设置，最大可支持到 RS_256000，即256K bps! 也不知道到底是什么串行通讯设备？但不管怎样，一般主机和单片机的串口通讯大多都在 9600 bps,可以满足通讯需求。 接口的典型应用： 大多数计算机应用系统与智能单元之间只需使用 3到 5根信号线即可工作。这时，除了 TXD、RXD 以外，还需使用 RTS、CTS、DCD、DTR、DSR 等信号线。（当然，在程序中也需要对相应的信号线进行设置。） 图 最简单的

5、 RS232-C信号线接法 以上接法，在设计程序时，直接进行数据的接收和发送就可以了，不需要 对信号线的状态进行判断或设置。（如果应用的场合需要使用握手信号等，需要对相应的信号线的状态进行监测或设置。） 三16 位串口应用程序的简单回顾 16 位串口应用程序中，使用的 16位的 Windows API通信函数: OpenComm() 打开串口资源，并指定输入、输出缓冲区的大小（以字节计）；CloseComm() 关闭串口; 例：int idComDev; idComDev = OpenComm(“COM1“, 1024, 128); CloseComm(idComDev); BuildComm

6、DCB() 、setCommState()填写设备控制块 DCB，然后对已打开的串口进行参数配置; 例：DCB dcb; BuildCommDCB(“COM1:2400,n,8,1“, SetCommState( ReadComm 、WriteComm()对串口进行读写操作，即数据的接收和发送. 例：char *m_pRecieve; int count; ReadComm(idComDev,m_pRecieve,count); Char wr30; int count2; WriteComm(idComDev,wr,count2); 16位下的串口通信程序最大的特点就在于：串口等外部设备的操

7、作有自己特有的 API函数；而 32位程序则把串口操作（以及并口等）和文件操作统一起来了，使用类似的操作。 四在 MFC下的 32位串口应用程序 32位下串口通信程序可以用两种方法实现：利用 ActiveX控件；使用 API 通信函数。 使用 ActiveX控件，程序实现非常简单，结构清晰，缺点是欠灵活；使用 API通信函数的优缺点则基本上相反。 以下介绍的都是在单文档（SDI）应用程序中加入串口通信能力的程序。 使用 ActiveX控件： VC+ 6.0提供的 MSComm控件通过串行端口发送和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。使用非常方便，但可惜的是，很少有介绍 MSComm控件的资料

8、。在当前的 Workspace中插入 MSComm控件。 Project 菜单-Add to Project-Components and Controls-Registered ActiveX Controls-选择Components: Microsoft Communications Control, version 6.0 插入到当前的 Workspace中。 结果添加了类 CMSComm(及相应文件：mscomm.h 和 mscomm.cpp )。 在 MainFrm.h中加入 MSComm控件。 protected: CMSComm m_ComPort; 在 Mainfrm.cpp

9、:OnCreare()中： DWORD style=WS_VISIBLE|WS_CHILD; if (!m_ComPort.Create(NULL,style,CRect(0,0,0,0),this,ID_COMMCTRL) TRACE0(“Failed to create OLE Communications Controln“); return -1; / fail to create .初始化串口 m_ComPort.SetCommPort(1); /选择 COM? m_ComPort. SetInBufferSize(1024); /设置输入缓冲区的大小，Bytes m_ComPort

10、. SetOutBufferSize(512); /设置输入缓冲区的大小，Bytes/ if(!m_ComPort.GetPortOpen() /打开串口 m_ComPort.SetPortOpen(TRUE); m_ComPort.SetInputMode(1); /设置输入方式为二进制方式 m_ComPort.SetSettings(“9600,n,8,1“); /设置波特率等参数 m_ComPort.SetRThreshold(1); /为 1表示有一个字符引发一个事件 m_ComPort.SetInputLen(0); 捕捉串口事项。MSComm 控件可以采用轮询或事件驱动的方法从端口

11、获取数据。我们介绍比较使用的事件驱动方法：有事件（如接收到数据）时通知程序。在程序中需要捕获并处理这些通讯事件。 在 MainFrm.h中： protected: afx_msg void OnCommMscomm(); DECLARE_EVENTSINK_MAP() 在 MainFrm.cpp中： BEGIN_EVENTSINK_MAP(CMainFrame,CFrameWnd ) ON_EVENT(CMainFrame,ID_COMMCTRL,1,OnCommMscomm,VTS_NONE) /映射 ActiveX控件事件 END_EVENTSINK_MAP() 串口读写. 完成读写的函数

12、的确很简单，GetInput()和 SetOutput()就可。两个函数的原型是： VARIANT GetInput()；及 void SetOutput(const VARIANT都要使用 VARIANT类型（所有 Idispatch:Invoke的参数和返回值在内部都是作为VARIANT对象处理的）。 无论是在 PC机读取上传数据时还是在 PC机发送下行命令时，我们都习惯于使用字符串的形式（也可以说是数组形式）。查阅 VARIANT文档知道，可以用BSTR表示字符串，但遗憾的是所有的 BSTR都是包含宽字符，即使我们没有定义_UNICODE_UNICODE 也是这样！ WinNT 支持宽字

13、符, 而 Win95并不支持。为解决上述问题，我们在实际工作中使用 CbyteArray，给出相应的部分程序如下：void CMainFrame:OnCommMscomm() VARIANT vResponse; int k; if(m_commCtrl.GetCommEvent()=2) k=m_commCtrl.GetInBufferCount(); /接收到的字符数目 if(k0) vResponse=m_commCtrl.GetInput(); /read SaveData(k,(unsigned char*) vResponse.parray-pvData); / 接收到字符，MSC

14、omm 控件发送事件 。 / 处理其他 MSComm控件 void CMainFrame:OnCommSend() 。 / 准备需要发送的命令，放在 TxData中 CByteArray array; array.RemoveAll(); array.SetSize(Count); for(i=0;i 0) BOOL fReadStat ; fReadStat = ReadFile( hCom, lpBuffer，dwLength, /读数据 注:我们在 CreareFile()时使用了 FILE_FLAG_OVERLAPPED,现在 ReadFile()也必须使用 LPOVERLAPPED

15、结构.否则,函数会不正确地报告读操作已完成了. 使用 LPOVERLAPPED结构, ReadFile()立即返回,不必等待读操作完成,实现非阻塞 通信.此时, ReadFile()返回 FALSE, GetLastError()返回ERROR_IO_PENDING. if (!fReadStat) if (GetLastError() = ERROR_IO_PENDING) while(!GetOverlappedResult(hCom, if(dwError = ERROR_IO_INCOMPLETE) continue； /缓冲区数据没有读完，继续 :PostMessage(HWND)h

16、SendWnd,WM_NOTIFYPROCESS,0,0);/通知主线程，串口收到数据 所谓的非阻塞通信，也即异步通信。是指在进行需要花费大量时间的数据读写操作（不仅仅是指串行通信操作）时，一旦调用 ReadFile()、WriteFile(),就能立即返回，而让实际的读写操作在后台运行；相反，如使用阻塞通信，则必须在读或写操作全部完成后才能返回。由于操作可能需要任意长的时间才能完成，于是问题就出现了。 非常阻塞操作还允许读、写操作能同时进行（即重叠操作?），在实际工作中非常有用。 要使用非阻塞通信，首先在 CreateFile()时必须使用 FILE_FLAG_OVERLAPPED；然后在

17、ReadFile()时 lpOverlapped参数一定不能为 NULL，接着检查函数调用的返回值，调用 GetLastError()，看是否返回 ERROR_IO_PENDING。如是，最后调用 GetOverlappedResult()返回重叠操作(overlapped operation)的结果;WriteFile()的使用类似。 在主线程中发送下行命令。 BOOL fWriteStat ; char szBuffercount; /准备好发送的数据，放在 szBuffer中 fWriteStat = WriteFile(hCom, szBuffer, dwBytesToWrite, /

18、写数据 注:我们在 CreareFile()时使用了 FILE_FLAG_OVERLAPPED,现在 WriteFile()也必须使用 LPOVERLAPPED 结构.否则,函数会不正确地报告写操作已完成了.使用 LPOVERLAPPED结构,WriteFile()立即返回,不必等待写操作完成,实现非阻塞 通信.此时, WriteFile()返回 FALSE, GetLastError()返回ERROR_IO_PENDING. int err=GetLastError(); if (!fWriteStat) if(GetLastError() = ERROR_IO_PENDING) while(!GetOverlappedResult(hCom, if(dwError = ERROR_IO_INCOMPLETE) / normal result if not finished dwBytesSent += dwBytesWritten; continue; .