中國科學院 王穎
摘要 本文介紹了在Windows平台下串行通信的實現機制討論了根據不同的條件用Visual C++ 設計串行通信程序的三種方法並結合實際實現對溫度數據的接收監控
在實驗室和工業應用中串口是常用的計算機與外部串行設備之間的數據傳輸通道由於串行通信方便易行所以應用廣泛依據不同的條件實現對串口的靈活編程控制是我們所需要的
在光學鏡片鍍膜工藝中用單片機進行多路溫度數據采集控制采集結果以串行方式進入主機每隔S向主機發送一次采樣數據主機向單片機發送相關的控制命令實現串行數據接收處理記錄顯示實時繪制曲線串行通信程序開發環境為 VC++
Windows下串行通信
與以往DOS下串行通信程序不同的是Windows不提倡應用程序直接控制硬件而是通過Windows操作系統提供的設備驅動程序來進行數據傳遞串行口在Win 中是作為文件來進行處理的而不是直接對端口進行操作對於串行通信Win 提供了相應的文件I/O函數與通信函數通過了解這些函數的使用可以編制出符合不同需要的通信程序與通信設備相關的結構有COMMCONFIG COMMPROPCOMMTIMEOUTSCOMSTATDCBMODEMDEVCAPSMODEMSETTINGS共個與通信有關的Windows API函數共有個詳細說明可參考MSDN幫助文件以下將結合實例給出實現串行通信的三種方法
實現串行通信的三種方法
方法一使用VC++提供的串行通信控件MSComm 首先在對話框中創建通信控件若Control工具欄中缺少該控件可通過菜單Project > Add to Project > Components and Control插入即可再將該控件從工具箱中拉到對話框中此時你只需要關心控件提供的對 Windows 通訊驅動程序的 API 函數的接口換句話說只需要設置和監視MSComm控件的屬性和事件
在ClassWizard中為新創建的通信控件定義成員對象（CMSComm m_Serial）通過該對象便可以對串口屬性進行設置MSComm 控件共有個屬性這裡只介紹其中幾個常用屬性
CommPort 設置並返回通訊端口號缺省為COM
Settings 以字符串的形式設置並返回波特率奇偶校驗數據位停止位
PortOpen 設置並返回通訊端口的狀態也可以打開和關閉端口
Input 從接收緩沖區返回和刪除字符
Output 向發送緩沖區寫一個字符串
InputLen 設置每次Input讀入的字符個數缺省值為表明讀取接收緩沖 區中的全部內容
InBufferCount 返回接收緩沖區中已接收到的字符數將其置可以清除接收緩 沖區
InputMode 定義Input屬性獲取數據的方式（為文本方式為二進制方式）
RThreshold 和 SThreshold 屬性表示在 OnComm 事件發生之前接收緩沖區或發送緩沖區中可以接收的字符數
以下是通過設置控件屬性對串口進行初始化的實例
BOOL CSampleDlg:: PortOpen()
{
BOOL m_Opened;
m_SerialSetCommPort(); // 指定串口號
m_SerialSetSettings(N); // 通信參數設置
m_SerialSetInBufferSize(); // 指定接收緩沖區大小
m_SerialSetInBufferCount(); // 清空接收緩沖區
m_SerialInputMode(); // 設置數據獲取方式
m_SerialSetInputLen(); // 設置讀取方式
m_Opened=m_SerailSetPortOpen(); // 打開指定的串口
return m_Opened;
}
打開所需串口後
需要考慮串口通信的時機
在接收或發送數據過程中
可能需要監視並響應一些事件和錯誤
所以事件驅動是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法
使用 OnComm 事件和 CommEvent 屬性捕捉並檢查通訊事件和錯誤的值
發生通訊事件或錯誤時
將觸發 OnComm 事件
CommEvent 屬性的值將被改變
應用程序檢查 CommEvent 屬性值並作出相應的反應
在程序中用ClassWizard為CMSComm控件添加OnComm消息處理函數
void CSampleDlg::OnComm()
{
switch(m_SerialGetCommEvent())
{
case : // 串行口數據接收處理
}
}
方法二在單線程中實現自定義的串口通信類
控件簡單易用但由於必須拿到對話框中使用在一些需要在線程中實現通信的應用場合控件的使用顯得捉襟見肘此時若能夠按不同需要定制靈活的串口通信類將彌補控件的不足以下將介紹如何在單線程中建立自定義的通信類
該通信類CSimpleComm需手動加入頭文件與源文件其基類為CObject大致建立步驟如下
() 打開串口獲取串口資源句柄
通信程序從CreateFile處指定串口設備及相關的操作屬性再返回一個句柄該句柄將被用於後續的通信操作並貫穿整個通信過程CreateFile()函數中有幾個值得注意的參數設置串口共享方式應設為串口為不可共享設備創建方式必須為OPEN_EXISTING即打開已有的串口對於dwFlagAndAttribute參數對串口有意義的值是FILE_FLAG_OVERLAPPED該標志表明串口采用異步通信模式可進行重疊操作若值為NULL則為同步通信方式在同步方式下應用程序將始終控制程序流直到程序結束若遭遇通信故障等因素將導致應用程序的永久等待所以一般多采用異步通信
（）串口設置
串口打開後其屬性被設置為默認值根據具體需要通過調用GetCommState(hComm&dcb)讀取當前串口設備控制塊DCB（Device Control Block）設置修改後通過SetCommState(hComm&dcb)將其寫入再需注意異步讀寫的超時控制設置 通過COMMTIMEOUTS結構設置超時調用SetCommTimeouts(hComm&timeouts)將結果寫入以下是溫度監控程序中串口初始化成員函數
BOOL CSimpleComm::Open( )
{
DCB dcb;
m_hIDComDev=CreateFile( COM GENERIC_READ | GENERIC_WRITENULLOPEN_EXISTINGFILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVE RLAPPED NULL );
// 打開串口異步操作
if( m_hIDComDev == NULL )
return( FALSE );
dcbDCBlength = sizeof( DCB );
GetCommState( m_hIDComDev &dcb ); // 獲得端口默認設置
dcbBaudRate=CBR_;
dcbByteSize=;dcbParity= NOPARITY;
dcbStopBits=(BYTE) ONESTOPBIT;
}
（）串口讀寫操作
主要運用ReadFile（）與WriteFile（）API函數若為異步通信方式兩函數中最後一個參數為指向OVERLAPPED結構的非空指針在讀寫函數返回值為FALSE的情況下調用GetLastError（）函數返回值為ERROR_IO_PENDING表明I/O操作懸掛即操作轉入後台繼續執行此時可以用WaitForSingleObject()來等待結束信號並設置最長等待時間舉例如下
BOOL bReadStatus;
bReadStatus = ReadFile( m_hIDComDev buffer dwBytesRead &dwBytesRead &m_OverlappedRead );
if(!bReadStatus)
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
{
WaitForSingleObject(m_OverlappedReadhEvent);
return ((int)dwBytesRead);
}
return();
}
return ((int)dwBytesRead);
定義全局變量m_Serial作為新建通信類CSimpleComm的對象通過調用類的成員函數即可實現所需串行通信功能與方法一相比方法二賦予串行通信程序設計較大的靈活性端口的讀寫可選擇較簡單的查詢式或通過設置與外設數據發送時間間隔TimeCycle相同的定時器SetTimer(TimeCycleNULL)進行定時讀取或發送
CSampleView:: OnTimer(UINT nIDEvent)
{
char InputData[];
m_SerialReadData(InputData); // 數據處理
}
若對端口數據的響應時間要求較嚴格可采用事件驅動I/O讀寫Windows定義了種串口通信事件較常用的有
EV_RXCHAR: 接收到一個字節並放入輸入緩沖區
EV_TXEMPTY: 輸出緩沖區中的最後一個字符發送出去
EV_RXFLAG: 接收到事件字符(DCB結構中EvtChar成員)放入輸入緩沖區
在用SetCommMask()指定了有用的事件後應用程序可調用WaitCommEvent()來等待事件的發生SetCommMask(hComm)可使WaitCommEvent()中止
方法三 多線程下實現串行通信
方法一二適用於單線程通信在很多工業控制系統中常通過擴展串口連接多個外設各外設發送數據的重復頻率不同要求後台實時無差錯捕捉采集處理記錄各端口數據這就需要在自定義的串行通信類中創建端口監視線程以便在指定的事件發生時向相關的窗口發送通知消息
線程的基本概念可詳見VC++參考書目Windows內部的搶先調度程序在活動的線程之間分配CPU時間Win 區分兩種不同類型的線程一種是用戶界面線程UI（User Interface Thread）它包含消息循環或消息泵用於處理接收到的消息另一種是工作線程（Work Thread）它沒有消息循環用於執行後台任務用於監視串口事件的線程即為工作線程
多線程通信類的編寫在端口的配置連接部分與單線程通信類相同在端口配置完畢後最重要的是根據實際情況建立多線程之間的同步對象如信號燈臨界區事件等相關細節可參考VC++ 中的同步類
一切就緒後即可啟動工作線程
CWinThrea *CommThread = AfxBeginThread(CommWatchThread // 線程函數名
(LPVOID) m_pTTYInfo // 傳遞的參數
THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL // 設置線程優先級
(UINT) // 最大堆棧大小
(DWORD) CREATE_SUSPENDED // 創建標志
(LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL); // 安全性標志
同時在串口事件監視線程中
if(WaitCommEvent(pTTYInfo>idComDev&dwEvtMaskNULL))
{
if((dwEvtMask & pTTYInfo>dwEvtMask )== pTTYInfo>dwEvtMask)
{
WaitForSingleObject(pTTYInfo>hPostEventxFFFFFFFF);
ResetEvent(pTTYInfo>hPostEvent); // 置同步事件對象為非信號態
::PostMessage(CSampleViewID_COM_DATA); // 發送通知消息
}
}
用PostMessage()向指定窗口的消息隊列發送通知消息相應地需要在該窗口建立消息與成員函數間的映射用ON_MESSAGE將消息與成員函數名關聯
BEGIN_MESSAGE_MAP(CSampleView CView)
//{
{
AFX_MSG_MAP(CSampleView)ON_MESSAGE(ID_COM_DATA OnProcessComData) ON_MESSAGE(ID_COM_DATA OnProcessComData)
//}
}
AFX_MSG_MAPEND_MESSAGE_MAP()
然後在各成員函數中完成對各串口數據的接收處理但必須保證在下一次監測到有數據到來之前能夠完成所有的中間處理工作否則將造成數據的捕捉錯誤
多線程的實現可以使得各端口獨立准確地實現串行通信使串口通信具有更廣泛的靈活性與嚴格性且充分利用了CPU時間但在具體的實時監控系統中如何協調多個線程線程之間以何種方式實現同步也是在多線程串行通信程序實現的難點
以VC++ 為工具實現串行通信的三種方法各有利弊
根據不同需要選擇合適的方法將達到事半功倍的效果在溫度監控系統中筆者采用了方法二在Window Windows 上運行穩定取得了良好的效果
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