VC++实现串口通信的应用程序设计

http://www.paper.edu.cn - 1 - VC++实现串口通信的应用程序设计 王臻，陈永泰 武汉理工大学信息学院，武汉（430070） E-mail：wangz_best@yahoo.com.cn 摘 要：本文介绍了结合了Win32 的 API函数和 C++类的基本思想封装的一个串行通信类 CSerialPort类。并通过具体的实例详细介绍其在 VC++6.0下的实现串口通信方法和过程。 关键词：VC++，串口通信，CSerialPort类 1. 引言 在控制领域的研发中，PC 机与外围控制设备的通讯方式有多种，如串行通信口、并行 通信口、一台网口（需要网卡支持）、USB 通信口或自制危机接口卡。而串口通信则是在 数据通信速率部是很高的情况下，开发者所采用的最常见、最简单、最通用的通信方式。并 且考虑到现在的 PC机标准配置都具备两个串口，因此利用串口资源来开发 PC机与外围控 制设备之间的通信应该是最方便快捷的[3]。 在目前常用的各种开发环境（如 VB、VC和 Delphi等）下实现串口通信的方式有很多 种： 首先，最简便的方法是采用 Microsofe 公司提供的 ActiveX 控件实现串口通信，即 MSComm 控件。实现串口通信的编程方法原理上比较简单,容易实现,但编程的灵活性稍差, 且应用程序运行时必须同时拷入与通信控件相关的文件。 其次，使用Win32 的 API函数实现串口通信亦是很好的方法。利用 API函数实现串口 通信的编程方法功能强大 ,灵活性好 ,但原理上比较复杂 ,需要编程人员对串口的硬件工作 原理有较深入的了解。 最后，可以利用 VC运行时库的标准通信函数实现串口通信。其编程原理简单，但其使 用性和灵活性较差。 总之，各种串口通信的实现方式在使用条件、灵活性和复杂程度等方面各有优缺点,分 别适合于各自不同的应用场合。而本文介绍一个结合了Win32 的 API函数和 C++类的基本 思想封装了一个串行通信类 CSerialPort 类，通过一个实例介绍，我们发现这个自定义的串 口通信类能够使得串口通信的实现更加灵活、方便。 2. 串口通信的实现 虽然实现串口通信方法很多，但是一般来说，串行通信程序的工作过程一般分四步[2]： （1）打开串口：在此步骤中 ，我们可以实现打开通信资源、设置通信参数、设置通信 事件、创建读写事件以及等待串口接收中断等操作。 （2）读串口：在此步骤中，当有字符或干扰到达串口时发生 EV_ RXCHAR消息的发 送 ,响应函数接收到此消息后读取串口接收缓冲区 。 （3）写串口：该步骤是负责将要发送的字符写入发送串口缓冲区。 （4）关闭串口。 2.1 CSerialPort通信类的介绍 http://www.paper.edu.cn - 2 - 2.1.1 CSerialPort类的定义声明 class CSerialPort { public: void ClosePort(); CSerialPort(); virtual ~CSerialPort(); BOOL InitPort(CWnd* pPortOwner, UINT portnr = 1, UINT baud = 19200, char parity = 'N', UINT databits = 8, UINT stopbits = 1, DWORD dwCommEvents = EV_RXCHAR, UINT writebuffersize = 1024); HANDLE m_hComm; BOOL StartMonitoring(); BOOL RestartMonitoring(); BOOL StopMonitoring(); DWORD GetWriteBufferSize(); DWORD GetCommEvents(); DCB GetDCB(); void WriteToPort(char* string); void WriteToPort(char* string,int n); void WriteToPort(LPCTSTR string); void WriteToPort(LPCTSTR string,int n); protected: void ProcessErrorMessage(char* ErrorText); static UINT CommThread(LPVOID pParam); static void ReceiveChar(CSerialPort* port, COMSTAT comstat); static void WriteChar(CSerialPort* port); CWinThread* m_Thread; CRITICAL_SECTION m_csCommunicationSync; BOOL m_bThreadAlive; HANDLE m_hWriteEvent; HANDLE m_hShutdownEvent; HANDLE m_hEventArray[3]; OVERLAPPED m_ov; COMMTIMEOUTS m_CommTimeouts; DCB m_dcb; CWnd* m_pOwner; UINT m_nPortNr; char* m_szWriteBuffer; DWORD _dwCommEvents; DWORD m_nWriteBufferSize; }; 2.1.2 CSerialPort类的函数说明 在构造函数 CSerialPort 中对该类的数据成员进行了初始化。InitPort函数完成串口的初 始化工作，包括打开串口、设置 SPC的参数、设置通信事件的时间、建立串口的设备控制 块。由于串口是一种临界资源，不允许多个线程或用户同时访问，因此在该函数中调用了两 http://www.paper.edu.cn - 3 - 个Windows API函数 EnterCriticalSection和 LeaveCriticalSection,以实现对串口的互斥访问。 A，串口操作函数： StartMonitoring函数调用Windows API函数：AfxBeginThread启动一个 SPC线程，打 开串口。 RestartMonitoring 函数调用 CwinThread 的成员函数：ResumeThread 重启 SPC 线程， 重起串口； StopMonitoring 函数调用 CwinThread 的成员函数：SuspendThread 停止 SPC 线程，关 闭串口。 B，串口读写函数： WriteChar 函数调用Windows API函数：WriteFile 向串口写数据； ReceiveChar 函数调用 Windows API函数：ReadFile从串口读取数据。 WriteToPort函数：另外扩充函数，通过不同的变量参数，适应不同的写串口的需求。 CommThread函数是 SPC的线程，完成 SPC的消息循环。该函数调用了WaitCommEvent 函数来等待事件消息，然后进行消息的处理和分发。在消息的处理中调用了WriteChar函数 和 ReceiveChar函数。另外在这个 SPC线程函数中还进行了必要的异常处理。 C，其他的相关函数 其它的几个函数 ProcessErrorMessage，GetDCB 和 GetWriteBufferSize 则完成一些辅助 的功能。 2.2 CSerialPort串口通信类的具体应用 前面介绍了 CSerialPort类的声明以及其中一些重要的函数。下面介绍在 VC++6.0环境 下利用 MFC 编写一个基于对话框的串口通信测试的应用程序[1]。定义实现串口通信的类为 CSerialPort。 2.2.1 串口初始化 在我们的例子中，我们在 CSerialPort.h中声明一个串口类的对象： CSerialPort m_SerialPort； 要实现串口首先需要对串口进行设置和初始化。打开串口后，才能对串口的状态进行监 控。其串口初始化函数如下： InitPort(this, nPort, band, checkbit, databits, stopbits,EV_RXFLAG | EV_RXCHAR,512)； 初始化串口的状态，每次只能初始化一个串口。其中参数 nPort：端口号, band：波特率, checkbit：校验位, databits：数据个数, stopbits：停止位均可以通过界面设置，也可以在初始 化串口时直接定义。 初始化串口完毕后，需要通过 StartMonitoring()启动串口通信线程函数 CommThread， 即可立即对所定义的串口进行监听。 2.2.2 处理函数的定义 在文件 CSerialPort.h类 CSerialPort的定义中声明自定义处理函数： afx_msg void OnComm(WPARAM ch, LPARAM port)； 在 CSerialPort.cpp内添加函数 OnComm（）。实现了对接受到的数据的处理代码。 在文件 CSerialPort.cpp消息映射的 BEGIN_MESSAGE_MAP和 END_MESSAGE_MAP 之间添加自定义消息映射宏 ON_MESSAGE(WM_COMM_RXCHAR, OnComm)，即在接受 http://www.paper.edu.cn - 4 - 到字节的情况下触发函数。这样就可以在串口上存在一个字节的时候就可以触发 OnComm （）函数来处理消息。 2.2.3 写串口 在处理完接受的消息的后，就需要将反馈的消息再次写到串口发送出来，从而完成串口 通信。在这里我们使用 m_SerialPort.WriteToPort(char* string,int n)来完成写串口，其中定义 了写到串口的字符串和字符的个数。在 CSerialPort类中，我们补充了其他的WriteToPort的 函数以满足其他情况下的需要，在使用的过程中大家可以根据需要选择合适的写串口函数， 也可以根据自己的需要来扩充其他的函数。 2.2.4关闭串口 在串口通信完毕用 m_SerialPort.ClosePort()来关闭串口。 3. 测试 使用“串口调试工具”对编写的串口测试工具进行调试，用串口线将 PC机上的串口 1和 串口 2 相连。将串口调试工具和串口测试工具的参数设置如下所示，其比特率，交验位， 数据位，停止位设置必须相同，其两个端口号分别选择为端口 1，端口 2。当两个端口同时 打开的时候，PC 机上的串口连接线将两个串口导通。当“串口调试工具”发送“this is a test program!”信息时，在串口测试工具接受到该条信息。测试结果如下图所示：图 1：串口调试 器发送信息；图 2：串口测试工具接受信息。 图 1 串口调试器发送信息 图 2 串口测试工具接受信息 4. 结束语 本文应用 Win32的 API函数和 C++类的基本思想把对串口的操作封装成一个串口通信 类的 CSeriaPort，采用该串口通信类对串口设备的“屏蔽”，增加对串口操作的透明度，提高 串口传输数据的可靠性，方便程序员的编程。另外，还可以根据自己的需求对 CSeriaPort 类进行功能扩充。 http://www.paper.edu.cn - 5 - 参考文献 [1] Kruglinski．《Visual C++ 技术内幕》［M］．北京：电子工业出版社，1999． [2] 李现勇．《Visual C+ +串口通信技术与工程实践》［M］．北京：人民邮电出版社． [3] 王颖．《用 VC6.0 实现串行通信的三种方法》［J］．VC 知识库在线帮助期，http://www.vckbase.com/， 2000第 9 期：18-20． Application design of serial communication based on VC++ Wang Zhen, Chen Yongtai school of information engineering，Wuhan University of Technology, Wuhan, PRC (430070) Abstract This paper introduces a new Serial Port class, which is named CSerialPort and is comprised based on Win32 API and some C++ classes. By introducing one example, we analysis the application of the CSerialPort class in the serial communication based on VC++. Keywords：VC++，Serial Communication，Class CSerialPort