串行通信的基本原理及用MFC实现串口通信编程

作者:源码世界时间:2014-05-03分类:网站安全评论:0浏览:4530

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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。

①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。

②电气特性:

数据传输速率最大可到20K bps,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。

③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。)

   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:

① 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);

② BuildCommDCB() 、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", &dcb);

SetCommState(&dcb);

③ 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 wr[30]; 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。

㈠ 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。

  ⑴.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 )。

  ⑵.在MainFrm.h中加入MSComm控件。

protected:

   CMSComm m_ComPort;

在Mainfrm.cpp::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 Control ");

return -1;   // fail to create

    }

  ⑶.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. 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);

⑷.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()

⑸.串口读写. 完成读写的函数的确很简单,GetInput()和SetOutput()就可。两个函数的原型是:

VARIANT GetInput();及 void SetOutput(const VARIANT& newValue);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(k>0) {

vResponse=m_commCtrl.GetInput(); //read

SaveData(k,(unsigned char*) vResponse.parray->pvData);

} // 接收到字符,MSComm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
array.SetAt(i, TxData[i]);

   m_ComPort.SetOutput(COleVariant(array)); // 发送数据

}

请大家认真关注第⑷、⑸中内容,在实际工作中是重点、难点所在。

㈡ 使用32位的API 通信函数:

可能很多朋友会觉得奇怪:用32位API函数编写串口通信程序,不就是把16位的API换成32位吗?16位的串口通信程序可是多年之前就有很多人研讨过了……

此文主要想介绍一下在API串口通信中如何结合非阻塞通信、多线程等手段,编写出高质量的通信程序。特别是在CPU处理任务比较繁重、与外围设备中有大量的通信数据时,更有实际意义。

⑴.在中MainFrm.cpp定义全局变量

HANDLE    hCom; // 准备打开的串口的句柄

HANDLE    hCommWatchThread ;//辅助线程的全局函数

⑵.打开串口,设置串口

hCom =CreateFile( "COM2", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, // 允许读写

         0,          // 此项必须为0

         NULL,         // no security attrs

         OPEN_EXISTING,    //设置产生方式

         FILE_FLAG_OVERLAPPED, // 我们准备使用异步通信

         NULL );

请大家注意,我们使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED结构。这正是使用API实现非阻塞通信的关键所在。

ASSERT(hCom!=INVALID_HANDLE_VALUE); //检测打开串口操作是否成功

SetCommMask(hCom, EV_RXCHAR|EV_TXEMPTY );//设置事件驱动的类型

SetupComm( hCom, 1024,512) ; //设置输入、输出缓冲区的大小

PurgeComm( hCom, PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR

           | PURGE_RXCLEAR ); //清干净输入、输出缓冲区

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