1 引言

在當(dāng)今的工業(yè)控制領(lǐng)域，串口通信是計(jì)算機(jī)與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)經(jīng)常使用的方法，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、使用靈活、數(shù)據(jù)傳輸可靠等幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，特別是在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，在我們使用的計(jì)算機(jī)上使用的串口一般是RS232，使用RS232接口只能進(jìn)行一對(duì)一的通信，然而在工業(yè)控制領(lǐng)域往往是一臺(tái)工控機(jī)和多臺(tái)智能設(shè)備進(jìn)行通信，并且要求傳輸距離遠(yuǎn)，因?yàn)檫@些需求，在工控領(lǐng)域一般使用RS485。

在Win32下，可以使用兩種編程方式實(shí)現(xiàn)串口通信，其一是使用MScomm控件，這種方法程序簡(jiǎn)單，但欠靈活。其二是調(diào)用Windows的API函數(shù)，這種方法可以清楚地掌握串口通信的機(jī)制，并且自由靈活。使用控件的方法在本質(zhì)上也是使用API進(jìn)行串口通信，控件只不過(guò)是對(duì)API的一個(gè)封裝處理，本文只介紹使用API進(jìn)行串口通信編程的方法。

2 串口通信的一般步驟

2.1 打開(kāi)串口

在32位Windows中，串口和其他通信設(shè)備（如磁盤(pán)等）都被作為文件進(jìn)行處理，在使用前必須先將其打開(kāi)，為保證串口通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，串口一般以非共享模式打開(kāi)，也就是在被串口打開(kāi)后，其他程序不能在去打開(kāi)此設(shè)備。

2.2 配置串口

在使用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信前必須對(duì)其進(jìn)行正確的配置，串口需要配置的主要參數(shù)有波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)、收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小。除此之外還要對(duì)串口進(jìn)行超時(shí)設(shè)置，以防止在串口通信時(shí)數(shù)據(jù)傳輸突然中斷而導(dǎo)致讀寫(xiě)操作進(jìn)入無(wú)限期等待的狀態(tài)，設(shè)置了超時(shí)，如果在時(shí)間內(nèi)沒(méi)有完成所進(jìn)行的操作，則此操作被自動(dòng)放棄。

2.3 讀寫(xiě)串口

在串口被打開(kāi)并設(shè)置好后，就可以使用串口進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)了，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)可以采用同步、異步及事件驅(qū)動(dòng)等多種方式。

2.4 關(guān)閉串口

在使用完串口后應(yīng)該將其關(guān)閉，如果沒(méi)有關(guān)閉，該串口會(huì)處于打開(kāi)狀態(tài)，其他的應(yīng)用程序便無(wú)法打開(kāi)使用該串口。

3 利用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口通信

3.1 打開(kāi)串口

Win32系統(tǒng)把文件的概念進(jìn)行了擴(kuò)展。無(wú)論是文件、通信設(shè)備、命名管道、郵件槽、磁盤(pán)、還是控制臺(tái)，都是用API函數(shù)CreateFile來(lái)打開(kāi)或創(chuàng)建的。該函數(shù)的原型為：

HANDLE CreateFile（LPCTSTR lpFileName,

                  DWORD dwDesiredAccess,

                  DWORD dwShareMode,

                  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,

                  DWORD dwCreationDistribution,

DWORD dwFlagsAndAttributes,

HANDLE hTemplateFile）;

各個(gè)參數(shù)說(shuō)明如下：

lpFileName：將要打開(kāi)的串口邏輯名，如“COM1”；

dwDesiredAccess：串口訪問(wèn)的類(lèi)型，可以是讀取、寫(xiě)入或二者并列；

dwShareMode：共享屬性，由于串口不能共享，該參數(shù)必須置為0；

lpSecurityAttributes：引用安全性屬性結(jié)構(gòu)，缺省值為NULL；

dwCreationDistribution：創(chuàng)建標(biāo)志，對(duì)串口操作該參數(shù)必須置為OPEN_EXISTING；

dwFlagsAndAttributes：屬性描述，用于該串口是否進(jìn)行異步操作，該值為FILE_FLAG_OVERLAPPED，表示使用異步的I/O；該值為0，表示同步I/O操作；

hTemplateFile：對(duì)串口而言該參數(shù)必須置為NULL；

3.2 配置串口

在打開(kāi)通訊設(shè)備句柄后，常常需要對(duì)串口進(jìn)行一些初始化配置工作。這需要通過(guò)一個(gè)DCB結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行。DCB結(jié)構(gòu)包含了諸如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗(yàn)和停止位數(shù)等信息。在查詢或配置串口的屬性時(shí)，都要用DCB結(jié)構(gòu)來(lái)作為緩沖區(qū)。在打開(kāi)串口后，可以調(diào)用GetCommState函數(shù)來(lái)獲取串口的默認(rèn)配置，該函數(shù)獲取一個(gè)DCB結(jié)構(gòu)體，只要在該結(jié)構(gòu)內(nèi)對(duì)應(yīng)該先修改DCB結(jié)構(gòu)，然后再調(diào)用SetCommState函數(shù)以修改后的DCB結(jié)構(gòu)設(shè)置串口。DCB主要有以下幾個(gè)重要的成員：

BYTE ByteSize; // 通信字節(jié)位數(shù)

BYTE Parity;   //奇偶校驗(yàn)方法。此成員可以有下列值：

//EVENPARITY 偶校驗(yàn)     NOPARITY 無(wú)校驗(yàn)

//MARKPARITY 標(biāo)記校驗(yàn)   ODDPARITY 奇校驗(yàn)

BYTE StopBits;  //停止位的位數(shù)。此成員可以有下列值：

//ONESTOPBIT   1位停止位  

//TWOSTOPBITS  2位停止位

//ONE5STOPBITS 1.5位停止位

除了使用BCD設(shè)置串口的一些基本參數(shù)外，一般還需要設(shè)置串口收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小和超時(shí)，超時(shí)的作用是在的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有讀入或發(fā)送數(shù)量的字符，讀寫(xiě)操作仍然會(huì)結(jié)束。Windows用I/O緩沖區(qū)來(lái)暫存串口輸入和輸出的數(shù)據(jù)，如果通信的速率較高，則應(yīng)該設(shè)置較大的緩沖區(qū)。我們可以使用API函數(shù)SetupComm設(shè)置串口的輸入和輸出緩沖區(qū)的大小，其原型如下：

BOOL SetupComm（

    HANDLE hFile,          // 串口句柄

    DWORD dwInQueue,      // 輸入緩沖區(qū)的大?。ㄗ止?jié)數(shù)）

    DWORD dwOutQueue ）;   // 輸出緩沖區(qū)的大小（字節(jié)數(shù)）

關(guān)于讀寫(xiě)串口的超時(shí)設(shè)置，windows給我們提供一個(gè)專門(mén)的結(jié)構(gòu)體COMMTIMEOUTS，其定義如下：

typedef struct _COMMTIMEOUTS {

     DWORD ReadIntervalTimeout;         //讀間隔超時(shí)

    DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier;   //讀時(shí)間系數(shù)

    DWORD ReadTotalTimeoutConstant;    //讀時(shí)間常量

    DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier;   //寫(xiě)時(shí)間系數(shù)

    DWORD WriteTotalTimeoutConstant;    //寫(xiě)時(shí)間常量

} COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;

COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的成員都以毫秒為單位。總超時(shí)的計(jì)算公式是：

總超時(shí)＝時(shí)間系數(shù)×要求讀/寫(xiě)的字符數(shù)＋時(shí)間常量

例如，要讀入10個(gè)字符，那么讀操作的總超時(shí)的計(jì)算公式為：

讀總超時(shí)＝ReadTotalTimeoutMultiplier×10＋ReadTotalTimeoutConstant

通過(guò)該結(jié)構(gòu)體windowsAPI為我們提供兩個(gè)函數(shù)：GetCommTimeouts和SetCommTimeouts，前者獲取當(dāng)前的超時(shí)設(shè)置，后者使用修改后的COMMTIMEOUTS設(shè)置超時(shí)，與設(shè)置串口闡述類(lèi)似。

在讀寫(xiě)串口之前，還要用PurgeComm（…）函數(shù)清空緩沖區(qū)，該函數(shù)原型：

BOOL PurgeComm（

    HANDLE hFile,      //串口句柄

    DWORD dwFlags ）;   //需要完成的操作

參數(shù)dwFlags要完成的操作，可以是下列值的組合：

PURGE_TXABORT  中斷所有寫(xiě)操作并立即返回，即使寫(xiě)操作還沒(méi)有完成。

PURGE_RXABORT  中斷所有讀操作并立即返回，即使讀操作還沒(méi)有完成。

PURGE_TXCLEAR  清除輸出緩沖區(qū)

PURGE_RXCLEAR  清除輸入緩沖區(qū)

3.3 讀寫(xiě)串口

讀寫(xiě)串口使用ReadFile和WriteFile兩個(gè)函數(shù)，其原型如下：

BOOL ReadFile（

    HANDLE hFile,                     //串口的句柄

    LPVOID lpBuffer,                  //保存讀入數(shù)據(jù)的指針

DWORD nNumberOfBytesToRead,     //要讀入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

LPDWORD lpNumberOfBytesRead,   //實(shí)際讀入的字節(jié)數(shù)

    LPOVERLAPPED lpOverlapped ）;    //OVERLAPPED，同步為NULL

BOOL WriteFile（

  HANDLE hFile,                    //串口的句柄

  LPCVOID lpBuffer,                 //要寫(xiě)入數(shù)據(jù)的地址

  DWORD nNumberOfBytesToWrite,    //要寫(xiě)入數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

  LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,  //實(shí)際寫(xiě)入的字節(jié)數(shù)

  LPOVERLAPPED lpOverlapped）;      //OVERLAPPED，同步為NULL

在進(jìn)行同步操作時(shí)，讀寫(xiě)函數(shù)要等到執(zhí)行完才返回，而在異步操作時(shí)函數(shù)立即返回，但不保證讀寫(xiě)操作完成，這時(shí)候就需要使用OVERLAPPED結(jié)構(gòu)進(jìn)行異步控制，該結(jié)構(gòu)體有一個(gè)重要的成員hEvent，該成員是windows事件對(duì)象的句柄在控制線程同步及異步操作時(shí)常用到，如果是異步操作，我們可以使用CreateEvent（…）創(chuàng)建事件對(duì)象并將返回值賦給hEvent，然后使用WaitForSingleObject或GetOverlappedResult等待讀寫(xiě)操作完成，進(jìn)而達(dá)到控制異步操作的目的。

3.4 關(guān)閉串口

在不使用串口的時(shí)候應(yīng)該將其關(guān)閉，以釋放windows的資源供其他程序使用，關(guān)閉串口只需調(diào)用CloseHandle（hComm/*串口句柄*/）即可。

4 串行通信在世紀(jì)星組態(tài)軟件中的應(yīng)用

作為通用的組態(tài)軟件，世紀(jì)星要與其他PLC、智能儀表等設(shè)備進(jìn)行通信，串行通信是主要的方式之一，基于前面所述使用API進(jìn)行串行通信開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，并考慮程序開(kāi)發(fā)的便捷和可重用等，在世紀(jì)星中，我們將串行通信API進(jìn)行封裝，以類(lèi)的方式對(duì)串口進(jìn)行操作，其中打開(kāi)串口及配置串口參數(shù)的操作我們通過(guò)可視化窗口進(jìn)行設(shè)定，然后在封裝類(lèi)中實(shí)現(xiàn)，相關(guān)的操作處理讀寫(xiě)數(shù)據(jù)外基本都已實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴煌脑O(shè)備有不同的協(xié)議，因而讀寫(xiě)串口的操作在驅(qū)動(dòng)程序中完成，這樣我們的開(kāi)發(fā)人員就不必關(guān)注太多其他的相關(guān)操作，只需根據(jù)實(shí)際設(shè)備重寫(xiě)讀寫(xiě)串口的成員函數(shù)即可。

5 結(jié)論

  Windows是當(dāng)前應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的主流平臺(tái)，VC++6.0是該平臺(tái)強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具，使用windowsAPI開(kāi)發(fā)串口通信的程序可使我們更加清晰的了解串口通信的機(jī)制，并且開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)需要使用API進(jìn)行靈活的程序設(shè)計(jì)，在SCADA中串行通信是*的技術(shù)，所以掌握串行通信的開(kāi)發(fā)方法具有現(xiàn)實(shí)意義。