串口通信技術在Visual C++中的實現

摘要:本文介紹了串口通信的基本原理，分析和研究了串口通信在Visual C++開發環境下的實現方法，并對各種實現方法的優缺點進行了比較。

關鍵詞:串口通信;多線程;非阻塞通信;MSComm控件

1 串口通信的基本原理

串口的本質功能是作為CPU和串口通信設備間的編碼轉換器。當數據從CPU經過串口發送出去時，字節數據轉換為串口的位。在接收數據時，串口的位被轉換為字節數據。

在Windows環境下，串口是系統資源的一部分。應用程序要使用串口進行通信，必須在使用之前向操作系統提出資源申請要求(打開串口)，通信完成后必須釋放資源，即關閉串口。

2 VC下的32位串口應用程序

32位下串口通信程序可以用3種方法實現:MSComm控件;使用API通信函數或者CSerialPort類。下面介紹的都是在單文檔應用程序中加入串口通信功能的程序。

2.1 使用MSComm控件

VC++6.0提供的MSComm控件通過串口端口發送和接收數據，為應用程序提供串口通信功能，使用非常方便。

在當前的對話框中插入一個MSComm控件，然后在ClassWizard中為新創建的通信控件定義一個成員對象(CMSComm m_Com)，接下來只需要通過該成員對象即可設置MSComm控件的相關屬性。MSComm控件提供了很多屬性，通常我們只需要設置幾個常用的屬性，即初始化串口，然后需要打開串口。

(1)初始化串口

串口的初始化主要是通過串口的屬性設置相應的參數。利用成員對象m_Com初始化串口參數的主要流程如圖1所示。

(2)捕捉串口事件

MSComm控件可以采用查詢或事件驅動的方式從端口獲取數據。事件驅動方式是處理串口端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，在事件發生時需要得到通知，例如:在串口接收緩沖區中有字符，或者CD線上或RTS線上一個字符到達或一個事件發生時，可以利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理這些通信事件，OnComm事件還可以檢查和處理通信錯誤。

查詢方式實質上屬于事件驅動，但在某些情況下，這種方式更為便捷。在程序的每個關鍵功能之后，可以通過檢查CommEvent屬性值來查詢霎時間和錯誤，只要CommEvent屬性的值有了變化，就表明有一個事件或一個錯誤發生。如果應用程序較小，且自成一體，則該方法更為可取。本文介紹使用比較廣泛的事件驅動方法:有事件(如接收到數據)時通知程序。在程序中需要捕獲并處理這些通信事件。

(3)串口讀寫

完成讀寫的函數很簡單，只需調用GetInput()和SetOutput()兩個函數即可。兩個函數的原型是:VARIANT GetInput()及void SetOutput(const VARIANT NEWvALUE)，兩者都要使用VARIANT類型(所有Idispatch::Invoke的參數和返回值在內部都是作為VARIANT對象處理的)。

無論是在PC機讀取上傳數據時還是在PC機發送下行命令時，我們都習慣于使用字符串的形式。字符串可以用BSTR表示，但是所有的BSTR都是包含寬字符，WinNT支持寬字符，而Win95并不支持。為解決上述問題，我們在實際應用中使用CbyteArray。串口接收數據的處理流程如圖2所示。

OnComm事件的程序結構如下:

void CMainFrame::OnCommMscomm()

{

……

switch( m_Com.GetCommEvent( ) )

{

……

case 2: //串口數據接收和處理

……

}

}

2.2 使用32位的API通信函數

在VC++6.0下，MFC應用程序的線程由CWinThread對象表示。VC++把線程分為兩種:用戶界面線程和工作者線程。用戶界面線程能夠提供界面和用戶交互，通常用于處理用戶輸入及其相應的各種事件和消息;而工作都線程主要用來處理程序的后臺任務。程序一般不需要直接創建CWinThread對象，通過調用AfxBeginThread()函數就會自動創建一個CWinThread對象，從而開始一個線程。創建上述的兩種線程都利用這個函數。

首先在在MainFrm.cpp中定義全局變量(串口句柄hCom和hCommWatchThread)，然后在程序中創建一個串口，并進行相應的串口參數設置，然后啟動一個工作者線程，主要用它來監視串口狀態，看有無數據到達、通信有無錯誤;而用戶界面線程則可專心進行數據處理、提供友好的用戶界面等重要的工作，最后為工作者線程寫一個全局函數，主要完成數據接收的工作。程序處理的流程如圖3所示。

數據接收函數的編寫相對較簡單，首先調用SetCommMask設置只接收字符，然后調用WAITcOMMeVENT等待串口事件的發生。當串口有數據到來時，判斷其是否為字符，若是，則調用ClearCommError獲取串口的狀態并清除串口的錯誤，再調用ReadFile讀取數據，并通過串口狀態的cbInQue屬性獲取數據的大小，最后再將數據顯示出來。

值得注意的是，如果在CreateFile()時使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED，則在ReadFile()中必須采用LPOVERLAPPED結構。否則，函數會錯誤地報告該操作已完成了。

在此，我們使用了多線程技術，在工作者線程中監視串口，有數據到達時依靠事件驅動，讀入數據并向主線程報告。并且，WaitCommEvent()、ReadFile()、WriteFile()都使用了非阻塞通信技術，依靠重疊(overlapped)讀寫操作，讓串口讀寫操作在后臺運行。

2.3 使用簡單而強大的多線程串口編程工具CSerialPort類

使用MSComm控件編程簡單，對付簡單的任務完全可以勝任，但當我們需要在程序中用多個串口，而且還要做很多復雜的處理，那么最好不用MSComm通信控件。如果這時你不想自己編寫底層的東西或者對API函數不是很了解，你可以使用CSerialPort類來完成比較復雜的任務。這是Remon Spekreijse寫的一個串口類，類作者已作了一個基于對話框，且同時能檢測4個串口的示例程序。有了這個類，我們編程就容易多了，只要在程序中加入這個類文件，然后就可以按照通常的方法使用該類中的一些函數。該類可在相關網站上下載。

3 結語

本文在闡述了串口通信的基本原理之后，討論了實現串口通信的具體方法，其中使用API函數實現串口編程，方法靈活，功能強大，但需要編程人員對串口聽硬件工作原理有較深入的了解;使用MSComm控件編程方法簡單，容易實現，但靈活性較差，可以很方便地實現簡單任務。

參考文獻

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