1 引言

在當今的工業(yè)控制領域，串口通信是計算機與其他設備進行數(shù)據(jù)通信時經常使用的方法，具有實現(xiàn)簡單、使用靈活、數(shù)據(jù)傳輸可靠等幾個優(yōu)點，特別是在實時監(jiān)控系統(tǒng)中得到廣泛應用，在我們使用的計算機上使用的串口一般是RS232，使用RS232接口只能進行一對一的通信，然而在工業(yè)控制領域往往是一臺工控機和多臺智能設備進行通信，并且要求傳輸距離遠，因為這些需求，在工控領域一般使用RS485。

在Win32下，可以使用兩種編程方式實現(xiàn)串口通信，其一是使用MScomm控件，這種方法程序簡單，但欠靈活。其二是調用Windows的API函數(shù)，這種方法可以清楚地掌握串口通信的機制，并且自由靈活。使用控件的方法在本質上也是使用API進行串口通信，控件只不過是對API的一個封裝處理，本文只介紹使用API進行串口通信編程的方法。

2 串口通信的一般步驟

2.1 打開串口

在32位Windows中，串口和其他通信設備（如磁盤等）都被作為文件進行處理，在使用前必須先將其打開，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，也就是在被串口打開后，其他程序不能在去打開此設備。

2.2 配置串口

在使用串口進行數(shù)據(jù)通信前必須對其進行正確的配置，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、收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小。除此之外還要對串口進行超時設置，以防止在串口通信時數(shù)據(jù)傳輸突然中斷而導致讀寫操作進入無限期等待的狀態(tài)，設置了超時，如果在時間內沒有完成所進行的操作，則此操作被自動放棄。

2.3 讀寫串口

在串口被打開并設置好后，就可以使用串口進行讀寫數(shù)據(jù)了，讀寫數(shù)據(jù)可以采用同步、異步及事件驅動等多種方式。

2.4 關閉串口

在使用完串口后應該將其關閉，如果沒有關閉，該串口會處于打開狀態(tài)，其他的應用程序便無法打開使用該串口。

3 利用API函數(shù)實現(xiàn)串口通信

3.1 打開串口

Win32系統(tǒng)把文件的概念進行了擴展。無論是文件、通信設備、命名管道、郵件槽、磁盤、還是控制臺，都是用API函數(shù)CreateFile來打開或創(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）;

各個參數(shù)說明如下：

lpFileName：將要打開的串口邏輯名，如“COM1”；

dwDesiredAccess：串口訪問的類型，可以是讀取、寫入或二者并列；

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

lpSecurityAttributes：引用安全性屬性結構，缺省值為NULL；

dwCreationDistribution：創(chuàng)建標志，對串口操作該參數(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：對串口而言該參數(shù)必須置為NULL；

3.2 配置串口

在打開通訊設備句柄后，常常需要對串口進行一些初始化配置工作。這需要通過一個DCB結構來進行。DCB結構包含了諸如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗和停止位數(shù)等信息。在查詢或配置串口的屬性時，都要用DCB結構來作為緩沖區(qū)。在打開串口后，可以調用GetCommState函數(shù)來獲取串口的默認配置，該函數(shù)獲取一個DCB結構體，只要在該結構內對應該先修改DCB結構，然后再調用SetCommState函數(shù)以修改后的DCB結構設置串口。DCB主要有以下幾個重要的成員：

BYTE ByteSize; // 通信字節(jié)位數(shù)

BYTE Parity;   //奇偶校驗方法。此成員可以有下列值：

//EVENPARITY 偶校驗     NOPARITY 無校驗

//MARKPARITY 標記校驗   ODDPARITY 奇校驗

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設置串口的一些基本參數(shù)外，一般還需要設置串口收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小和超時，超時的作用是在的時間內沒有讀入或發(fā)送數(shù)量的字符，讀寫操作仍然會結束。Windows用I/O緩沖區(qū)來暫存串口輸入和輸出的數(shù)據(jù)，如果通信的速率較高，則應該設置較大的緩沖區(qū)。我們可以使用API函數(shù)SetupComm設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)的大小（字節(jié)數(shù)）

    DWORD dwOutQueue ）;   // 輸出緩沖區(qū)的大?。ㄗ止?jié)數(shù)）

關于讀寫串口的超時設置，windows給我們提供一個專門的結構體COMMTIMEOUTS，其定義如下：

typedef struct _COMMTIMEOUTS {

     DWORD ReadIntervalTimeout;         //讀間隔超時

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

    DWORD ReadTotalTimeoutConstant;    //讀時間常量

    DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier;   //寫時間系數(shù)

    DWORD WriteTotalTimeoutConstant;    //寫時間常量

} COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;

COMMTIMEOUTS結構的成員都以毫秒為單位?？偝瑫r的計算公式是：

總超時＝時間系數(shù)×要求讀/寫的字符數(shù)＋時間常量

例如，要讀入10個字符，那么讀操作的總超時的計算公式為：

讀總超時＝ReadTotalTimeoutMultiplier×10＋ReadTotalTimeoutConstant

通過該結構體windowsAPI為我們提供兩個函數(shù)：GetCommTimeouts和SetCommTimeouts，前者獲取當前的超時設置，后者使用修改后的COMMTIMEOUTS設置超時，與設置串口闡述類似。

在讀寫串口之前，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  中斷所有寫操作并立即返回，即使寫操作還沒有完成。

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

PURGE_TXCLEAR  清除輸出緩沖區(qū)

PURGE_RXCLEAR  清除輸入緩沖區(qū)

3.3 讀寫串口

讀寫串口使用ReadFile和WriteFile兩個函數(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,                 //要寫入數(shù)據(jù)的地址

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

  LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,  //實際寫入的字節(jié)數(shù)

  LPOVERLAPPED lpOverlapped）;      //OVERLAPPED，同步為NULL

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

3.4 關閉串口

在不使用串口的時候應該將其關閉，以釋放windows的資源供其他程序使用，關閉串口只需調用CloseHandle（hComm/*串口句柄*/）即可。

4 串行通信在世紀星組態(tài)軟件中的應用

作為通用的組態(tài)軟件，世紀星要與其他PLC、智能儀表等設備進行通信，串行通信是主要的方式之一，基于前面所述使用API進行串行通信開發(fā)的優(yōu)點，并考慮程序開發(fā)的便捷和可重用等，在世紀星中，我們將串行通信API進行封裝，以類的方式對串口進行操作，其中打開串口及配置串口參數(shù)的操作我們通過可視化窗口進行設定，然后在封裝類中實現(xiàn)，相關的操作處理讀寫數(shù)據(jù)外基本都已實現(xiàn)，因為不同的設備有不同的協(xié)議，因而讀寫串口的操作在驅動程序中完成，這樣我們的開發(fā)人員就不必關注太多其他的相關操作，只需根據(jù)實際設備重寫讀寫串口的成員函數(shù)即可。

5 結論

  Windows是當前應用程序開發(fā)的主流平臺，VC++6.0是該平臺強大的開發(fā)工具，使用windowsAPI開發(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制，并且開發(fā)人員可以根據(jù)需要使用API進行靈活的程序設計，在SCADA中串行通信是*的技術，所以掌握串行通信的開發(fā)方法具有現(xiàn)實意義。