深入浅出VC++串口编程之基于Win32 API

1、API描述
在WIN32 API中，串口使用文件方式进行访问，其操作的API基本上与文件操作的API一致。
打开串口
Win32 中用于打开串口的API 函数为CreateFile，其原型为：
HANDLE CreateFile (
LPCTSTR lpFileName, //将要打开的串口逻辑名，如COM1 或COM2
DWORD dwAccess, //指定串口访问的类型，可以是读取、写入或两者并列
DWORD dwShareMode, //指定共享属性，由于串口不能共享,该参数必须置为0
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa, //引用安全性属性结构，缺省值为NULL
DWORD dwCreate, //创建标志，对串口操作该参数必须置为OPEN EXISTING
DWORD dwAttrsAndFlags, //属性描述，用于指定该串口是否可进行异步操作，
//FILE_FLAG_OVERLAPPED：可使用异步的I/O
HANDLE hTemplateFile //指向模板文件的句柄，对串口而言该参数必须置为NULL
);
例如，以下程序用于以同步读写方式打开串口COM1：
HANDLE hCom;
DWORD dwError;
hCon = CreateFile("COM1", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
if (hCom == (HANDLE)0xFFFFFFFF)
{
dwError = GetLastError();
MessageBox(dwError);
}
对于dwAttrsAndFlags参数及FILE_FLAG_OVERLAPPED标志的由来，可解释如下：Windows文件操作分为同步I/O和重叠I/O(Overlapped I/ O)两种方式，在同步I/O方式中，API会阻塞直到操作完成以后才能返回（在多线程方式中，虽然不会阻塞主线程，但是仍然会阻塞监听线程）；而在重叠I/O方式中，API会立即返回，操作在后台进行，避免线程的阻塞。重叠I/O非常灵活，它也可以实现阻塞（例如我们可以设置一定要读取到一个数据才能进行到下一步操作)。如果进行I/O操作的API 在没有完成操作的情况下返回，我们可以通过调用GetOverLappedResult()函数阻塞到I/O操作完成后返回。
配置串口
配置串口是通过改变设备控制块DCB(Device Control Block) 的成员变量值来实现的，接收缓冲区和发送缓冲区的大小可通过SetupComm函数来设置。
DCB结构体定义为：
typedef struct _DCB { // dcb
DWORD DCBlength; // sizeof(DCB)
DWORD BaudRate; // current baud rate
DWORD fBinary: 1; // binary mode, no EOF check
DWORD fParity: 1; // enable parity checking
DWORD fOutxCtsFlow:1; // CTS output flow control
DWORD fOutxDsrFlow:1; // DSR output flow control
DWORD fDtrControl:2; // DTR flow control type
DWORD fDsrSensitivity:1; // DSR sensitivity
DWORD fTXContinueOnXoff:1; // XOFF continues Tx
DWORD fOutX: 1; // XON/XOFF out flow control
DWORD fInX: 1; // XON/XOFF in flow control
DWORD fErrorChar: 1; // enable error replacement
DWORD fNull: 1; // enable null stripping
DWORD fRtsControl:2; // RTS flow control
DWORD fAbortOnError:1; // abort reads/writes on error
DWORD fDummy2:17; // reserved
WORD wReserved; // not currently used
WORD XonLim; // transmit XON threshold
WORD XoffLim; // transmit XOFF threshold
BYTE ByteSize; // number of bits/byte, 4-8
BYTE Parity; // 0-4=no,odd,even,mark,space
BYTE StopBits; // 0,1,2 = 1, 1.5, 2
char XonChar; // Tx and Rx XON character
char XoffChar; // Tx and Rx XOFF character
char ErrorChar; // error replacement character
char EofChar; // end of input character
char EvtChar; // received event character
WORD wReserved1; // reserved; do not use
} DCB;
而SetupComm函数的原型则为：
BOOL SetupComm(
HANDLE hFile, // handle to communications device
DWORD dwInQueue, // size of input buffer
DWORD dwOutQueue // size of output buffer
);
以下程序将串口设置为：波特率为9600，数据位数为7位，停止位为2 位，偶校验，接收缓冲区和发送缓冲区大小均为1024个字节，最后用PurgeComm函数终止所有的后台读写操作并清空接收缓冲区和发送缓冲区：
DCB dcb;
dcb.BaudRate = 9600; //波特率为9600
dcb.ByteSize = 7; //数据位数为7位
dcb.Parity = EVENPARITY; //偶校验
dcb.StopBits = 2; //两个停止位
dcb.fBinary = TRUE;
dcb.fParity = TRUE;
if (!SetCommState(hCom, &dcb))
{
MessageBox("串口设置出错!");
}
SetupComm(hCom, 1024, 1024);
PurgeComm(hCom, PURCE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR);
超时设置
超时设置是通过改变COMMTIMEOUTS结构体的成员变量值来实现的，COMMTIMEOUTS的原型为：
typedef struct _COMMTIMEOUTS
{
DWORD ReadIntervalTimeout; //定义两个字符到达的最大时间间隔，单位：毫秒
//当读取完一个字符后，超过了ReadIntervalTimeout，仍未读取到下一个字符，就会
//发生超时
DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier;
DWORD ReadTotalTimeoutConstant;
//其中各时间所满足的关系如下：
//ReadTotalTimeout = ReadTotalTimeOutMultiplier* BytesToRead + ReadTotalTimeoutConstant
DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier;
DWORD WriteTotalTimeoutConstant;
} COMMTIMEOUTS, *LPCOMMTIMEOUTS;
设置超时的函数为SetCommTimeouts，其原型中接收COMMTIMEOUTS的指针为参数：
BOOL SetCommTimeouts(
HANDLE hFile, // handle to communications device
LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts // pointer to comm time-out structure
);
以下程序将串口读操作的超时设定为10 毫秒：
COMMTIMEOUTS to;
memset(&to, 0, sizeof(to));
to.ReadIntervalTimeout = 10;
SetCommTimeouts(hCom, &to);
与SetCommTimeouts对应的GetCommTimeouts()函数的原型为：
BOOL GetCommTimeouts(
HANDLE hFile, // handle of communications device
LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts // pointer to comm time-out structure
);
事件设置
在读写串口之前，需要用SetCommMask ()函数设置事件掩模来监视指定通信端口上的事件，其原型为：
BOOL SetCommMask(
HANDLE hFile, //标识通信端口的句柄
DWORD dwEvtMask //能够使能的通信事件
);
有了Set当然还会有Get，与SetCommMask对应的GetCommMask()函数的原型为：
BOOL GetCommMask(
HANDLE hFile, //标识通信端口的句柄
LPDWORD lpEvtMask // address of variable to get event mask
);
串口上可以发生的事件可以是如下事件列表中的一个或任意组合：EV_BREAK、EV_CTS、EV_DSR、EV_ERR、EV_RING、EV_RLSD、EV_RXCHAR、EV_RXFLAG、EV_TXEMPTY。
我们可以用WaitCommEvent()函数来等待串口上我们利用SetCommMask ()函数设置的事件：
BOOL WaitCommEvent(
HANDLE hFile, //标识通信端口的句柄
LPDWORD lpEvtMask, // address of variable for event that occurred
LPOVERLAPPED lpOverlapped, // address of overlapped structure
);
WaitCommEvent()函数一直阻塞，直到串口上发生我们用所SetCommMask ()函数设置的通信事件为止。一般而言，当WaitCommEvent()返回时，程序员可以由分析*lpEvtMask而获得发生事件的类别，再进行相应的处理。
读串口
对串口进行读取所用的函数和对文件进行读取所用的函数相同，读函数原型如下：
BOOL ReadFile(
HANDLE hFile, // handle of file to read
LPVOID lpBuffer, // pointer to buffer that receives data
DWORD nNumberOfBytesToRead, // number of bytes to read
LPDWORD lpNumberOfBytesRead, // pointer to number of bytes read
LPOVERLAPPED lpOverlapped // pointer to structure for overlapped I/O
);
写串口
对串口进行写入所用的函数和对文件进行写入所用的函数相同，写函数原型如下：
BOOL WriteFile(
HANDLE hFile, // handle to file to write to
LPCVOID lpBuffer, // pointer to data to write to file
DWORD nNumberOfBytesToWrite, // number of bytes to write
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, // pointer to number of bytes written
LPOVERLAPPED lpOverlapped // pointer to structure for overlapped I/O
);
关闭串口
利用API 函数实现串口通信时关闭串口非常简单，只需使用CreateFile 函数返回的句柄作为参数调用CloseHandle 即可：
BOOL CloseHandle(
HANDLE hObject // handle to object to close
);
2.例程
在笔者的《深入浅出Win32多线程程序设计之综合实例》中我们已经给出一个利用WIN API进行串口通信的例子，这里再给出一个类似的例子，以进一步加深理解。

对话框上控件对应的资源文件(.RC)中的内容如下：
BEGIN
EDITTEXT IDC_RECV_EDIT,28,119,256,46,ES_AUTOHSCROLL
GROUPBOX "发送数据",IDC_STATIC,19,15,282,70
GROUPBOX "接收数据",IDC_STATIC,19,100,282,80
EDITTEXT IDC_SEND_EDIT,29,33,214,39,ES_AUTOHSCROLL
PUSHBUTTON "清除",IDC_CLEAR_BUTTON,248,33,50,14
PUSHBUTTON "发送",IDC_SEND_BUTTON,248,55,50,14
END
而整个对话框的消息映射（描述了消息及其对应的行为）如下：
BEGIN_MESSAGE_MAP(CSerialPortAPIDlg, CDialog)
//{{AFX_MSG_MAP(CSerialPortAPIDlg)
ON_WM_SYSCOMMAND()
ON_WM_PAINT()
ON_WM_QUERYDRAGICON()
ON_BN_CLICKED(IDC_CLEAR_BUTTON, OnClearButton)
ON_BN_CLICKED(IDC_SEND_BUTTON, OnSendButton)
ON_MESSAGE(COM_RECVDATA, OnRecvData)
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP()
我们为IDC_SEND_EDIT和IDC_RECV_EDIT编辑框控件分别添加了一个CString变量m_recv和m_send，下面的代码描述了这一行为：
class CSerialPortAPIDlg : public CDialog
{
// Construction
public:
CSerialPortAPIDlg(CWnd* pParent = NULL); // standard constructor
// Dialog Data
//{{AFX_DATA(CSerialPortAPIDlg)
enum { IDD = IDD_SERIALPORTAPI_DIALOG };
CString m_recv; //IDC_RECV_EDIT控件对应的变量
CString m_send; //IDC_SEND_EDIT控件对应的变量
//}}AFX_DATA
// ClassWizard generated virtual function overrides
//{{AFX_VIRTUAL(CSerialPortAPIDlg)
protected:
virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV support
//}}AFX_VIRTUAL
// Implementation
protected:
BOOL OpenSerialPort1();
HICON m_hIcon;
// Generated message map functions
//{{AFX_MSG(CSerialPortAPIDlg)
virtual BOOL OnInitDialog();
afx_msg void OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam);
afx_msg void OnPaint();
afx_msg HCURSOR OnQueryDragIcon();
afx_msg void OnClearButton();
afx_msg void OnSendButton();
afx_msg void OnRecvData(WPARAM wParam, LPARAM lParam);
//}}AFX_MSG
DECLARE_MESSAGE_MAP()
};
CSerialPortAPIDlg::CSerialPortAPIDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)
: CDialog(CSerialPortAPIDlg::IDD, pParent)
{
//{{AFX_DATA_INIT(CSerialPortAPIDlg)
//在构造函数中初始化变量
m_recv = _T(""); //在构造函数中初始化变量
m_send = _T("");
//}}AFX_DATA_INIT
// Note that LoadIcon does not require a subsequent DestroyIcon in Win32
m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME);
}
//建立编辑框控件和变量之间的映射
void CSerialPortAPIDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)
{
CDialog::DoDataExchange(pDX);
//{{AFX_DATA_MAP(CSerialPortAPIDlg)
DDX_Text(pDX, IDC_RECV_EDIT, m_recv);
DDX_Text(pDX, IDC_SEND_EDIT, m_send);
//}}AFX_DATA_MAP
}
在对话框的OnInitDialog()函数中，我们启动窗口监听线程并将主窗口句柄传递给线程控制函数：
BOOL CSerialPortAPIDlg::OnInitDialog()
{
CDialog::OnInitDialog();
// Add "About..." menu item to system menu.
// IDM_ABOUTBOX must be in the system command range.
ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX);
ASSERT(IDM_ABOUTBOX < 0xF000);
CMenu* pSysMenu = GetSystemMenu(FALSE);
if (pSysMenu != NULL)
{
CString strAboutMenu;
strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX);
if (!strAboutMenu.IsEmpty())
{
pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARATOR);
pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu);
}
}
// Set the icon for this dialog. The framework does this automatically
// when the application‘s main window is not a dialog
SetIcon(m_hIcon, TRUE); // Set big icon
SetIcon(m_hIcon, FALSE); // Set small icon
// TODO: Add extra initialization here
//启动串口监视线程
DWORD threadID;
hCommThread = ::CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL, 0,
(LPTHREAD_START_ROUTINE)SerialPort1ThreadProcess,
AfxGetMainWnd()->m_hWnd, 0, &threadID);
if (hCommThread == NULL)
{
::AfxMessageBox("创建串口1处理线程失败");
::PostQuitMessage(0);
}
return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control
}
//"清除"按钮函数
void CSerialPortAPIDlg::OnClearButton()
{
// TODO: Add your control notification handler code here
m_send = "";
UpdateData(false);
}
//发送数据函数（"发送"按钮函数）
void CSerialPortAPIDlg::OnSendButton()
{
// TODO: Add your control notification handler code here
UpdateData(true);
DWORD wCount = 0;
WriteFile(hCom, m_send, m_send.GetLength(), &wCount, NULL);//发送数据
}
//接收数据后（通过监听线程发来的用户自定义消息）显示
void CSerialPortAPIDlg::OnRecvData(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
CString recvStr((char *)wParam);
m_recv += recvStr;
UpdateData(false);
}
在工程中添加SerialPortControl.h和SerialPortControl.cpp两个文件，前者声明串口控制的接口函数及外部全局变量，后者实现串口接口函数及串口监听线程控制函数。
SerialPortControl.h文件
#ifndef _SERIAL_PORT_CONTROL_H
#define _SERIAL_PORT_CONTROL_H
#define COM_RECVDATA WM_USER+1000//自定义消息
extern HANDLE hCom; //全局变量，串口句柄
extern HANDLE hCommThread; //全局变量，串口线程
//串口监视线程控制函数
extern DWORD WINAPI SerialPort1ThreadProcess(HWND hWnd);
//打开并设置PC串口1(COM1)
extern BOOL OpenSerialPort1();
#endif
SerialPortControl.cpp文件
#include "StdAfx.h"
#include "SerialPortControl.h"
HANDLE hCom; //全局变量，串口句柄
HANDLE hCommThread; //全局变量，串口线程
BOOL OpenSerialPort1()
{
//打开并设置COM1
hCom=CreateFile("COM1", GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0,NULL , OPEN_EXISTING, 0, NULL);
if (hCom==(HANDLE)-1)
{
AfxMessageBox("打开COM1失败");
return false;
}
else
{
DCB wdcb;
GetCommState (hCom, &wdcb);
wdcb.BaudRate=9600;//波特率：9600，其他：不变
SetCommState (hCom, &wdcb);
PurgeComm(hCom, PURGE_TXCLEAR);
}
return true;
}
//以一个线程不同监控串口行接收的数据
DWORD WINAPI SerialPort1ThreadProcess( HWND hWnd//主窗口句柄)
{
char str[101];
DWORD wCount; //读取的字节数
while(1)
{
ReadFile(hCom,str, 100, &wCount, NULL);
if(wCount > 0) //收到数据
{
str[wCount] = ‘\0‘;
::PostMessage(hWnd, COM_RECVDATA, (unsigned int) str, wCount);
//发送消息给对话框主窗口，以进行接收内容的显示
}
}
return TRUE;
}
为了验证程序的正确性，我们使用串口调试助手与本程序协同工作，互相进行收发。下面的抓图显示本程序工作正确，发送和接收字符准确无误。

单击此处下载本工程源代码。