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 打開串口
在32位windows中，串口和其他通信設(shè)備（如磁盤等）都被作為文件進(jìn)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(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)致讀寫操作進(jìn)入無限期等待的狀態(tài)，設(shè)置了超時(shí)，如果在指定時(shí)間內(nèi)沒有完成所進(jìn)行的操作，則此操作被自動(dòng)放棄。
2.3 讀寫串口
在串口被打開并設(shè)置好后，就可以使用串口進(jìn)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(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，如果沒有關(guān)閉，該串口會(huì)處于打開狀態(tài)，其他的應(yīng)用程序便無法打開使用該串口。
3 利用api函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口通信
3.1 打開串口
win32系統(tǒng)把文件的概念進(jìn)行了擴(kuò)展。無論是文件、通信設(shè)備、命名管道、郵件槽、磁盤、還是控制臺(tái)，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(gè)參數(shù)說明如下：
lpfilename：將要打開的串口邏輯名，如“com1”；
dwdesiredaccess：指定串口訪問的類型，可以是讀取、寫入或二者并列；
dwsharemode：指定共享屬性，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，用于指定該串口是否進(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。這需要通過一個(gè)dcb結(jié)構(gòu)來進(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)來作為緩沖區(qū)。在打開串口后，可以調(diào)用getcommstate函數(shù)來獲取串口的默認(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; //指定奇偶校驗(yàn)方法。此成員可以有下列值：//evenparity 偶校驗(yàn) noparity 無校驗(yàn)//markparity 標(biāo)記校驗(yàn) oddparity 奇校驗(yàn)byte stopbits; //指定停止位的位數(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)的作用是在指定的時(shí)間內(nèi)沒有讀入或發(fā)送指定數(shù)量的字符，讀寫操作仍然會(huì)結(jié)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(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)的大小（字節(jié)數(shù)） dword dwoutqueue ); // 輸出緩沖區(qū)的大?。ㄗ止?jié)數(shù)）
關(guān)于讀寫串口的超時(shí)設(shè)置，windows給我們提供一個(gè)專門的結(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; // 寫時(shí)間系數(shù) dword writetotaltimeoutconstant; //寫時(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指定要完成的操作，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(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(shí)際寫入的字節(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)行串行通信開發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，并考慮程序開發(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，以類的方式對(duì)串口進(jìn)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(jìn)行設(shè)定，然后在封裝類中實(shí)現(xiàn)，相關(guān)的操作處理讀寫數(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，因而讀寫串口的操作在驅(qū)動(dòng)程序中完成，這樣我們的開發(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)備重寫讀寫串口的成員函數(shù)即可。
5 結(jié)論
windows是當(dāng)前應(yīng)用程序開發(fā)的主流平臺(tái)，vc++6.0是該平臺(tái)強(qiáng)大的開發(fā)工具，使用windowsapi開發(fā)串口通信的程序可是使我們更加清晰的了解串口通信的機(jī)制，并且開發(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中串行通信是必不可少的技術(shù)，所以掌握串行通信的開發(fā)方法具有現(xiàn)實(shí)意義。