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RS232串口的Windows编程纪要
阅读量:6364 次
发布时间:2019-06-23

本文共 13902 字,大约阅读时间需要 46 分钟。

timg?image&quality=80&size=b9999_10000&sec=1525924702662&di=8612341bb8a17f23cb6630d84e154c3a&imgtype=0&src=http%3A%2F%2Fimg009.hc360.cn%2Fhb%2FMTQ2MTM2MDc3NTE2Njg3MDcxNzUzNA%3D%3D.jpg

再次是一篇入门文,各路神仙退散。
直接进入主题,又不是历史课,关于RS232那些前世今生的故事就不摆了。

硬件链接

首先以9针小口为例(大口应当只能去博物馆看了吧)看一下管脚排布,其实RS232本身没进博物馆都已经够让我惊讶了。

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(图片来自互联网)

通常使用的接线图:

timg?image&quality=80&size=b9999_10000&sec=1525925212205&di=0f930bf988e0dabfc32c675a8eaac17e&imgtype=0&src=http%3A%2F%2Fimg005.hc360.cn%2Fhb%2FMTQ2MTM2MDc5Njk3OC0xNjM4NDkyNjYy.jpg
(图片来自互联网)

硬件接口部分的重点:

  • 绝大多数情况下,我们只需要接2号、3号、5号,RXD/TXD/SG三根线就能正常工作。(顺便多说一句,古老的大串口是2、3、7号)
  • 直连模式一般用于延长线或者大小口的转换线。
  • 交叉线是用于连接电脑之间、电脑与设备之间,是最主要的应用方式。
  • 通常三根线就能工作,但并不表示其它信号就没用,甚至像某些书上说的都没有定义。

硬件支持

当前我们常用的电脑,在台式机上一般都会有串口,可以直接使用。

绝大多数的笔记本电脑都已经没有了串口,想使用串口通常都是使用USB接口的适配器。顺便说一句,USB实际也是另外一种串口,SATA也是,只是未成文的约定俗称上,串口特指了RS232接口或者485接口。
USB适配器通常也分两种,一种是内置于外置设备中的适配器,比如外置GPS模块、烧录机。另外一种则是仅有串口功能的独立适配器,今天的实验中我们会使用后者。

驱动程序

本身主板已经具有的串口都已经有了良好的设备驱动,鲜见不可用者。

USB外置的串口则绝大多数都需要另外安装驱动,Windows/Linux/macOS都是如此,依据适配器的芯片不同,所使用的驱动也不一样。这个在采购的时候就需要了解好。比如我测试的这款是PL2302芯片,使用win10内置的微软2017版驱动(不不不,不是你想的那样免驱动,继续看)。
因为串口无论如何算是一个比较有历史的技术,所以在x64的系统中大多支持不好,PL2302为例,在win10x64系统中会自动识别并安装驱动,但驱动安装完成仍然会有一个叹号表示设备不能正常工作,错误代码10。
搜索互联网能找到第三方提供的补丁,原厂商已经发布通知说PL2302已经停止支持了。补丁程序安装后运行还会先下载.net的运行时间库,随后才能完成驱动的补丁工作。
此仅为举例,不同的适配器,需要的驱动、安装方式都不会一样。

实验环境准备

串口作为通讯设备,实验需要发送、接受两个端。所以最好的实验方法是一台电脑上,用两个串口,一个模拟接收,一个模拟发送。当然如果你不缺电脑、不缺空间、不缺时间,使用两台电脑看上去肯定会更高大上。

各类操作系统都支持多个USB串口适配器同时工作,并识别为不同的串口设备和串口编号。
所以你要做的是:

  1. 在不连接USB串口适配器的情况下(通常要求如此)安装正确的设备驱动。
  2. 根据驱动安装的要求,看是否需要重启系统。
  3. 在没有安装适配器的情况下,Windows到设备管理工具中,macOS则记录/dev路径下tty开头的设备。
  4. 连接USB串口适配器,再次到上述相应位置,查看是否增加了串口设备,如果没有增加,返回检查驱动程序甚至适配器硬件。如果有增加,记录下来端口号,以供后续编程使用。
  5. 使用带接线端子的杜邦线,用上图中交叉连接的方式,连接两个适配器的GND-GND/RX-TX/TX-RX。如果感觉插在电脑上不好接线,也可以先将两个适配器接好线再插入电脑USB。
  6. 要么你的两个USB口离的足够近,要么你的杜邦线足够长,总之要保证连接稳定可靠。顺便,如果USB不够多,使用USB集线器也可以正常工作。

开发工具部分,因为学校的教学限定,使用VC6。作为一个追求时尚的unix fans,被逼回到这个太祖级的编程环境我也是有够纠结:(

RS232编程之旅

通常的教程都会从底层写起,细致的构建起整个的系统。而我比较相反,首先从c语言的main主函数的代码讲起:

// 为了清晰结构,代码有删减,但能正常运行//#include "serialport.h"#include
int main(int argc, char* argv[]){ //定义两个句柄,用来报错打开后的两个串口相关资源信息 //句柄是编程中常用的说法,通常都表示指向一堆数据的标志 HANDLE h1,h2; //定义一个字符串,字符串的内容其实无所谓,用于演示串口通讯的内容 char *msg="Hello, human!\n"; //要传输的数据的长度 int n=strlen(msg); //一个串口接受用的缓冲区,100是随意给出的,只要大于通讯对端一次传输的数据量即可 char buf[100]; //首先将接受缓冲区清空,在正常、确定长度的数据传输中,这一步并不必要 //但在字符串传输的演示中,还是需要清空的,以保证在串味没有乱字符出现 memset(buf,0,100); //给用户一个提示,表示传输测试开始了,因为至少以今天的眼光看,串口速度还是很慢的 printf("Serial port test begin ...!\n"); //打开并设置发送端串口,后面的串口编号是在设备管理器中查询到的 //在正式的系统中,这个串口通常会由用户在参数设置中修改 //Uart是英文中对串口的另外一个称呼,serial port/com也是同义 SetupUart(&h1,"com7"); //打开并设置接收端串口 SetupUart2(&h2,"com8"); //在发送端口写出数据,也就是我们准备的字符串 //串口通讯可以容纳的内容范围很广,不仅是字符串,所以使用unsigned char类型 WriteUart((unsigned char*)msg,n,h1); //在接受端口读取数据,注意因为接收是阻塞式的,所以读取的长度要<=发送的数据包长度, //否则会让程序阻塞在这里一直等待读取 ReadUart((unsigned char*)buf,n,h2); //显示接收到的数据内容 printf("Loop received:%s",buf); //关闭两个打开的串口 CloseUart2(); CloseUart(); return 0;}

上面代码的注释非常详细,归纳串口操作的步骤为:

  1. 打开并设置串口。
  2. 写入或者读取数据。
  3. 关闭串口。

接下来看细节,也就是串口操作的部分:

//以下代码原型来自MSDN官方示例,为了保持原始代码的风格,尽量不做改动//代码中有很多东西超出一般学习的范围,比如多线程的事件同步等,可以先大概了解即可//对于不熟悉的代码,初期可以抄过来用,了解对外的API即可,有时间再去下功夫了解细节#include "serialPort.h"DCB            PortDCB; COMMTIMEOUTS   CommTimeouts; HANDLE         hPort1,hPort2;char           lastError[1024];//以下是一些端口设置使用的常量,在正常项目中应当也是归集于配置系统中的//串口顾名思义是将数据串流化通讯,因此需要定义发送、接收方都完全相同的速度、位长、校验模式等//另外因为我们只用了三根数据线,其它控制位的设置我们就省略掉了//这些常量参数使用index*这样的方式是为了同传统界面上的各项设置做的对应,变量命名嘛,不用过于纠结。int index1=4,//9600    index2=3,//8    index3=2,//NOPARITY    index4=0,//ONSTOPBIT    index5=-1;//打开并且设置串口int SetupUart(HANDLE *hPort,char *port1){    //打开串行端口,也是把端口当做一个文件来对待    //对于新手,为什么用这个函数之类的问题,只能先死记了    hPort1 = CreateFile (TEXT(port1),                       // Name of the port                         GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,     // Access (read-write) mode                         0,                                                          NULL,                                                     OPEN_EXISTING,                        FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,                                             NULL);                                              //打开失败就报个警并退出后续操作    if ( hPort1 == INVALID_HANDLE_VALUE )    {         MessageBox (NULL, "Port Open Failed" ,"Error", MB_OK);        return 0;    }       *hPort = hPort1;      //读取当前串口的状态      PortDCB.DCBlength = sizeof (DCB);       GetCommState (hPort1, &PortDCB);      //在当前串口状态的基础上设置串口速率等参数      configure();      //读取当前超时设置      GetCommTimeouts (hPort1, &CommTimeouts);       //根据当前超时设置,设置自己期望的值      configuretimeout();           //Re-configure the port with the new DCB structure.     //上面的configure只是设置了参数结构,下面函数才是真正将之设置到串口    if (!SetCommState (hPort1, &PortDCB))     {         MessageBox (NULL, "1.Could not create the read thread.(SetCommState Failed)" ,"Error", MB_OK);        CloseHandle(hPort1);           return 0;      }     // Set the time-out parameters for all read and write operations on the port.     //同样设置configuretimeout输出的结果    if (!SetCommTimeouts (hPort1, &CommTimeouts))     {         MessageBox (NULL, "Could not create the read thread.(SetCommTimeouts Failed)" ,"Error", MB_OK);        CloseHandle(hPort1);          return 0;     }     // Clear the port of any existing data.     //如果串口还有以前通讯积累的未完结数据,清理掉    if(PurgeComm(hPort1, PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR)==0)     {   MessageBox (NULL, "Clearing The Port Failed" ,"Message", MB_OK);        CloseHandle(hPort1);         return 0;     }         //MessageBox (NULL, "Port1 SETUP OK." ,"Message", MB_OK);    return 1;}//下面函数功能同上面的完全一样,其实设置一个函数就好,这里保持原状int SetupUart2(HANDLE *hPort,char *port2){    //int STOPBITS;    hPort2 = CreateFile (TEXT(port2),                      // Name of the port                         GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,     // Access (read-write) mode                         0,                                                          NULL,                                                     OPEN_EXISTING,                        FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,                                             NULL);                                              if ( hPort2 == INVALID_HANDLE_VALUE )     {                 MessageBox (NULL, "Port Open Failed" ,"Error", MB_OK);        return 0;    }    *hPort = hPort2;         // Initialize the DCBlength member.      PortDCB.DCBlength = sizeof (DCB);             // Get the default port setting information.      GetCommState (hPort2, &PortDCB);      configure();      // Retrieve the time-out parameters for all read and write operations      GetCommTimeouts (hPort2, &CommTimeouts);    configuretimeout();    //Re-configure the port with the new DCB structure.     if (!SetCommState (hPort2, &PortDCB))     {         MessageBox (NULL, "1.Could not create the read thread.(SetCommState Failed)" ,"Error", MB_OK);        CloseHandle(hPort2);           return 0;      }         // Set the time-out parameters for all read and write operations on the port.     if (!SetCommTimeouts (hPort2, &CommTimeouts))     {         MessageBox (NULL, "Could not create the read thread.(SetCommTimeouts Failed)" ,"Error", MB_OK);        CloseHandle(hPort2);          return 0;     }     // Clear the port of any existing data.     if(PurgeComm(hPort2, PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR)==0)     {   MessageBox (NULL, "Clearing The Port Failed" ,"Message", MB_OK);        CloseHandle(hPort2);         return 0;     }         //MessageBox (NULL, "Port2 SETUP OK." ,"Message", MB_OK);    return 1;}//PortDCB是全局变量,这里根据读取到的端口状态,设置自己希望的通讯参数int configure(){    // Change the DCB structure settings    PortDCB.fBinary = TRUE;                         // Binary mode; no EOF check    PortDCB.fParity = TRUE;                         // Enable parity checking     PortDCB.fDsrSensitivity = FALSE;                // DSR sensitivity     PortDCB.fErrorChar = FALSE;                     // Disable error replacement     PortDCB.fOutxDsrFlow = FALSE;                   // No DSR output flow control     PortDCB.fAbortOnError = FALSE;                  // Do not abort reads/writes on error    PortDCB.fNull = FALSE;                          // Disable null stripping     PortDCB.fTXContinueOnXoff = TRUE;                // XOFF continues Tx     //设置波特率    switch(index1)                                  // BAUD Rate        {        case 0:            PortDCB.BaudRate= 115200;                    break;        case 1:            PortDCB.BaudRate = 19200;                    break;        case 2:            PortDCB.BaudRate= 38400;                    break;        case 3:             PortDCB.BaudRate = 57600;                    break;        case 4:             PortDCB.BaudRate = 9600;                    break;        default:            break;        }        //设置通讯字节位长        switch(index2)                                     // Number of bits/byte, 5-8         {        case 0:            PortDCB.ByteSize = 5;                    break;        case 1:            PortDCB.ByteSize = 6;                    break;        case 2:            PortDCB.ByteSize= 7;                    break;        case 3:            PortDCB.ByteSize=8;                    break;        default:            break;        }        //校验方式        switch(index3)                                     // 0-4=no,odd,even,mark,space         {        case 0:            PortDCB.Parity= EVENPARITY;                        break;        case 1:             PortDCB.Parity = MARKPARITY;                       break;        case 2:              PortDCB.Parity = NOPARITY;                           break;        case 3:             PortDCB.Parity = ODDPARITY;                   break;        case 4:             PortDCB.Parity = SPACEPARITY;                   break;        default:            break;        }        //停止位        switch(index4)                               {        case 0:            PortDCB.StopBits =  ONESTOPBIT;                  break;        case 1:            PortDCB.StopBits =  TWOSTOPBITS;                break;                default:            break;        }        //是否使用硬件流控制等        switch(index5)                               {        case 0:            PortDCB.fOutxCtsFlow = TRUE;                        // CTS output flow control             PortDCB.fDtrControl = DTR_CONTROL_ENABLE;           // DTR flow control type             PortDCB.fOutX = FALSE;                              // No XON/XOFF out flow control             PortDCB.fInX = FALSE;                               // No XON/XOFF in flow control             PortDCB.fRtsControl = RTS_CONTROL_ENABLE;           // RTS flow control                                  break;        case 1:            PortDCB.fOutxCtsFlow = FALSE;                      // No CTS output flow control             PortDCB.fDtrControl = DTR_CONTROL_ENABLE;          // DTR flow control type             PortDCB.fOutX = FALSE;                             // No XON/XOFF out flow control             PortDCB.fInX = FALSE;                              // No XON/XOFF in flow control             PortDCB.fRtsControl = RTS_CONTROL_ENABLE;          // RTS flow control         break;        case 2:            PortDCB.fOutxCtsFlow = FALSE;                      // No CTS output flow control             PortDCB.fDtrControl = DTR_CONTROL_ENABLE;          // DTR flow control type             PortDCB.fOutX = TRUE;                              // Enable XON/XOFF out flow control             PortDCB.fInX = TRUE;                               // Enable XON/XOFF in flow control             PortDCB.fRtsControl = RTS_CONTROL_ENABLE;          // RTS flow control         break;                default:            break;        }    return 1;}int configuretimeout(){   //超时设置,放置读写端口时时间过长程序挂起    //memset(&CommTimeouts, 0x00, sizeof(CommTimeouts));     CommTimeouts.ReadIntervalTimeout = 50;     CommTimeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 50;     CommTimeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier=10;    CommTimeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier=10;    CommTimeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 50;    return 1;}int WriteUart(unsigned char *buf1, int len,HANDLE hPort){    DWORD dwNumBytesWritten;    //使用写文件的方式向串口输出数据    //因为串口芯片及驱动程序都有缓存,所以一般小数据量的写出都不会阻塞    WriteFile (hPort,buf1, len,&dwNumBytesWritten,NULL);                if(dwNumBytesWritten > 0)    {        //MessageBox (NULL, "Transmission Success" ,"Success", MB_OK);        return 1;    }        else        {        MessageBox (NULL, "Transmission Failed" ,"Error", MB_OK);        return 0;          }}int ReadUart(unsigned char *buf2,int len,HANDLE hPort){    //BOOL ret;    DWORD dwRead;    BOOL fWaitingOnRead = FALSE;    OVERLAPPED osReader = {0};    unsigned long retlen=0;   // Create the overlapped event. Must be closed before exiting to avoid a handle leak.    //读取串口的时候,如果对方尚未发送指定长度的数据,会导致读取串口阻塞    //这里使用线程同步的事件响应方式,防止读取数据阻塞    //所以读取串口可能返回0表示没有读取到数据    //或者小于期望读取的字节表示数据尚未完全到来   osReader.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);   if (osReader.hEvent == NULL)       MessageBox (NULL, "Error in creating Overlapped event" ,"Error", MB_OK);   if (!fWaitingOnRead)   {        //具体的读取数据          if (!ReadFile(hPort, buf2, len, &dwRead,  &osReader))           {          FormatMessage(FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM | FORMAT_MESSAGE_IGNORE_INSERTS,                        NULL,                        GetLastError(),                        MAKELANGID(LANG_NEUTRAL, SUBLANG_DEFAULT),                        lastError,                        1024,                        NULL);           MessageBox (NULL, lastError ,"MESSAGE", MB_OK);           }           else           {             // MessageBox (NULL, "ReadFile Suceess" ,"Success", MB_OK);           }    }        if(dwRead > 0)      {        //MessageBox (NULL, "Read DATA Success" ,"Success", MB_OK);//If we have data        return (int) retlen;    }         //return the length        else return 0;     //else no data has been read }//关闭端口,同样有一个就够了int CloseUart(){    CloseHandle(hPort1);     return 1;}int CloseUart2(){    CloseHandle(hPort2);    return 1;}

在串口的编程中,打开串口、读写串口、关闭串口都是通常的文件操作,也就是把串口当做一个文件的方式进行处理。

只有串口的设置部分(本程序中是跟打开串口放在一起)是同传统文件操作不相同的。
第二个不同则是,通常的硬盘文件读写,速度都很快,不需要考虑阻塞问题。而串口是非常慢的设备,需要考虑阻塞问题的额外处理。
一般的初学者在这部分不需要太过纠结具体的过程,做到一般了解后。把良好运行的样本程序按照自己习惯封装、保存起来,用到的时候抄过来用即可。

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