VC6.0串口通信实战项目

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简介：串口通信在嵌入式系统和工业控制领域应用广泛。本项目以VC6.0环境下的“串口_com”示例程序为基础，深入探讨串口通信原理和操作步骤。通过实践任务，学生将掌握串口参数配置、数据收发、错误处理和关闭串口等关键技术。本项目还提供串口调试助手功能，帮助学生测试硬件设备通信并排查问题。

1. 串口通信基础

串口通信是一种通过串行接口进行数据传输的通信方式。它广泛应用于嵌入式系统、工业控制和仪器仪表等领域。串口通信的特点是数据位逐个传输，传输速率较低，但成本低廉，易于实现。

串口通信涉及两个设备：发送设备和接收设备。发送设备将数据转换为串行比特流，通过串行接口发送出去；接收设备接收串行比特流，并将其还原为数据。串口通信需要遵守一定的协议，以确保数据传输的正确性和可靠性。

2. VC6.0串口通信原理

2.1 串口硬件结构

串口，又称串行通信接口，是一种用于计算机与外部设备之间进行数据传输的接口。它通过一根电缆将两台设备连接起来，并以串行的方式传输数据，即一次传输一位数据。

串口硬件结构主要包括以下部分：

• 数据线： 用于传输数据，通常使用RS-232标准。
• 控制线： 用于控制数据传输，包括请求发送（RTS）、清除发送（CTS）、数据终端就绪（DTR）、数据载波检测（DCD）等。
• 时钟线： 用于同步数据传输，确保发送方和接收方使用相同的时钟频率。
• 连接器： 用于连接数据线、控制线和时钟线。

2.2 串口数据传输协议

串口数据传输协议定义了数据传输的格式和规则。常用的串口数据传输协议有以下几种：

• 异步传输协议： 数据传输不使用时钟线，发送方和接收方使用各自的时钟频率。
• 同步传输协议： 数据传输使用时钟线，发送方和接收方使用相同的时钟频率。
• 半双工传输协议： 设备只能在同一时间内发送或接收数据，不能同时进行。
• 全双工传输协议： 设备可以同时发送和接收数据。

2.3 VC6.0串口编程接口

VC6.0提供了丰富的串口编程接口，允许开发者在程序中使用串口进行数据传输。主要接口如下：

// 打开串口
HANDLE CreateFile(
    LPCTSTR lpFileName,  // 串口设备名称
    DWORD dwDesiredAccess,  // 访问权限
    DWORD dwShareMode,  // 共享模式
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,  // 安全属性
    DWORD dwCreationDisposition,  // 创建方式
    DWORD dwFlagsAndAttributes,  // 标志和属性
    HANDLE hTemplateFile  // 模板文件句柄
);

// 设置串口参数
BOOL SetCommState(
    HANDLE hCommDev,  // 串口句柄
    LPDCB lpDCB  // 设备控制块
);

// 读串口数据
DWORD ReadFile(
    HANDLE hFile,  // 文件句柄
    LPVOID lpBuffer,  // 缓冲区地址
    DWORD nNumberOfBytesToRead,  // 要读取的字节数
    LPDWORD lpNumberOfBytesRead,  // 实际读取的字节数
    LPOVERLAPPED lpOverlapped  // 重叠结构
);

// 写串口数据
DWORD WriteFile(
    HANDLE hFile,  // 文件句柄
    LPCVOID lpBuffer,  // 缓冲区地址
    DWORD nNumberOfBytesToWrite,  // 要写入的字节数
    LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,  // 实际写入的字节数
    LPOVERLAPPED lpOverlapped  // 重叠结构
);

// 关闭串口
BOOL CloseHandle(
    HANDLE hObject  // 对象句柄
);

代码逻辑分析：

• CreateFile 函数用于打开串口设备，并返回一个串口句柄。
• SetCommState 函数用于设置串口参数，包括波特率、数据位、停止位和校验位等。
• ReadFile 函数用于从串口读取数据。
• WriteFile 函数用于向串口写入数据。
• CloseHandle 函数用于关闭串口设备。

参数说明：

• lpFileName ：串口设备名称，如"COM1"。
• dwDesiredAccess ：访问权限，如 GENERIC_READ 或 GENERIC_WRITE 。
• dwShareMode ：共享模式，如 FILE_SHARE_READ 或 FILE_SHARE_WRITE 。
• lpSecurityAttributes ：安全属性，通常为 NULL 。
• dwCreationDisposition ：创建方式，如 OPEN_EXISTING 或 CREATE_NEW 。
• dwFlagsAndAttributes ：标志和属性，如 FILE_FLAG_OVERLAPPED 或 FILE_ATTRIBUTE_NORMAL 。
• hTemplateFile ：模板文件句柄，通常为 NULL 。
• lpDCB ：设备控制块，用于设置串口参数。
• lpBuffer ：缓冲区地址，用于存储读写数据。
• nNumberOfBytesToRead ：要读取的字节数。
• lpNumberOfBytesRead ：实际读取的字节数。
• nNumberOfBytesToWrite ：要写入的字节数。
• lpNumberOfBytesWritten ：实际写入的字节数。
• lpOverlapped ：重叠结构，用于异步操作。

3. 串口参数配置

3.1 波特率设置

波特率是串口通信中最重要的参数之一，它表示每秒钟传输的比特数。波特率的单位是波特（Baud），1 波特表示每秒传输 1 比特。常见的波特率有：

• 9600 波特
• 19200 波特
• 38400 波特
• 57600 波特
• 115200 波特

波特率的设置需要根据实际通信需求来确定。一般来说，波特率越高，数据传输速度越快，但抗干扰能力越弱；波特率越低，数据传输速度越慢，但抗干扰能力越强。

代码块：

// 设置波特率为 9600 波特
DCB dcb;
GetCommState(hComm, &dcb);
dcb.BaudRate = CBR_9600;
SetCommState(hComm, &dcb);

逻辑分析：

该代码块通过 GetCommState() 函数获取当前串口的通信参数，然后修改波特率为 9600 波特，最后通过 SetCommState() 函数设置新的通信参数。

3.2 数据位设置

数据位是指每个字符所占用的比特数，常见的取值为 5、6、7 和 8。数据位越多，表示每个字符可以传输更多的信息，但传输速度也会变慢。

代码块：

// 设置数据位为 8 位
DCB dcb;
GetCommState(hComm, &dcb);
dcb.ByteSize = 8;
SetCommState(hComm, &dcb);

逻辑分析：

该代码块通过 GetCommState() 函数获取当前串口的通信参数，然后修改数据位为 8 位，最后通过 SetCommState() 函数设置新的通信参数。

3.3 停止位设置

停止位是指每个字符传输结束后，发送方停止发送信号的比特数，常见的取值为 1、1.5 和 2。停止位越多，表示数据传输的可靠性越高，但传输速度也会变慢。

代码块：

// 设置停止位为 1 位
DCB dcb;
GetCommState(hComm, &dcb);
dcb.StopBits = ONESTOPBIT;
SetCommState(hComm, &dcb);

逻辑分析：

该代码块通过 GetCommState() 函数获取当前串口的通信参数，然后修改停止位为 1 位，最后通过 SetCommState() 函数设置新的通信参数。

3.4 校验位设置

校验位是指用于校验数据传输正确性的比特，常见的取值为无校验、奇校验和偶校验。无校验表示不进行校验，奇校验表示校验位为 1，使得所有字符的奇偶校验和为奇数，偶校验表示校验位为 0，使得所有字符的奇偶校验和为偶数。

代码块：

// 设置校验位为无校验
DCB dcb;
GetCommState(hComm, &dcb);
dcb.Parity = NOPARITY;
SetCommState(hComm, &dcb);

逻辑分析：

该代码块通过 GetCommState() 函数获取当前串口的通信参数，然后修改校验位为无校验，最后通过 SetCommState() 函数设置新的通信参数。

表格：串口参数设置

| 参数 | 取值 | 描述 | |---|---|---| | 波特率 | 9600、19200、38400、57600、115200 | 每秒传输的比特数 | | 数据位 | 5、6、7、8 | 每个字符所占用的比特数 | | 停止位 | 1、1.5、2 | 每个字符传输结束后，发送方停止发送信号的比特数 | | 校验位 | 无校验、奇校验、偶校验 | 用于校验数据传输正确性的比特 |

流程图：串口参数设置

[mermaid] graph TD subgraph 串口参数设置 A[波特率设置] --> B[数据位设置] B --> C[停止位设置] C --> D[校验位设置] end [/mermaid]

4. 串口事件设置

4.1 串口事件类型

串口事件是指当串口发生特定事件时，系统会触发相应的事件通知。VC6.0中定义了以下几种串口事件类型：

| 事件类型 | 描述 | |---|---| | EV_RXCHAR | 接收到一个字符 | | EV_RXFLAG | 接收到一个标志字符 | | EV_TXEMPTY | 发送缓冲区为空 | | EV_CTS | 清除发送 (CTS) 信号发生变化 | | EV_DSR | 数据设置就绪 (DSR) 信号发生变化 | | EV_RLSD | 请求发送 (RLSD) 信号发生变化 | | EV_BREAK | 检测到中断信号 | | EV_ERR | 发生错误 |

4.2 串口事件处理机制

当串口发生事件时，系统会调用与该事件关联的事件处理函数。事件处理函数的原型如下：

void CALLBACK EventProc(
    _In_ HWND hWnd,
    _In_ UINT uMsg,
    _In_ WPARAM wParam,
    _In_ LPARAM lParam
);

其中：

• hWnd ：窗口句柄。
• uMsg ：消息标识符。
• wParam ：消息参数。
• lParam ：消息参数。

事件处理函数需要根据不同的事件类型执行相应的处理操作。例如，当接收到一个字符时，事件处理函数可以将该字符添加到接收缓冲区中。

4.3 串口事件处理函数

VC6.0提供了以下几个串口事件处理函数：

| 函数 | 描述 | |---|---| | SetCommMask | 设置串口事件掩码 | | WaitCommEvent | 等待串口事件发生 | | ClearCommError | 清除串口错误 | | GetCommModemStatus | 获取串口调制解调器状态 | | GetCommState | 获取串口状态 | | SetCommState | 设置串口状态 | | SetCommTimeouts | 设置串口超时时间 | | EscapeCommFunction | 执行串口转义函数 |

SetCommMask 函数

SetCommMask 函数用于设置串口事件掩码。事件掩码是一个位掩码，它指定了哪些事件将触发事件处理函数。

BOOL SetCommMask(
    _In_ HANDLE hFile,
    _In_ DWORD dwMask
);

其中：

• hFile ：串口句柄。
• dwMask ：事件掩码。

WaitCommEvent 函数

WaitCommEvent 函数用于等待串口事件发生。该函数会阻塞，直到指定的事件发生或超时。

BOOL WaitCommEvent(
    _In_ HANDLE hFile,
    _Out_ LPOVERLAPPED lpOverlapped,
    _In_ DWORD dwMilliseconds
);

其中：

• hFile ：串口句柄。
• lpOverlapped ：指向重叠结构的指针。
• dwMilliseconds ：超时时间（毫秒）。

ClearCommError 函数

ClearCommError 函数用于清除串口错误。

BOOL ClearCommError(
    _In_ HANDLE hFile,
    _Out_ LPDWORD lpErrors,
    _Out_ LPCOMSTAT lpStat
);

其中：

• hFile ：串口句柄。
• lpErrors ：指向错误代码的指针。
• lpStat ：指向通信状态结构的指针。

GetCommModemStatus 函数

GetCommModemStatus 函数用于获取串口调制解调器状态。

BOOL GetCommModemStatus(
    _In_ HANDLE hFile,
    _Out_ LPDWORD lpModemStat
);

其中：

• hFile ：串口句柄。
• lpModemStat ：指向调制解调器状态的指针。

GetCommState 函数

GetCommState 函数用于获取串口状态。

BOOL GetCommState(
    _In_ HANDLE hFile,
    _Out_ LPDCB lpDCB
);

其中：

• hFile ：串口句柄。
• lpDCB ：指向设备控制块的指针。

SetCommState 函数

SetCommState 函数用于设置串口状态。

BOOL SetCommState(
    _In_ HANDLE hFile,
    _In_ const LPDCB lpDCB
);

其中：

• hFile ：串口句柄。
• lpDCB ：指向设备控制块的指针。

SetCommTimeouts 函数

SetCommTimeouts 函数用于设置串口超时时间。

BOOL SetCommTimeouts(
    _In_ HANDLE hFile,
    _In_ const LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts
);

其中：

• hFile ：串口句柄。
• lpCommTimeouts ：指向通信超时结构的指针。

EscapeCommFunction 函数

EscapeCommFunction 函数用于执行串口转义函数。

BOOL EscapeCommFunction(
    _In_ HANDLE hFile,
    _In_ DWORD dwFunc
);

其中：

• hFile ：串口句柄。
• dwFunc ：转义函数代码。

5. 串口数据收发

5.1 串口数据发送

串口数据发送操作主要通过 WriteFile 函数实现，其函数原型如下：

BOOL WriteFile(
  _In_ HANDLE hFile,
  _In_ LPCVOID lpBuffer,
  _In_ DWORD nNumberOfBytesToWrite,
  _Out_ LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,
  _Inout_ LPOVERLAPPED lpOverlapped
);

其中，参数说明如下：

• hFile ：串口句柄
• lpBuffer ：指向要发送的数据缓冲区的指针
• nNumberOfBytesToWrite ：要发送的数据字节数
• lpNumberOfBytesWritten ：指向一个变量的指针，该变量接收实际发送的数据字节数
• lpOverlapped ：指向一个 OVERLAPPED 结构的指针，用于异步操作（可选）

使用 WriteFile 函数发送串口数据时，需要遵循以下步骤：

1. 确保串口已打开且处于可写状态。
2. 分配一个足够大的缓冲区来存储要发送的数据。
3. 将数据复制到缓冲区中。
4. 调用 WriteFile 函数发送数据。
5. 检查 WriteFile 函数的返回值和 lpNumberOfBytesWritten 参数以确定发送操作是否成功。

示例代码：

// 发送数据到串口
DWORD dwBytesWritten;
BOOL bRet = WriteFile(hComm, lpBuffer, dwBytesToWrite, &dwBytesWritten, NULL);
if (!bRet)
{
    // 发送数据失败，处理错误
}

5.2 串口数据接收

串口数据接收操作主要通过 ReadFile 函数实现，其函数原型如下：

BOOL ReadFile(
  _In_ HANDLE hFile,
  _Out_ LPVOID lpBuffer,
  _In_ DWORD nNumberOfBytesToRead,
  _Out_ LPDWORD lpNumberOfBytesRead,
  _Inout_ LPOVERLAPPED lpOverlapped
);

其中，参数说明与 WriteFile 函数类似。

使用 ReadFile 函数接收串口数据时，需要遵循以下步骤：

1. 确保串口已打开且处于可读状态。
2. 分配一个足够大的缓冲区来存储接收的数据。
3. 调用 ReadFile 函数接收数据。
4. 检查 ReadFile 函数的返回值和 lpNumberOfBytesRead 参数以确定接收操作是否成功。

示例代码：

// 从串口接收数据
DWORD dwBytesRead;
BOOL bRet = ReadFile(hComm, lpBuffer, dwBytesToRead, &dwBytesRead, NULL);
if (!bRet)
{
    // 接收数据失败，处理错误
}

5.3 串口数据缓冲区管理

串口数据缓冲区用于存储发送和接收的数据。VC6.0中提供了以下函数来管理串口数据缓冲区：

• GetCommState ：获取串口通信状态，包括缓冲区大小。
• SetCommState ：设置串口通信状态，包括缓冲区大小。
• PurgeComm ：清除串口数据缓冲区。

示例代码：

// 获取串口缓冲区大小
COMMPROP cp;
GetCommProperties(hComm, &cp);
DWORD dwInBufferSize = cp.dwInBufferSize;
DWORD dwOutBufferSize = cp.dwOutBufferSize;

// 设置串口缓冲区大小
COMMPROP cp;
cp.dwInBufferSize = 4096;
cp.dwOutBufferSize = 4096;
SetCommProperties(hComm, &cp);

// 清除串口缓冲区
PurgeComm(hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR);

6. 错误处理和串口关闭

6.1 串口错误类型

在串口通信过程中，可能会遇到各种错误，常见错误类型包括：

• 帧错误： 接收到的数据帧中包含错误的校验位。
• 奇偶校验错误： 接收到的数据帧中奇偶校验位与计算的校验位不一致。
• 超时错误： 在指定的时间内没有收到数据或事件。
• 缓冲区溢出错误： 接收缓冲区已满，导致新接收的数据丢失。
• 设备未就绪错误： 串口设备尚未准备好进行通信。

6.2 串口错误处理

当发生串口错误时，可以通过以下步骤进行处理：

1. 获取错误代码： 使用 GetCommError 函数获取错误代码。
2. 分析错误代码： 根据错误代码确定错误类型。
3. 采取适当措施： 根据错误类型采取适当的措施，例如重新发送数据、清除缓冲区或关闭串口。

DWORD dwError;
GetCommError(hComm, &dwError);

switch (dwError) {
    case CE_FRAME:
        // 处理帧错误
        break;
    case CE_OVERRUN:
        // 处理缓冲区溢出错误
        break;
    case CE_RXOVER:
        // 处理接收缓冲区溢出错误
        break;
    default:
        // 处理其他错误
        break;
}

6.3 串口关闭操作

当不再需要使用串口时，应及时关闭串口，以释放系统资源。关闭串口操作包括：

1. 关闭串口句柄： 使用 CloseHandle 函数关闭串口句柄。
2. 释放串口资源： 使用 FreeComm() 函数释放串口资源。

CloseHandle(hComm);
FreeComm(hComm);

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简介：串口通信在嵌入式系统和工业控制领域应用广泛。本项目以VC6.0环境下的“串口_com”示例程序为基础，深入探讨串口通信原理和操作步骤。通过实践任务，学生将掌握串口参数配置、数据收发、错误处理和关闭串口等关键技术。本项目还提供串口调试助手功能，帮助学生测试硬件设备通信并排查问题。

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