Windows下串口编程与单片机串口装备通信(win32-API)
一、前言串行通信接口，通常简称为“串口”，是一种数据传输方式，其中信息以连续的比特流情势发送，每个比特在差异的时间点被传输。这与并行通信形成对比，在并行通信中，多个比特同时通过多个线路传输。串口通信因其简单的硬件需求和广泛的应用场景而受到青睐，尤其是在远程通信、装备控制、数据采集等领域。
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串口通信在现代技术中的应用场景极为广泛，从个人电脑毗连外设（如鼠标、键盘）到工业自动化系统中的传感器网络，从移动装备的数据同步到实验室装备的控制，都能见到其身影。在嵌入式系统开发中，单片机与PC机或其他装备之间的通信经常采用串口，由于其易于实现且成本低廉。
在Windows环境下使用C语言举行串口编程，主要涉及到对Windows API函数的调用。Windows提供了丰富的API用于串口通信，包括CreateFile、SetupComm、PurgeComm、SetCommState、SetCommTimeouts、ReadFile、WriteFile等，这些函数分别用于打开串口、设置串口参数、读写串口数据以及控制串口的输入输出缓冲区等。
下面示例，展示如何使用C语言和Windows API打开指定的串口并举行通信：
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
int main() {
HANDLE hComm;
DCB dcbSerialParams = {0};
COMMTIMEOUTS timeouts;
// 打开串口
hComm = CreateFile("COM3", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
if (hComm == INVALID_HANDLE_VALUE) {
printf("无法打开串口。\n");
return -1;
}
// 设置串口参数
dcbSerialParams.DCBlength = sizeof(dcbSerialParams);
GetCommState(hComm, &dcbSerialParams);
dcbSerialParams.BaudRate = CBR_9600; // 设置波特率
dcbSerialParams.ByteSize = 8; // 设置字节大小
dcbSerialParams.StopBits = ONESTOPBIT; // 设置停止位
dcbSerialParams.Parity = NOPARITY; // 设置校验位
SetCommState(hComm, &dcbSerialParams);
// 设置超时时间
timeouts.ReadIntervalTimeout = MAXDWORD;
timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier= 0;
timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 500;
timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 0;
timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 500;
SetCommTimeouts(hComm, &timeouts);
// 发送数据
char data[] = "Hello from PC!";
DWORD dwWritten;
WriteFile(hComm, data, strlen(data), &dwWritten, NULL);
// 接收数据
char buffer;
DWORD dwRead;
ReadFile(hComm, buffer, sizeof(buffer), &dwRead, NULL);
buffer = '\0'; // 确保字符串以空字符结尾
printf("Received: %s\n", buffer);
// 关闭串口
CloseHandle(hComm);
return 0;
}
这段代码展示了如何打开一个串口（例如COM3），设置其通信参数，然后向串口发送数据，并从串口接收数据。通过这样的程序计划，可以实现PC机与单片机或其他串口装备之间的双向通信，为数据交换、装备控制等应用提供根本。
串口通信是毗连差异装备之间的一种根本而强大的手段，尤其在嵌入式系统领域。把握Windows环境下的串口编程，对于从事相干领域的开发者来说至关紧张。
二、实操代码
2.1 串口编程的函数详解
在Windows环境下举行串口编程时，主要依赖于Windows API中的一系列函数。这些函数允许你控制串口的打开、配置、读写操作以及错误处理惩罚。下面是几个关键函数的具体说明，包括它们的功能、参数含义和用法：
1. CreateFile
功能：打开或创建一个指定的装备或文件。
语法：
HANDLE CreateFile(
LPCWSTR lpFileName, // 指定文件名或设备名
DWORD dwDesiredAccess, // 请求的访问类型
DWORD dwShareMode, // 共享模式
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, // 安全属性
DWORD dwCreationDisposition, // 创建或打开的处置
DWORD dwFlagsAndAttributes, // 文件属性
HANDLE hTemplateFile // 模板文件句柄
);
用法：
[*]通常用于打开串口装备，如CreateFile(TEXT("COM1"), GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
2. CloseHandle
功能：关闭一个已打开的装备或文件句柄。
语法：
BOOL CloseHandle(
HANDLE hObject // 要关闭的句柄
);
用法：
[*]在完成串口操作后调用以释放资源，如CloseHandle(hComm);
3. GetCommState
功能：获取串口当前的通信状态。
语法：
BOOL GetCommState(
HANDLE hFile, // 串口句柄
LPDCB lpDCB // 指向DCB结构体的指针
);
用法：
[*]用于获取串口的当前配置，如波特率、数据位数等。
4. SetCommState
功能：设置串口的通信状态。
语法：
BOOL SetCommState(
HANDLE hFile, // 串口句柄
LPDCB lpDCB // 指向DCB结构体的指针
);
用法：
[*]用于设置串口的配置参数，如波特率、数据位、制止位和奇偶校验。
5. PurgeComm
功能：清除串口的输入输出缓冲区。
语法：
BOOL PurgeComm(
HANDLE hFile, // 串口句柄
DWORD dwMask // 指定要清除的缓冲区
);
用法：
[*]用于清除串口的输入或输出缓冲区，避免数据残留。
6. ReadFile
功能：从串口读取数据。
语法：
BOOL ReadFile(
HANDLE hFile, // 串口句柄
LPVOID lpBuffer, // 数据缓冲区
DWORD nNumberOfBytesToRead, // 要读取的字节数
LPDWORD lpNumberOfBytesRead, // 实际读取的字节数
LPOVERLAPPED lpOverlapped // 异步读取时的重叠结构
);
用法：
[*]用于从串口读取数据到缓冲区中。
7. WriteFile
功能：向串口写入数据。
语法：
BOOL WriteFile(
HANDLE hFile, // 串口句柄
LPCVOID lpBuffer, // 数据缓冲区
DWORD nNumberOfBytesToWrite, // 要写入的字节数
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, // 实际写入的字节数
LPOVERLAPPED lpOverlapped // 异步写入时的重叠结构
);
用法：
[*]用于向串口发送数据。
8. SetCommTimeouts
功能：设置串口的超时值。
语法：
BOOL SetCommTimeouts(
HANDLE hFile, // 串口句柄
LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts // 指向COMMTIMEOUTS结构体的指针
);
用法：
[*]用于设置读写操作的超时时间，防止无限期等待。
9. GetLastError
功能：获取上一次调用失败的错误代码。
语法：
DWORD GetLastError(void);
用法：
[*]当API函数调用失败时，可以调用此函数获取具体的错误代码，帮助诊断问题。
以上函数是举行串口编程时最常用的，它们共同提供了串口装备的完整控制本领。在实际编程中，你需要根据具体的应用需求选择符合的函数组合，以实现串口的高效稳固通信。
2.2 扫描当前系统可用串口端口
在Windows环境下，使用C语言来罗列所有可用的串口，可以通过调用Windows API函数来实现。
以下代码，会打印出系统上所有可用的串口名称：
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
// 定义一个结构体存储串口信息
typedef struct _SERIAL_INFO {
DWORD dwSize;
HANDLE hFile;
DWORD dwDeviceType;
DWORD dwReserved;
DWORD dwProviderSubType;
DWORD dwServiceCharacteristics;
DWORD dwVendorGuidData;
DWORD dwDriverVersion;
DWORD dwDriverDate;
DWORD dwHardwareIndex;
DWORD dwConfigFlags;
DWORD dwNumParameters;
DWORD dwNumProperties;
} SERIAL_INFO;
// 定义一个结构体存储串口属性
typedef struct _SERIAL_PROPERTY_KEY {
DWORD dwPropertyKey;
DWORD dwPropertyType;
DWORD dwReserved;
} SERIAL_PROPERTY_KEY;
int main() {
DWORD dwSize = 0;
DWORD dwRetVal = 0;
HANDLE hComm = NULL;
SERIAL_INFO SerialInfo;
SERIAL_PROPERTY_KEY SerialPropKey;
TCHAR szPortName;
DWORD dwBufferSize = 0;
DWORD dwBytesReturned = 0;
DWORD dwError = 0;
// 获取所需的SERIAL_INFO结构体大小
dwRetVal = QueryDosDevice(NULL, NULL, 0);
if (dwRetVal == 0) {
dwSize = GetLastError();
SerialInfo.dwSize = dwSize;
} else {
printf("QueryDosDevice failed with error: %ld\n", GetLastError());
return -1;
}
// 枚举所有的串口
for (int i = 1; i <= 256; i++) {
wsprintf(szPortName, TEXT("COM%d"), i);
dwRetVal = QueryDosDevice(szPortName, NULL, 0);
if (dwRetVal != 0) {
continue; // 如果返回非零，则跳过，表示端口不存在或不可用
}
dwError = GetLastError();
if (dwError != ERROR_INSUFFICIENT_BUFFER) {
continue; // 如果错误不是缓冲区不足，则跳过
}
// 如果是缓冲区不足，则获取正确的缓冲区大小
dwBufferSize = dwError;
if (dwBufferSize > 0) {
SerialInfo.dwSize = dwBufferSize;
dwRetVal = QueryDosDevice(szPortName, (LPTSTR)&SerialInfo, dwBufferSize);
if (dwRetVal != 0) {
// 成功获取串口信息，尝试打开串口
hComm = CreateFile(szPortName,
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0, NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
NULL);
if (hComm != INVALID_HANDLE_VALUE) {
// 打印可用的串口号
wprintf(L"Found COM port: %s\n", szPortName);
// 清理资源
CloseHandle(hComm);
}
}
}
}
return 0;
}
这个代码片段会遍历从COM1到COM256的所有大概的串口号，尝试打开每一个串口，如果乐成打开，则表明该串口是可用的，并将串口号打印出来。
2.3 创建串口程序与单片机举行数据互发通信
下面是一个使用C语言在Windows环境下举行串口编程的例子，演示了如何与单片机举行数据互发通信。
创建一个程序，打开串口，设置波特率为115200，然后接收从单片机发送来的数据，将其打印出来，并将同样的数据返回给单片机。
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
HANDLE hComm;
DCB dcbSerialParams = {0};
COMMTIMEOUTS timeouts;
// 打开串口
hComm = CreateFile("COM3", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
if (hComm == INVALID_HANDLE_VALUE) {
printf("无法打开串口。\n");
return -1;
}
// 设置串口参数
dcbSerialParams.DCBlength = sizeof(dcbSerialParams);
if (!GetCommState(hComm, &dcbSerialParams)) {
printf("无法获取串口状态。\n");
CloseHandle(hComm);
return -1;
}
dcbSerialParams.BaudRate = CBR_115200; // 设置波特率为115200
dcbSerialParams.ByteSize = 8; // 设置数据位为8位
dcbSerialParams.StopBits = ONESTOPBIT; // 设置停止位为1位
dcbSerialParams.Parity = NOPARITY; // 设置无校验位
if (!SetCommState(hComm, &dcbSerialParams)) {
printf("无法设置串口参数。\n");
CloseHandle(hComm);
return -1;
}
// 设置超时时间
timeouts.ReadIntervalTimeout = MAXDWORD;
timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 0;
timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 500;
timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 0;
timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 500;
if (!SetCommTimeouts(hComm, &timeouts)) {
printf("无法设置串口超时时间。\n");
CloseHandle(hComm);
return -1;
}
// 循环读取和回显数据
char buffer;
DWORD dwRead, dwWritten;
while (1) {
memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
if (!ReadFile(hComm, buffer, sizeof(buffer)-1, &dwRead, NULL)) {
printf("读取数据失败。\n");
break;
}
if (dwRead > 0) {
printf("接收到: %s\n", buffer);
if (!WriteFile(hComm, buffer, dwRead, &dwWritten, NULL)) {
printf("写入数据失败。\n");
break;
}
}
}
// 清理资源
CloseHandle(hComm);
return 0;
}
在这个例子中，使用CreateFile函数打开串口，然后通过GetCommState和SetCommState函数设置串口的波特率、数据位、制止位和校验位。接着，使用SetCommTimeouts函数设置读写操作的超时时间，以防在没有数据的环境下无限等待。
接下来，进入一个无限循环，使用ReadFile函数从串口读取数据。如果读取乐成，将接收到的数据打印出来，并使用WriteFile函数将同样的数据返回到串口，实现回显功能。
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