一、串口通信的基本原理
串口的本质功能是作为 CPU 和串行设备间的编码转换器。当数据从 CPU 经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位（bit）；在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求（打开串口），通信完成后必须释放资源（关闭串口）。典型地，串口用于 ASCII 码字符的传输。通信使用3根线完成：地线，发送数据线，接收数据线。
串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：
（1）波特率是一个衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的 bit 的个数；
（2）数据位是衡量通信中实际数据位的参数，当计算机发送一个信息包，标准的值是 5，7 和 8 位。如何设置取决于你的需求；
（3）停止位用于表示单个包的最后一位，典型的值为 1，1.5和 2 位，停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会；
（4）奇偶校验位是串口通信中一种简单的检错方式，有四种检错方式——偶、奇、高和低，也可以没有校验位。
二、C++代码实现
1、头文件“SerialPort.h”
#ifndef _CSerialPort_H
#define _CSerialPort_H
using namespace std;
class CSerialPort
{
public:
CSerialPort();
~CSerialPort();
// 打开串口,成功返回true，失败返回false
// portname(串口名): 在Windows下是"COM1""COM2"等，在Linux下是"/dev/ttyS1"等
// baudrate(波特率): 9600、19200、38400、43000、56000、57600、115200
// parity(校验位): 0为无校验，1为奇校验，2为偶校验，3为标记校验
// databit(数据位): 4-8，通常为8位
// stopbit(停止位): 1为1位停止位，2为2位停止位,3为1.5位停止位
// synchronizable(同步、异步): 0为异步，1为同步
bool open(const char* portname, int baudrate = 115200, char parity = 0, char databit = 8, char stopbit = 1, char synchronizeflag = 0);
//关闭串口，参数待定
void close();
//发送数据或写数据，成功返回发送数据长度，失败返回0
int send(string dat);
//接受数据或读数据，成功返回读取实际数据的长度，失败返回0
string receive();
private:
int pHandle[16];
char synchronizeflag;
};
#endif
2、cpp文件“SerialPort.cpp”
#include "stdafx.h"
#include "SerialPort.h"
#include <WinSock2.h>
using namespace std;
CSerialPort::CSerialPort()
{
}
CSerialPort::~CSerialPort()
{
}
bool CSerialPort::open(const char* portname, int baudrate, char parity, char databit, char stopbit, char synchronizeflag)
{
this->synchronizeflag = synchronizeflag;
HANDLE hCom = NULL;
if (this->synchronizeflag)
{
//同步方式
hCom = CreateFileA(portname, //串口名
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, //支持读写
0, //独占方式，串口不支持共享
NULL,//安全属性指针，默认值为NULL
OPEN_EXISTING, //打开现有的串口文件
0, //0：同步方式，FILE_FLAG_OVERLAPPED：异步方式
NULL);//用于复制文件句柄，默认值为NULL，对串口而言该参数必须置为NULL
}
else
{
//异步方式
hCom = CreateFileA(portname, //串口名
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, //支持读写
0, //独占方式，串口不支持共享
NULL,//安全属性指针，默认值为NULL
OPEN_EXISTING, //打开现有的串口文件
FILE_FLAG_OVERLAPPED, //0：同步方式，FILE_FLAG_OVERLAPPED：异步方式
NULL);//用于复制文件句柄，默认值为NULL，对串口而言该参数必须置为NULL
}
if (hCom == (HANDLE)-1)
{
return false;
}
//配置缓冲区大小
if (!SetupComm(hCom, 1024, 1024))
{
return false;
}
// 配置参数
DCB p;
memset(&p, 0, sizeof(p));
p.DCBlength = sizeof(p);
p.BaudRate = baudrate; // 波特率
p.ByteSize = databit; // 数据位
switch (parity) //校验位
{
case 0:
p.Parity = NOPARITY; //无校验
break;
case 1:
p.Parity = ODDPARITY; //奇校验
break;
case 2:
p.Parity = EVENPARITY; //偶校验
break;
case 3:
p.Parity = MARKPARITY; //标记校验
break;
}
switch (stopbit) //停止位
{
case 1:
p.StopBits = ONESTOPBIT; //1位停止位
break;
case 2:
p.StopBits = TWOSTOPBITS; //2位停止位
break;
case 3:
p.StopBits = ONE5STOPBITS; //1.5位停止位
break;
}
if (!SetCommState(hCom, &p))
{
// 设置参数失败
return false;
}
//超时处理,单位：毫秒
//总超时＝时间系数×读或写的字符数＋时间常量
COMMTIMEOUTS TimeOuts;
TimeOuts.ReadIntervalTimeout = 1000; //读间隔超时
TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 500; //读时间系数
TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant = 5000; //读时间常量
TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 500; // 写时间系数
TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant = 2000; //写时间常量
SetCommTimeouts(hCom, &TimeOuts);
PurgeComm(hCom, PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR);//清空串口缓冲区
memcpy(pHandle, &hCom, sizeof(hCom));// 保存句柄
return true;
}
void CSerialPort::close()
{
HANDLE hCom = *(HANDLE*)pHandle;
CloseHandle(hCom);
}
int CSerialPort::send(string dat)
{
HANDLE hCom = *(HANDLE*)pHandle;
if (this->synchronizeflag)
{
// 同步方式
DWORD dwBytesWrite = dat.length(); //成功写入的数据字节数
BOOL bWriteStat = WriteFile(hCom, //串口句柄
(char*)dat.c_str(), //数据首地址
dwBytesWrite, //要发送的数据字节数
&dwBytesWrite, //DWORD*，用来接收返回成功发送的数据字节数
NULL); //NULL为同步发送，OVERLAPPED*为异步发送
if (!bWriteStat)
{
return 0;
}
return dwBytesWrite;
}
else
{
//异步方式
DWORD dwBytesWrite = dat.length(); //成功写入的数据字节数
DWORD dwErrorFlags; //错误标志
COMSTAT comStat; //通讯状态
OVERLAPPED m_osWrite; //异步输入输出结构体
//创建一个用于OVERLAPPED的事件处理，不会真正用到，但系统要求这么做
memset(&m_osWrite, 0, sizeof(m_osWrite));
m_osWrite.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, L"WriteEvent");
ClearCommError(hCom, &dwErrorFlags, &comStat); //清除通讯错误，获得设备当前状态
BOOL bWriteStat = WriteFile(hCom, //串口句柄
(char*)dat.c_str(), //数据首地址
dwBytesWrite, //要发送的数据字节数
&dwBytesWrite, //DWORD*，用来接收返回成功发送的数据字节数
&m_osWrite); //NULL为同步发送，OVERLAPPED*为异步发送
if (!bWriteStat)
{
if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING) //如果串口正在写入
{
WaitForSingleObject(m_osWrite.hEvent, 1000); //等待写入事件1秒钟
}
else
{
ClearCommError(hCom, &dwErrorFlags, &comStat); //清除通讯错误
CloseHandle(m_osWrite.hEvent); //关闭并释放hEvent内存
return 0;
}
}
return dwBytesWrite;
}
}
string CSerialPort::receive()
{
HANDLE hCom = *(HANDLE*)pHandle;
string rec_str = "";
char buf[1024];
if (this->synchronizeflag)
{
//同步方式
DWORD wCount = 1024; //成功读取的数据字节数
BOOL bReadStat = ReadFile(hCom, //串口句柄
buf, //数据首地址
wCount, //要读取的数据最大字节数
&wCount, //DWORD*,用来接收返回成功读取的数据字节数
NULL); //NULL为同步发送，OVERLAPPED*为异步发送
for (int i = 0; i < 1024; i++)
{
if (buf[i] != -52)
rec_str += buf[i];
else
break;
}
return rec_str;
}
else
{
//异步方式
DWORD wCount = 1024; //成功读取的数据字节数
DWORD dwErrorFlags; //错误标志
COMSTAT comStat; //通讯状态
OVERLAPPED m_osRead; //异步输入输出结构体
//创建一个用于OVERLAPPED的事件处理，不会真正用到，但系统要求这么做
memset(&m_osRead, 0, sizeof(m_osRead));
m_osRead.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, L"ReadEvent");
ClearCommError(hCom, &dwErrorFlags, &comStat); //清除通讯错误，获得设备当前状态
if (!comStat.cbInQue)return 0; //如果输入缓冲区字节数为0，则返回false
//std::cout << comStat.cbInQue << std::endl;
BOOL bReadStat = ReadFile(hCom, //串口句柄
buf, //数据首地址
wCount, //要读取的数据最大字节数
&wCount, //DWORD*,用来接收返回成功读取的数据字节数
&m_osRead); //NULL为同步发送，OVERLAPPED*为异步发送
if (!bReadStat)
{
if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING) //如果串口正在读取中
{
//GetOverlappedResult函数的最后一个参数设为TRUE
//函数会一直等待，直到读操作完成或由于错误而返回
GetOverlappedResult(hCom, &m_osRead, &wCount, TRUE);
}
else
{
ClearCommError(hCom, &dwErrorFlags, &comStat); //清除通讯错误
CloseHandle(m_osRead.hEvent); //关闭并释放hEvent的内存
return 0;
}
}
for (int i = 0; i<1024; i++)
{
if (buf[i] != -52)
rec_str += buf[i];
else
break;
}
return rec_str;
}
}
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