Windows下的串口编程

写在前边

写这篇文章的原因是因为最近在研究WI-FI模块的使用,刚好这需要涉及到串口编程,而之前其实也做过在Linux和Windows下的串口编程,因此把自己的一些感受和知识点写出来。

准备

环境与工具

这篇文章只涉及到Windows下的串口编程。文中提到的相关工具在最后都会有下载链接。

  • Windows7旗舰版
  • ESP8266Wi-Fi模块
  • USB转TTL
  • 杜邦线
  • VS2017

基础了解

做过串口调试的都知道怎样在Windows下调试串口设备,这里我以超级终端举例:
我们使用超级终端调试设备的过程应该是:


首先将串口设备连接到电脑上,这里我使用的是ESP8266Wi-Fi模块连接通过USB转TTL连接到电脑上。


image.png

打开电脑的设备管理器,查看设备连接的端口号以及连接状态,如果有黄色感叹号,则需要重新安装驱动,如果第一次使用Windows会自动查找可用驱动,稍等一下即可。这里记一下端口号是COM9。
然后打开超级终端。


image.png

名字随便输入都行,然后确定即可,进入下一步:
image.png

这里就选择COM9,然后确定进入下一步:



这里是非常重要的串口配置信息设置界面,设置串口的波特率、数据位、奇偶校验、停止位和流控,根据连接的串口设备设置即可,这里我需要根据ESP8266的数据传输方式进行配置。配置完点击确定即可。
image.png

这里可以看到已经进入调试界面了,我按照ESP8266的AT指令集向模块发送了一条AT指令,返回OK说明模块正确接收了我的数据并成功返回了一条数据。

基础总结

根据超级终端的连接过程,我将串口设备的连接调试过程总结为以下几个步骤:

  • 串口设备的正确连接:硬件连接并在设备管理器中正确被识别
  • 成功打开串口
  • 配置串口信息以适应串口设备
  • 发送接收数据
  • 关闭连接

编程实现

接下来我们来看在Windows下如何实现以上步骤


  • 串口设备的正确连接

    这个在设备管理器中查看即可,和之前超级终端调试方式一样
  • 成功打开串口

  HANDLE WINAPI CreateFile( 
  _In_      LPCTSTR lpFileName,
  _In_      DWORD dwDesiredAccess,
  _In_      DWORD dwShareMode,
  _In_opt_  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
  _In_      DWORD dwCreationDisposition,
  _In_      DWORD dwFlagsAndAttributes,
  _In_opt_  HANDLE hTemplateFile
);

这个函数在Winbase.h文件中,lpFileName是打开的端口号名字,比如可以是“COM1”,“COM8”等,端口号两位以上的,要写成“\\.\COM10”这样的形式,其他参数包括打开权限,打开的共享条件什么的,可以去MSDN看看具体参数,这里不做太具体的讲解。成功会返回文件描述符或者也叫句柄,失败会返回INVALID_HANDLE_VALUE,因此在代码里附加一个错误检查就能知道是否打开成功,这一步就已经实现了,当然,端口号一定要正确。

  • 配置串口信息以适应串口设备

这一步首先你要知道串口设备的配置需要什么,然后再去设置串口。我们假定已经知道的设备的配置。通过下边这个函数对串口进行设置:

BOOL WINAPI SetCommState(
    __in HANDLE hFile,
    __in LPDCB lpDCB
    );

这里的hFile参数就是之前打开串口文件返回的描述符,lpDCB是一个关于串口配置信息的结构体,其中的数据有很多,但是我们针对其中我们关心的几个进行设置即可:波特率,校验位,数据位,停止位。

typedef struct dcb{
          fParity;
          Parity;
          ByteSize;
          StopBits;
          ......
 }DCB,*LPDCB;

BaudRate就是设置的波特率,fParity是设置是否允许奇偶校验,Parity是设置奇校验偶校验,ByteSize是设置数据位,StopBits是设置停止位。
所以对串口进行配置就是先声明一个DCB结构体,然后设置好几个数据,再用SetCommState函数设置即可。
当然也有查看当前串口配置的接口:

BOOL WINAPI GetCommState(
    __in  HANDLE hFile,
    __out LPDCB lpDCB
    );

这个函数可以查看当前的串口配置信息。
通过这几个函数和结构体即可对串口进行配置,因此这一步也解决了。

  • 发送接收数据

如何发送和接收数据?同样有相应的接口:

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

读串口数据,hFile是文件描述符,lpBuffer是保存读取到的数据的内存地址,nNumberOfBytesToRead是需要读取的数据长度,lpNumberOfBytesRead是实际读取到的数据长度,最后一个参数与异步读取有关,读取失败函数会返回FALSE。

BOOL WINAPI WriteFile(
                      _In_         HANDLE hFile,
                      _In_         LPCVOID lpBuffer,
                      _In_         DWORD nNumberOfBytesToWrite,
                      _Out_opt_    LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,
                      _Inout_opt_  LPOVERLAPPED lpOverlapped
                      );

向串口写数据,hFile是文件描述符,lpBuffer是需要发送的数据地址,nNumberOfBytesToWrite是需要发送的数据长度,lpNumberOfBytesWritten是实际发送的数据长度,最后一个参数与异步写有关,写数据失败会返回FALSE。
通过这两个函数即可向串口读写数据,这样这一步就解决了。

  • 关闭连接

最后一步关闭连接:

BOOL WINAPI CloseHandle(HANDLE hObject);

参数hObject为文件描述符,关闭失败返回FALSE。

总结

通过以上几个步骤,可以对大部分串口设备进行调试,但是实际上的串口不仅仅是这几个步骤,很多操作实际在超级终端上是我们没有看到的。比如设置发送接收缓冲区大小,比如设置等待时间,设置异步读写等等。
但是通过本文能了解到连接的基本流程,其他的都是添枝加叶了。接下来会写一个在Linux下的串口编程流程,其实过程都是大同小异的。

写在最后

超级终端下载地址(密码:hogs)

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