工控機(jī)系統(tǒng)串口通訊設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)匯總：工控系統(tǒng)通常由工控儀器和計(jì)算機(jī)終端組成，工控儀器和計(jì)算機(jī)終端之間通過(guò)符合RS-232協(xié)議的串口通訊，計(jì)算終端可以通過(guò)雙方既定的數(shù)據(jù)協(xié)議，向工控儀器查詢(xún)狀態(tài)信號(hào)和發(fā)送控制信號(hào)。
一、硬件協(xié)議：定義了RS-232串口的電氣規(guī)范。
1）DTE/DCE：一般把工控儀器稱(chēng)為DCE，計(jì)算機(jī)終端稱(chēng)為DTE，設(shè)備之間通過(guò)RS-232電纜連接，DCE端采用母連接器（有槽），DTE端采用公連接器（有針）。但如果工控儀器和計(jì)算機(jī)終端都采用公連接器，則兩者都是DTE設(shè)備，它們之間的連接應(yīng)采用零調(diào)制解調(diào)器方式。 2）RS-232信號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)的RS-232管腳通常有D-25PIN和D-9PIN兩種類(lèi)型，常用的信號(hào)如下：信號(hào)分類(lèi) D-9PIN D-25PIN 信號(hào)名稱(chēng) 信號(hào)縮寫(xiě) 信號(hào)方向 數(shù)據(jù)信號(hào) 3 2 數(shù)據(jù)傳輸 TD DTE->DCE 2 3 接收數(shù)據(jù) RD DTE<-DCE 控制信號(hào) 7 4 請(qǐng)求發(fā)送 RTS DTE<-DCE 8 5 清除發(fā)送 CTS DTE<-DCE 6 6 數(shù)據(jù)發(fā)送就緒 DSR DTE<-DCE 1 8 載波檢測(cè) CD DTE<-DCE 4 20 數(shù)據(jù)終端就緒 DTR DTE->DCE 9 22 振鈴指示 RI DTE<-DCE 接地信號(hào) 5 7 接地信號(hào) GND
3）零調(diào)制解調(diào)連接（ZERO MODEM）: ZERO MODEM處理DTE和DTE設(shè)備的對(duì)稱(chēng)連接，其連接原理為，一方的傳送數(shù)據(jù)信號(hào)為另一方的接收數(shù)據(jù)信號(hào)，一方的控制請(qǐng)求信號(hào)為另一方的控制應(yīng)答信號(hào)，接地信號(hào)互連。連接示意如下：信號(hào)分類(lèi) DTE DTE 數(shù)據(jù)信號(hào) TD-- RD RD-- TD 控制信號(hào) RTS-- CTS CTS-- RTS (DSR-DCD-RI)-- DTR DTR-- (DSR-DCD-RI ) 接地信號(hào) GND-- GND
二、軟件協(xié)議：定義了DTE的串口配置，DTE和DCE之間連接協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。
1)串口參數(shù)配置： 波特率(BaudRate)：在CBR_110到CBR_256000之間指定，參照儀器指定 數(shù)據(jù)位(ByteSize)：每個(gè)字節(jié)的位數(shù)，一般用7或8，默認(rèn)為8 停止位(StopBits)：停止位的位數(shù)，一般有：ONESTOPBIT、TOWSTOPBITS、ONE5STOPBITS，默認(rèn)為ONESTOPBIT 奇偶校驗(yàn)(Parity)： 定義了奇偶校驗(yàn)的模式，一般有：NO_PARITY、EVEN_PARITY、ODD_PARITY，默認(rèn)NO_PARITY 流量控制(FlowCtrl)：定義了流量控制方式，一般有：無(wú)控制、硬件方式、XON/XOFF方式，詳見(jiàn)握手協(xié)議。
2）握手協(xié)議：常見(jiàn)有硬件方式RTS/CTS和DTR/DSR方式，軟件方式有XON/XOFF和自定義的方式。 RTS/CTS：對(duì)于DTE來(lái)說(shuō)，設(shè)置OutCtsFlow則CTS低水平位時(shí)停止輸出，直至高水平位時(shí)恢復(fù)輸出。設(shè)置RtsControl為HANDSHAKE則當(dāng)輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)小于1/4時(shí)，DTE將RTS置為高水平位，通知DCE可以傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)大于3/4時(shí)，DTE將RTS置為低水平位，通知DCE停止傳輸數(shù)據(jù)。DTE（計(jì)算機(jī)）的緩沖區(qū)較大，通常都將RtsControl設(shè)置位ENABLE，即保持高水平位。 DTR/DSR：對(duì)于DTE來(lái)說(shuō)，設(shè)置OutDsrFlow則DSR低水平位時(shí)停止輸出，直至高水平位時(shí)恢復(fù)輸出。設(shè)置DtrControl為HANDSHAKE則當(dāng)DTR設(shè)置為高水平位時(shí)容許數(shù)據(jù)輸入，當(dāng)DTR為低水平位時(shí)阻止數(shù)據(jù)輸入。DTE（計(jì)算機(jī)）的緩沖區(qū)較大，通常都將DtrControl設(shè)置位ENABLE，即保持高水平位。 XON/XOFF：對(duì)于DTE來(lái)說(shuō)，設(shè)置OutX時(shí)，輸出流在DTE收到XoffChar時(shí)停止，在收到XonChar時(shí)恢復(fù)。設(shè)置InX時(shí)，輸入流在緩沖區(qū)空閑不足XoffLim時(shí)DTE發(fā)送XoffChar，通知DCE中止傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)輸入流達(dá)到緩沖區(qū)空閑超過(guò)XonLim時(shí)，DTE發(fā)送XonChar，通知DCE恢復(fù)傳輸數(shù)據(jù)。
三、編程模式： 在WIN32環(huán)境中，串口作為文件訪(fǎng)問(wèn)，但與其他文件不同，串口文件的操作是采用阻塞方式的，讀寫(xiě)動(dòng)作通常會(huì)在后臺(tái)阻塞，用戶(hù)可以通過(guò)響應(yīng)串口事件，獲知端口狀態(tài)和控制讀寫(xiě)動(dòng)作。因此在WIN32環(huán)境中處理串口，應(yīng)采用重疊I/0機(jī)制訪(fǎng)問(wèn)串口文件和在線(xiàn)程中完成讀寫(xiě)操作，這樣意味著當(dāng)讀寫(xiě)線(xiàn)程阻塞時(shí)，不會(huì)使主線(xiàn)程鎖定而失去響應(yīng)。
1、串口文件操作方式：根據(jù)如上要求，串口一般采用獨(dú)占和重疊方式打開(kāi)，如：CreateFile(_T("\\\\.\\COM1"),/*端口名稱(chēng)*/ GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,/*文件可讀寫(xiě)*/ 0,/*獨(dú)占方式*/ NULL,/*無(wú)權(quán)限屬性*/ OPEN_EXISTING,/*端口必須存在*/ FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,/*重疊的操作方式*/ NULL/*不支持臨時(shí)文件*/)。有效的串口文件打開(kāi)后，可以進(jìn)行重疊的讀寫(xiě)操作，其中要使用一個(gè)重疊操作結(jié)構(gòu)OVERLAPPED： struct { DWORD Internal; /*內(nèi)部使用*/ DWORD InternalHigh; /*內(nèi)部使用*/ DWORD Offset; /*操作開(kāi)始的文件位置（低位），串口文件不支持*/ DWORD OffsetHigh;/* 操作開(kāi)始的文件位置（高位），串口文件不支持*/ HANDLE hEvent; /*異步事件句柄，重疊操作完成或中斷時(shí)被激發(fā)*/ } OVERLAPPED; 寫(xiě)串口的方式如下： WriteFile(hCom,/*串口文件句柄*/ (void*)data,/*數(shù)據(jù)指針*/ dwDataBytes,/*請(qǐng)求寫(xiě)的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)*/ &dwOperaBytes,/*函數(shù)返回的已寫(xiě)的字節(jié)數(shù)，在重疊I/O中通常返回0*/ &ov/*重疊操作結(jié)構(gòu)指針*/); 讀串口的方式如下： ReadFile(hCom,/*串口文件句柄*/ (void*)buf,/*緩沖區(qū)指針*/ dwDataBytes,/*請(qǐng)求讀的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)*/ &dwOperaBytes,/*函數(shù)返回的已讀的字節(jié)數(shù)，在重疊I/O中通常返回0*/ &ov/*重疊操作結(jié)構(gòu)指針*/); 重疊方式調(diào)用讀寫(xiě)函數(shù)后即返回，程序稍后調(diào)用等待事件函數(shù)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直至異步事件被激發(fā)，調(diào)用方式如下： WaitForSingleObject(hEvent,/*OVERLAPPED中異步事件句柄*/ dwTimeouts/*讀寫(xiě)超時(shí)毫秒數(shù)*/) 讀寫(xiě)超時(shí)設(shè)置可以由串口配置超時(shí)參數(shù)COMMTIMEOUTS獲得，讀超時(shí)數(shù) ＝ReadTotalTimeoutMultiplier * 讀字節(jié)數(shù) + ReadTotalTimeoutConstant; 寫(xiě)超時(shí)數(shù) ＝WriteTotalTimeoutMultiplier * 寫(xiě)字節(jié)數(shù) + WriteTotalTimeoutConstant; 異步事件返回后，可以調(diào)用重疊I/O查詢(xún)函數(shù)查看后臺(tái)讀寫(xiě)狀況： GetOverlappedResult(hCom, /*端口文件句柄*/ &ov, /*重疊結(jié)構(gòu)指針*/ &dwOperaBytes, /*重疊操作完成的字節(jié)數(shù)*/ FALSE/*是否需要等待重疊操作完成*/); 以上時(shí)串口文件的操作方式，需要注意的是，這些操作除了打開(kāi)文件外，其他都應(yīng)當(dāng)在某個(gè)讀寫(xiě)線(xiàn)程中調(diào)用，讓線(xiàn)程在后臺(tái)阻塞，主線(xiàn)程保持響應(yīng)。
2、端口事件偵聽(tīng)：WIN32提供串口事件查詢(xún)函數(shù)用以查看端口觸發(fā)的事件，端口可偵聽(tīng)事件一般有： EV_BREAK ：端口中斷信號(hào) EV_CTS ：CTS信號(hào)改變 EV_DSR ：DSR信號(hào)改變 EV_RXCHAR ：收到一個(gè)或多個(gè)字符 EV_RXFLAG ：收到特殊字符 EV_ERR ：端口錯(cuò)誤信號(hào) EV_TXEMPTY：輸出緩沖區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)送完成可以通過(guò)SetCommMask(hCom/*端口文件句柄*/,dwMask/*事件組合*/)來(lái)設(shè)置需要偵聽(tīng)的事件，然后應(yīng)采用重疊模式調(diào)用查詢(xún)事件函數(shù)：WaitCommEvent；
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