工控系统串口通讯设计 点击：11666 | 回复：31
发表于：2005-08-10 12:16:00
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工控系统串口通讯设计
工控系统通常由工控仪器和计算机终端组成，工控仪器和计算机终端之间通过符合RS-232协议的串口通讯，计算终端可以通过双方既定的数据协议，向工控仪器查询状态信号和发送控制信号。
一、硬件协议：定义了RS-232串口的电气规范。
1）DTE/DCE：
一般把工控仪器称为DCE，计算机终端称为DTE，设备之间通过RS-232电缆连接，DCE端采用母连接器（有槽），DTE端采用公连接器（有针）。但如果工控仪器和计算机终端都采用公连接器，则两者都是DTE设备，它们之间的连接应采用零调制解调器方式。
2）RS-232信号：
标准的RS-232管脚通常有D-25PIN和D-9PIN两种类型，常用的信号如下：
信号分类 D-9PIN D-25PIN 信号名称 信号缩写 信号方向
数据信号 3 2 数据传输 TD DTE->DCE
2 3 接收数据 RD DTE<-DCE
控制信号 7 4 请求发送 RTS DTE<-DCE
8 5 清除发送 CTS DTE<-DCE
6 6 数据发送就绪 DSR DTE<-DCE
1 8 载波检测 CD DTE<-DCE
4 20 数据终端就绪 DTR DTE->DCE
9 22 振铃指示 RI DTE<-DCE
接地信号 5 7 接地信号 GND
3）零调制解调连接（ZERO MODEM）:
ZERO MODEM处理DTE和DTE设备的对称连接，其连接原理为，一方的传送数据信号为另一方的接收数据信号，一方的控制请求信号为另一方的控制应答信号，接地信号互连。连接示意如下：
信号分类 DTE DTE
数据信号 TD-- RD
RD-- TD
控制信号 RTS-- CTS
CTS-- RTS
(DSR-DCD-RI)-- DTR
DTR-- (DSR-DCD-RI )
接地信号 GND-- GND
二、软件协议：定义了DTE的串口配置，DTE和DCE之间连接协议和数据传输协议。
1)串口参数配置：
波特率(BaudRate)：在CBR_110到CBR_256000之间指定，参照仪器指定
数据位(ByteSize)：每个字节的位数，一般用7或8，默认为8
停止位(StopBits)：停止位的位数，一般有：ONESTOPBIT、TOWSTOPBITS、ONE5STOPBITS，默认为ONESTOPBIT
奇偶校验(Parity)： 定义了奇偶校验的模式，一般有：NO_PARITY、EVEN_PARITY、ODD_PARITY，默认NO_PARITY
流量控制(FlowCtrl)：定义了流量控制方式，一般有：无控制、硬件方式、XON/XOFF方式，详见握手协议。
2）握手协议：常见有硬件方式RTS/CTS和DTR/DSR方式，软件方式有XON/XOFF和自定义的方式。
RTS/CTS：对于DTE来说，设置OutCtsFlow则CTS低水平位时停止输出，直至高水平位时恢复输出。设置RtsControl为HANDSHAKE则当输入缓冲区数据小于1/4时，DTE将RTS置为高水平位，通知DCE可以传输数据，当输入缓冲区数据大于3/4时，DTE将RTS置为低水平位，通知DCE停止传输数据。DTE（计算机）的缓冲区较大，通常都将RtsControl设置位ENABLE，即保持高水平位。
DTR/DSR：对于DTE来说，设置OutDsrFlow则DSR低水平位时停止输出，直至高水平位时恢复输出。设置DtrControl为HANDSHAKE则当DTR设置为高水平位时容许数据输入，当DTR为低水平位时阻止数据输入。DTE（计算机）的缓冲区较大，通常都将DtrControl设置位ENABLE，即保持高水平位。
XON/XOFF：对于DTE来说，设置OutX时，输出流在DTE收到XoffChar时停止，在收到XonChar时恢复。设置InX时，输入流在缓冲区空闲不足XoffLim时DTE发送XoffChar，通知DCE中止传输数据。当输入流达到缓冲区空闲超过XonLim时，DTE发送XonChar，通知DCE恢复传输数据。
三、编程模式：
在WIN32环境中，串口作为文件访问，但与其他文件不同，串口文件的操作是采用阻塞方式的，读写动作通常会在后台阻塞，用户可以通过响应串口事件，获知端口状态和控制读写动作。因此在WIN32环境中处理串口，应采用重叠I/0机制访问串口文件和在线程中完成读写操作，这样意味着当读写线程阻塞时，不会使主线程锁定而失去响应。
1、串口文件操作方式：根据如上要求，串口一般采用独占和重叠方式打开，如：CreateFile(_T("\\\\.\\COM1"),/*端口名称*/
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,/*文件可读写*/
0,/*独占方式*/
NULL,/*无权限属性*/
OPEN_EXISTING,/*端口必须存在*/
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,/*重叠的操作方式*/
NULL/*不支持临时文件*/)。
有效的串口文件打开后，可以进行重叠的读写操作，其中要使用一个重叠操作结构OVERLAPPED：
struct { DWORD Internal; /*内部使用*/
DWORD InternalHigh; /*内部使用*/
DWORD Offset; /*操作开始的文件位置（低位），串口文件不支持*/
DWORD OffsetHigh;/* 操作开始的文件位置（高位），串口文件不支持*/
HANDLE hEvent; /*异步事件句柄，重叠操作完成或中断时被激发*/
} OVERLAPPED;
写串口的方式如下：
WriteFile(hCom,/*串口文件句柄*/
(void*)data,/*数据指针*/
dwDataBytes,/*请求写的数据字节数*/
&dwOperaBytes,/*函数返回的已写的字节数，在重叠I/O中通常返回0*/
&ov/*重叠操作结构指针*/);
读串口的方式如下：
ReadFile(hCom,/*串口文件句柄*/
(void*)buf,/*缓冲区指针*/
dwDataBytes,/*请求读的数据字节数*/
&dwOperaBytes,/*函数返回的已读的字节数，在重叠I/O中通常返回0*/
&ov/*重叠操作结构指针*/);
重叠方式调用读写函数后即返回，程序稍后调用等待事件函数进入阻塞状态，直至异步事件被激发，调用方式如下：
WaitForSingleObject(hEvent,/*OVERLAPPED中异步事件句柄*/
dwTimeouts/*读写超时毫秒数*/)
读写超时设置可以由串口配置超时参数COMMTIMEOUTS获得，读超时数 ＝ReadTotalTimeoutMultiplier * 读字节数 + ReadTotalTimeoutConstant; 写超时数 ＝WriteTotalTimeoutMultiplier * 写字节数 + WriteTotalTimeoutConstant;
异步事件返回后，可以调用重叠I/O查询函数查看后台读写状况：
GetOverlappedResult(hCom, /*端口文件句柄*/
&ov, /*重叠结构指针*/
&dwOperaBytes, /*重叠操作完成的字节数*/
FALSE/*是否需要等待重叠操作完成*/);
以上时串口文件的操作方式，需要注意的是，这些操作除了打开文件外，其他都应当在某个读写线程中调用，让线程在后台阻塞，主线程保持响应。
2、端口事件侦听：WIN32提供串口事件查询函数用以查看端口触发的事件，端口可侦听事件一般有：
EV_BREAK ：端口中断信号
EV_CTS ：CTS信号改变
EV_DSR ：DSR信号改变
EV_RXCHAR ：收到一个或多个字符
EV_RXFLAG ：收到特殊字符
EV_ERR ：端口错误信号
EV_TXEMPTY：输出缓冲区数据发送完成
可以通过SetCommMask(hCom/*端口文件句柄*/,dwMask/*事件组合*/)来设置需要侦听的事件，然后应采用重叠模式调用查询事件函数：
WaitCommEvent(
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