WINDOWS环境下PC机与单片机的通信

在自动控制系统中，PC机与单片机组成上位机和下位机，其基本构成是：下位机（单片机系统）完成信号检测、A/D转换和简单的控制功能，通过系统总线（如RS-232、RS-485、USB）与上位机（PC机）相连，进行监测、控制，形成主从式结构。下面就上位机和下位机之间目前几种常用的通讯方法作一些介绍。

1、RS-232的串行通讯

在工业控制中，串口是常用的计算机与外部串行设备之间的数据传输通道，由于串行通信方便易行，成本低，且完全能满足要求，所以应用广泛。

1.1、利用VC++的标准通信函数

利用VC++的标准通信函数_inp和_outp可实现串口通信。下面是一个串口初始化的程序：
Void init_com (PORT)
{char i;
outp(PORT+3,0x80);
outp(PORT,0x0C);
outp(PORT+1,0);
outp(PORT+3 ,0x3a);
outp(PORT+3 ,0x03);
i=inp(PORT+5) 0xfe;
outp(PORT+5,i);}

1.2、使用串行通信控件MSComm

MSCOMM控件，即Microsoft Communication Control，是Microsoft为简化Windows下串行通信编程而提供的ActiveX控件。它提供了一系列标准通信命令的使用接口，利用它可以建立与串口的连接，并可以通过串口连接到其他通信设备（如调制解调器），发出命令，交换数据以及监视和响应串行连接中发生的事件和错误。MSCOMM控件可用于创建电话拨号程序、串口通信程序和功能完备的终端程序。

串行通信控件MSComm32.OCX提供了使用RS-232来进行数据通信的所有协议，VC编程语言为该控件提供了标准的事件处理函数、过程，并通过属性和方法提供了串行通信的设置。它使用户能够方便地访问Windows串行通信驱动程序的大多数特性，包括输入、输出缓冲区的大小及决定何时使用流控制命令挂起数据传输等。

在ClassWizard中为新创建的通信控件定义成员对象(CMSComm m_Serial)，通过该对象便可以对串口属性进行设置，MSComm控件共有27个属性。如果需要通过多个串行口与多台设备通信，那么每一个串行口对应于一个单独的MSComm控件。串行口的设置参数既可以在对话框编辑器里设定，也可以在程序代码中通过调用CMSComm类的成员函数设定。例如，我们可以在MyCOMDlg类的OnInitDialog成员函数中初始化MSComm控件的参数，代码如下：
BOOL CMyCOMDlg::OnInitDialog ()
{
CDialog::OnInitDialog ();
m_wndCOM1.SetCommPort(1);
m_wndCOM1.SetSettings(9600,e,7,1);
m_wndCOM1.SetRThreshold(1);
m_wndCOM1.SetSThreshold(0);
m_wndCOM1.SetInputLen(1);
m_wndCOM1.SetPortOpen(TRUE);
Return TRUE
}

打开所需串口后，我们需要考虑串口通信的时机。在接收或发送数据过程中，可能需要监视并响应一些事件和错误，所以事件驱动是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。使用OnComm事件和CommEvent属性捕捉并检查通信事件和错误的值。发生通信事件或错误时将触发OnComm事件，CommEvent属性的值将被改变，应用程序通过检查CommEvent属性值并做出相应的反应。

如图1是PC机与多个单片机连接的原理图，图2是其通信程序流程图。

1.3、使用API函数

Windows 应用程序要与标准串口通信，Windows函数库中提供了24个低级函数，这些函数为与外部设备的通信提供了基本的工具，文件输入和文件输出函数为通信资源句柄的打开、关闭以及执行读写操作提供了基本的接口，Win32 API也包含一系列访问通信资源的通信函数，具体工作过程如下：首先打开一个通信资源句柄CreateFile()，接着进行串行通信资源的配置（包括波特率、奇偶校验、停止位和数据位等信息），通过SetCommState()、GetCommState()进行修改和查询完成初始化设置；串行通信资源的读写通过ReadFile()、WriteFile()来完成收发数据，监视串行通信资源某些可能发生的事件可通过WaitCommEvent()来完成，向与某通信资源相关的设备驱动程序发送控制命令，使驱动程序执行特定任务。

控件虽然简单易用，但由于必须拿到对话框中使用，在一些需要在线程中实现通信的应用场合下，控件的使用显得捉襟见肘。API是附带在Windows内部的一个极其重要的组成部分。Windows的32位API主要是一系列很复杂的函数和消息集合。它可以看作是Windows系统为在其下运行的各种开发系统提供的开放式通用功能增强接口。通信程序在CreateFile处指定串口设备及相关的操作属性，再返回一个句柄，该句柄将被用于后续的通信操作，并贯穿整个通信过程。串口打开后，其属性被设置为默认值，根据具体需要，通过调用GetCommState(hComm,dcb)读取当前串口设备控制块DCB设置，修改后通过 SetCommState(hComm,dcb)将其写入。运用ReadFile()与WriteFile()这两个API函数实现串口读写操作，若为异步通信方式，两函数中最后一个参数为指向OVERLAPPED结构的非空指针，在读写函数返回值为FALSE的情况下，调用 GetLastError()函数，返回值为ERROR_IO_PENDING，表明I/O操作悬挂，即操作转入后台继续执行。此时，可以用 WaitForSingleObject()来等待结束信号并设置最长等待时间，举例如下：
BOOL bReadStatus;
bReadStatus = ReadFile (m_hIDComDev, buffer,
dwBytesRead, dwBytesRead, m_OverlappedRead);
if (! bReadStatus){
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING){
WaitForSingleObject(m_OverlappedRead.hEvent,1000);
return ((int)dwBytesRead);}
return(0);}
return ((int)dwBytesRead);

1.4、多线程下的串行通信

Windows内部的抢先调度程序在活动的线程之间分配CPU时间，Windows区分两种不同类型的线程，一种是用户界面线程(User Interface Thread),它包含消息循环或消息泵，用于处理接收到的消息；另一种是工作线程(Work Thread)，它没有消息循环，用于执行后台任务、监视串口事件的线程即为工作线程。多线程程序的编写在端口的配置、连接部分与单线程的相同，在端口配置完毕后，最重要的是根据实际情况，建立多线程之间的同步对象，如信号灯、临界区和事件等。多线程的实现可以使得各端口独立，准确地实现串行通信，使串行通信具有更广泛的灵活性与严格性，且充分利用CPU时间。但在具体的实时监控系统中如何协调多个线程、线程之间以何种方式实现同步，这是多线程串行通信程序实现的难点。