【正文】 ...................................................................................................... 72 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 73 附錄 ........................................................................................................................ 74 5 第一章 緒論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的 選題背景 和應(yīng)用前景 串口通信在 IT、軍事、物流、零售、終端產(chǎn)品、智能卡類產(chǎn)品和信息采集等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，特別是在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種古老的傳輸方式仍然有其研究的必要性，串口在各種終端之間起到了信息傳輸過程中，比特流和電信號(hào)的轉(zhuǎn)換作用，特別是在無線通信標(biāo)準(zhǔn)及無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不太完善的今天，串口通信在很長一段時(shí)間內(nèi)還有廣闊的應(yīng)用前景，很多要求安全通信的場(chǎng)合都有串口通信的用武之地。在業(yè)界，人們一提到串行通信，無一不想到 RS232接口，這個(gè)接口歷經(jīng)了 40 年的風(fēng)風(fēng)雨雨，如今依然在 IT 和工業(yè)通信領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用著。 EIA－ 23 EIA422 和 EIA－ 485 都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）制訂并發(fā)布的， EIA232 在 1962 年發(fā)布，后來陸續(xù)有不少改進(jìn)版本，其中最常用的是 EIA232C 版。 EIA232 被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， EIA－ 232 的傳送距離要求可達(dá) 50 英尺（約 15 米），最高速率為 20kbps。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍， EIA 于 1983 年在 EIA422 基礎(chǔ)上制定了 EIA485 標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為 TIA/EIA485A標(biāo)準(zhǔn)。因此，這些串行通信技術(shù)應(yīng)用很廣，如錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)以及許多工業(yè)控制設(shè)備上都配備有 EIA－ 232 串行通信接口 [3]。 USB 接口的出現(xiàn)在工業(yè)通信領(lǐng)域的反映很冷淡，然而在 IT 界的反響卻十分強(qiáng)烈。 USB 是英文 Universal Serial Bus 的縮寫，翻譯成中文的含義是“通用串行總線 ”。在 Windows 2021的操作系統(tǒng)中，任何一款標(biāo)準(zhǔn)的 USB設(shè)備可以在任何時(shí)間、任 6 何狀態(tài)下與計(jì)算機(jī)連接，并且能夠馬上開始工作。 發(fā)展至今， USB 共有三種標(biāo)準(zhǔn)： 1996 年發(fā)布的 ， 1998 年 發(fā)布的 以及剛剛發(fā)布的最新標(biāo)準(zhǔn) 。就目前的 而言，其傳輸速度可以達(dá)到480Mbps，最多可以支持 127 個(gè)設(shè)備。人們?cè)谑袌?chǎng)上可以看到，每一款計(jì)算機(jī)主板都帶有不少于 2 個(gè) USB 接口， USB 打印機(jī)、 USB 調(diào)制解調(diào)器、 USB 鼠標(biāo)、 USB音箱、 USB 存儲(chǔ)器等產(chǎn)品越來越多， USB 接口已經(jīng)占據(jù)了串行通信技術(shù)的壟斷地位。 在工業(yè)領(lǐng)域，人們更要求產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，目前， EIA標(biāo)準(zhǔn)下的串行通信技術(shù)完全可以滿足人們對(duì)工業(yè)設(shè)備傳輸?shù)母鞣N性能要求，而且，這些產(chǎn)品價(jià)格非常低廉。因?yàn)楣I(yè)設(shè)備一般連接好以后很少進(jìn)行重復(fù)插拔， USB 特性的優(yōu)越性不能很好地被體現(xiàn)出來，也就得不到工業(yè)界的普遍認(rèn)可。 目前，還有一項(xiàng)串行通信技術(shù)受到人們的關(guān)注，這就是 IEEE 1394，這項(xiàng)技術(shù)雖然還沒有普及，但是，人們對(duì)它的前景十分看好。目前，1394 商業(yè)聯(lián)盟正在負(fù)責(zé)對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)，爭取未來將速度提升至 800Mbps、 1Gbps 和 這三個(gè)檔次。 IEEE 1394 提供了一種高速的即插即用總線。例如，用戶可以在計(jì)算機(jī)上接駁一部數(shù)字 VCR，把它當(dāng)作一個(gè)普通的外設(shè)使用，既可用來播放電影，亦可以錄制在計(jì)算機(jī)上編輯視頻流。由于速度非常快，所以它是消費(fèi)類影音（ A/V）電器、存儲(chǔ)、打印、高分辨率掃描和其他便攜設(shè)備的理想選擇。 也許有人會(huì)問，采用并行方式不是可以達(dá)到更高的傳輸速度嗎？例如，包含了 8根線芯的一條并行電纜和一條串行電纜相比，前者的速度可以是后者的 8倍。例如，在并行電纜的多股線芯之間，電子干擾比較厲害 。 總線的問題則更加復(fù)雜。但它在一條總線內(nèi)可以連接大量設(shè)備（最多 63 個(gè)），數(shù)據(jù)的傳輸?shù)玫綐O大簡化，不僅需要的命令集被精簡了，而且只需針對(duì)一個(gè)地址直接進(jìn)行讀寫。 但要注意的是， IEEE 1394 只是一種數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，而非一種“內(nèi)容”標(biāo)準(zhǔn)，要想真正全面地展開 IEEE 1394 應(yīng)用，通過它傳輸?shù)膬?nèi)容格式也必須符合特定的標(biāo)準(zhǔn)。隨著越來越多的人們意識(shí)到 IEEE 1394 的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)串行通信技術(shù)將會(huì)有被全面取代的一天。目前以太網(wǎng)基本上實(shí)現(xiàn)的是計(jì)算機(jī)設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)，而在接入終端，很多設(shè)備與計(jì)算機(jī)的連接是通過串行通信接口來實(shí)現(xiàn)的。比如說銀行最早的 IBM 大型機(jī)需要和終端連接，這個(gè)連接就是用串行通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。 目前，最常用的串行通信技術(shù)是 EIA－ RS232，由于 EIA－ RS232 技術(shù)簡單，產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本很低，因此，在人們經(jīng)常使用的信息產(chǎn)品中基本上都能見到 EIA232的接口。在實(shí)時(shí)控制和管理方面，采用多臺(tái)微機(jī)處理機(jī)組成分級(jí)分布控制系統(tǒng)中，各 CPU 之間的通信一般都是串行方式。 隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，串行通信技術(shù)也得到新的發(fā)展空間。局域網(wǎng) LAN 中也可采用串行 通信技術(shù)，計(jì)算機(jī)將串口直接連接到終端服務(wù)器上。 新的應(yīng)用也改變了 EIA標(biāo)準(zhǔn)的命運(yùn)。 用于 IT 領(lǐng)域的串口與用于工業(yè)領(lǐng)域的串口是有所區(qū)分的，商業(yè)設(shè)備可以要求 在特定的機(jī)房環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣的環(huán)境令商用設(shè)備像是溫室里的花朵。因此，在 IT 和工業(yè)通信各自的環(huán)境中，串行通信設(shè)備的性能各有側(cè)重，從而生產(chǎn)商也因產(chǎn)品的側(cè)重面不同而分化。 互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展改變了 IT 和工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的原有格局，人們開始考慮用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方法解決工作難題。按照傳統(tǒng)的方法，交管局知道什么地方堵車，臨時(shí)派遣交通警察去疏導(dǎo)。這樣的解決方法速度快，判斷準(zhǔn)確。還有氣象數(shù)據(jù)采集與處理、鐵路列車調(diào)控、電力數(shù)據(jù)采集與調(diào)配系統(tǒng)等等，這些系統(tǒng)后端可能是一個(gè)龐大的計(jì) 算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而前端則是放在大街或者惡劣環(huán)境下的設(shè)備，因此，前端設(shè)備需要的是工業(yè)級(jí)性能的產(chǎn)品。目前，有的企業(yè)提供一些接入服務(wù)器產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以將串行數(shù)據(jù)信息成功連接到以太網(wǎng)或者是互聯(lián)網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與管理網(wǎng)絡(luò)的一體化。從前， EIA232 由于傳輸距離的限制不能長距離傳輸數(shù)據(jù)，現(xiàn)在，通過一個(gè)小小的接入服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)接， EIA－ 232的通信信息就可以連接到互聯(lián)網(wǎng)或者以太網(wǎng)中，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的范圍中實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)傳遞。目的是掌握串口通信程序開發(fā)的基本流程，基本原理，把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中去。 Windows 9X/NT 是搶先式的多任務(wù)操作系統(tǒng)，程序?qū)PU 的占用時(shí)間由系統(tǒng)決定。進(jìn)程是應(yīng)用程序的運(yùn)行實(shí)例，擁有自己的地址空間。線程是操作系統(tǒng)分配 CPU 時(shí)間的基本實(shí)體，每個(gè)線程占用的 CPU 時(shí)間由系統(tǒng)分配，系統(tǒng)不停的在線程之間切換。 VC++中對(duì)多線程的支持 使用 MFC 開發(fā)是較普遍的 VC++編程方法。 VC++把線程分為兩種：用戶界面線程和工作者線程。程序一般不需要直接創(chuàng)建 CWinThread對(duì)象，通過調(diào)用 AfxBeginThread()函數(shù)就會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè) CWinThread 對(duì)象，從而開始一個(gè)進(jìn)程。線程的終止取決于下列事件之一：線程函數(shù)返回；線程調(diào)用 ExitThread()退出；異常情況下用線程的句柄調(diào)用 TerminateThread()退出；線程所屬的進(jìn)程被終止 [1]。這些對(duì)象可能是全局變量， MFC 的對(duì)象， MFC 的 API 等。 串口通信中，對(duì)于每個(gè)串口對(duì)象，只有一個(gè)緩沖區(qū)，發(fā)送和接收都要用到，必須建立起同步機(jī)制，使得在一個(gè)時(shí)候只能進(jìn)行一種操作，否則通信就會(huì)出錯(cuò)。如果一個(gè)線程必須等待另一個(gè)線程結(jié)束才能運(yùn)行，則應(yīng)該掛起該線程以減少對(duì) CPU 資源的占用，通過另一進(jìn)程完成后發(fā)出的信號(hào) (線程間通信 )來激活。 2Cmutex：互斥量對(duì)象，一個(gè)時(shí)刻至多只允許一個(gè)線程訪問某資源，未被占用時(shí)處于有信號(hào)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)共享資源的互斥訪問。適用于某一線程等待某事件發(fā)生才能執(zhí)行的場(chǎng)合。一個(gè)臨界區(qū)僅在創(chuàng)建它的進(jìn)程中有效。其意義是通過暫時(shí)掛起線程減少對(duì) CPU 資源 的占用。常用的等待函數(shù)是 WaitForSingleObject()和WaitForMultipleObjects()，前者可監(jiān)測(cè)單個(gè)同步對(duì)象，后者可同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)同步對(duì)象。打開后 SetCommState()進(jìn)行端口配置，包括緩沖 區(qū)設(shè)置，超時(shí)設(shè)置和數(shù)據(jù)格 式等。 CloseHandle()用于關(guān)閉串口 [3]。同步執(zhí)行時(shí)，函數(shù)直到執(zhí)行完畢才返回，因而同步執(zhí)行的其他線程會(huì)被阻塞，效率下降；而在重疊方式下，調(diào)用的讀寫函數(shù)會(huì) 立即返回， I/O 操作在后臺(tái)進(jìn)行，這樣線程就可以處理其他事務(wù)。 使用重疊 I/O 方式時(shí)，線程要?jiǎng)?chuàng)建 OVERLAPPED 結(jié)構(gòu)供讀寫函數(shù)使用，該結(jié)構(gòu)最重要的成員是 hEvent 事件句柄。 基于串口的文件傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容有： 1. 進(jìn)行文件傳輸技術(shù)的分析，包括通信流程、通信方式的確定、數(shù)據(jù)包的格式分析； 2. 通信思路的設(shè)計(jì)，包括互相拷貝文件功能的描述、通信事件的處理方法和流程、消息響應(yīng)函數(shù)的設(shè)計(jì)和流程圖以 及各種操作狀態(tài)的含義定義； 3. 界面設(shè)計(jì)，包括主界面和對(duì)話框設(shè)計(jì)； 4. 程序設(shè)計(jì)； 5. 程序調(diào)試和預(yù)期效果的檢驗(yàn)； 6. 程序設(shè)計(jì)的延伸和可擴(kuò)展性的分析。 12 第二章 串口通信程序開發(fā)基礎(chǔ)知識(shí) 串口通信概述 在工業(yè)控制中 ,串口是常用的計(jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。目前 Windows 在工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)中已成為主流平臺(tái) ，Windows 環(huán)境下的上、下位機(jī)之間的串行通信是設(shè)計(jì)與開發(fā)監(jiān)控管理系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)的重要組成部分。 介紹串行通信，有必要先介紹一下并行通信。在并行通信中，傳輸線數(shù)量沒有限制，除了數(shù)據(jù)線之外還應(yīng)設(shè)置有通信聯(lián)絡(luò)控制線。 為解決這些問題，可以采取串行通信方式。顯然，串行通信的速度要比并行 通信慢的多，但其優(yōu)點(diǎn)也很明顯，通信成本底，距離遠(yuǎn)。這里所說的通信是指計(jì)算機(jī)與外界的信息交換。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進(jìn)行信息傳送，因此，特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸。在實(shí)時(shí)控制和管理方面，采用多臺(tái)微機(jī)處理機(jī)組成分級(jí)分布控制系統(tǒng)中，各 CPU 之間的通信一般都是串行方式。 13 串行通信基礎(chǔ)知識(shí) 串行通信的優(yōu)點(diǎn) 串行通信之所以被廣泛采用，其中一個(gè)主要原因是可以在現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行信息的遠(yuǎn)距離傳輸。一般來說，串行通信具有如下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （ 1）由于在一條傳 輸線路上既有傳輸數(shù)據(jù)信息，又有傳輸控制聯(lián)絡(luò)信息，著就需要一系列約定，從而識(shí)別一條線上傳誦的信息流中，哪一部分是數(shù)據(jù)信號(hào)，哪一部分是聯(lián)絡(luò)信號(hào)。 （ 3）串行通信由于西西中邏輯定義與 TTL不兼容，故需要邏輯電平轉(zhuǎn)換，以提高信息傳輸?shù)目煽啃?。時(shí)間證明，微型計(jì)算機(jī)通過 MODEM 和電話線進(jìn)行遠(yuǎn)程串行 通信，是當(dāng)今很手歡迎的廉價(jià)的一種通信方式。有的系統(tǒng)是單工傳輸，但可以利用另一線路將接收方的監(jiān)視信號(hào)返回到發(fā)送方，通常用于差錯(cuò)檢測(cè)。 （ 2）半雙工方式 當(dāng)使用同一根傳輸線既作為輸入又作為輸出時(shí)，雖然 數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向上傳輸，但通信雙方不能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，這種傳輸方式就是半雙工傳輸方式。 （ 3）全雙工傳輸方式 當(dāng)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受分別由兩根不同的傳輸線傳輸時(shí)，通信雙方都能在同一時(shí)刻 14 進(jìn)行發(fā)送和接受操作，即相當(dāng)于將兩個(gè)方向相反的單工傳輸方式組合在一起，這樣的傳輸方式就是全雙工傳輸方式。串行通信的過程是將通信雙方的數(shù)據(jù)序列變成電信號(hào)，在選頂?shù)耐ㄐ啪€路上完成傳遞。 信號(hào)傳輸方式是指信號(hào)原樣傳輸?shù)幕▊鬏敾蚴抢迷盘?hào)調(diào)治成高頻載波的載波信號(hào)。 （ 4）信號(hào)傳輸方式 在近距離傳輸時(shí)，廣泛使用的是按信號(hào)原樣傳輸?shù)幕▊鬏敺绞?。在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，通常需要使用 MODEM。 （ 5）線路傳輸方式 線路傳輸方式使用復(fù)用技術(shù)，將一個(gè)信道劃分為若干個(gè)頻帶或時(shí)間片，從而使多路信號(hào)同時(shí)共享信道，這就是多雙工傳輸方式。 串行通信檢錯(cuò)與糾錯(cuò) 串行通信的最終目的是將發(fā)送端要發(fā)送的數(shù)據(jù)正確無誤的傳動(dòng)到接收端。所以，對(duì)通信差錯(cuò)控制能力是衡量一個(gè)通信系統(tǒng)的主 要指標(biāo)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，如何消除和糾正錯(cuò)誤叫糾錯(cuò)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，如何消除和糾正叫糾錯(cuò)。 串行通信的速率與傳輸距離 傳輸速率和距離是衡量串行通信的兩個(gè)重要方面，通常串行通信涉及以下兩個(gè)方面： 1 波特率 在并行通信中，傳輸速率以每秒傳誦的字節(jié)（ B/s）來表示數(shù)據(jù)傳輸速率。波特率是衡量通信線路基本電信號(hào)發(fā)送率的一種量度，它僅僅是電學(xué)上的量度單位，而不是信息的量度單位。 常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率