Delphi串口通信编程基础(经典)

Delphi串口通信编程 魏贇 第一章基本概念 通信串行通信硬件基础知识模式及流量接线和错误预防错误排除 1 通信 通信 不同的独立系统通过线路互相交换数据数据通信 终端与计算机之间的通信或计算机与计算机之间的通信网络 构成整个通信的线路数据传送通信的类型字符传输 数据传送 完整的通信系统包括发送端 接收端 转换数据的接口以及传送数据的实际信道或媒体DTE DataTerminalEquipment 发送与接收的节点DSE DataSwitchingEquipment 中间节点 负责数据转送工作DCE DataCommunicationEquipment 负责数据与电气信号转换的设备DTE与DCE间的数据传输线路通常使用RS 232DTE与DSE间的媒体则包括了双绞线 同轴电缆 光纤或无线电等 传送的方式 并行传送 Parallel 一次的传输量为8个位 1字节 通过并行端口 如打印机串行传送 Serial 一次只传输1个位通过串行端口 如RS 232 通信的种类 将数据转换成串行通信有两种方式同步方式 接收设备能自动与发送计算机同步 接收字符有规则的分割开来 以块为单位 没有起始位和停止位 效率高 异步方式 以字符为传送单位 传送的字符之间有无规律的间隔 这样可能使接收设备不能正常接收数据 因为每接收完一个字符都不能确切地知道下一个接收的字符从何时开始 通过加开始位和停止位实现 传输效率低 成本也低 字符传输 位和字节文本编码非文本编码帧 位和字节 二进制中的每一位0和1 被叫做一个位每8个位构成一个字节一个字节中最右面的位被称为第0位 最左面的位被称为第7位 文本编码 文本 字符字母 标点符号等 在计算机中存储时 每个不同的字符都用不同的数值来表示 这些数值的范围通常在0 127或0 255范围 7位 ASCII码 每个字节留一个备用位8位 前128个遵循ASCII码规则 其余的128个用来做扩展字符 数字符号 图形字符等编码 非文本编码 某些可执行指令文件和图形图像文件就是以二进制形式而不是ASCII码形式存储的 一个数据可用二进制形式存储 可以占多个字节 在通信领域 常常把这种类型的资料叫做二进制数据 帧 帧 在串行异步通信情况下 构成一个字节的那些数据单元被称为数据位 在数据位的前 后要加上起始位 停止位和奇偶校验位 一个字符所使用的位数根据协议而不同 称这些位数为字符位数据长或字长 通常不是8位就是7位 2 串行通信 RS 232串行通信RS 485串行通信USB接口IEEE 1394 RS 232串行通信 RS 232的通信端口是每台计算机上的必要配置 通常含有COM 和COM2两个端口 计算机上的RS 232均是公头一般有两种 9引脚和25引脚 RS 485串行通信 差分方式传输 RS 485的通信方式可有效地防止噪声信号的干扰 RS 485的信号将被发送出去时会先分成正负的两条线路 当到达接收端后 再将信号相减还原来原来的信号 如果将原始的信号记为 DT 而被分成后的信号分别记为 D 及 D 则原始的信号与离散的信号在由发送端发送出去时 DT D D 如果此线路受干扰 则两条传输线上的信号会分别成为 D Noise及 D Noise DT D Noise D Noise D D USB UniversalSerialBus 接口 集成一般计算机所使用的外围设备的连接方式 而且其所采用的信号传输方式也是串行通信 USB特性 低价位 热连接 单一的连接头方式 连接数多 线上供电 不占系统资源 错误检测与复原 节省能源 支持四种传输 巨量 实时 中断及控制4种传输模式 速度较快 12Mbps RS 232最快115bps IEEE 1394 IEEE 1394 也称FireWire 火线 与USB一样拥有即插即用的功能 也是用于解决计算机与外围设备复杂的连接问题 并且也是使用串行通信的传输方式 IEEE 1394的传输速度是400Mbps 而且速度还向1000Mbps迈进 USB与IEEE 1394的比较 比较项目USBIEEE 1394应用低速设备高速设备带宽 Mbps 1 5 12100 200 400电缆长度5米4 5米电缆4线6线即插即用支持支持 3 硬件基础知识 PC机的RS 232接口名称尚未统一 有多个名称 RS 232口 串口 通信口 COM口 异步口等 1 2 3 4 5 6 7 8 9 常用的9条RS 232信号线 一次应答呼叫过程 Modem从接收到振铃信号开始 到数据传输结束Modem和DTE恢复到原来的空闲状态为止的过程 数据终端DTE的控制软件持续监视振铃指示RI 等待该信号有效 响铃后 RI信号在ON和OFF状态之间交替变化 DTE的通信控制软件在检测到振铃指示后 开始通过计算机振铃指示的ON和OFF状态的变化次数来进行计数 当达到程序设计的次数时 控制软件发出终端就绪信号 DTR 有效 使Modem进行摘机状态 开始应答电话 Modem在等待一小段时间后 自动地发送它的应答载波信号 同时Modem发出数据设备就绪信号 DSR 通知DTE已经完成所有准备工作 正在等待对方的载波信号 在DTE发出数据终端就绪信号 DTR 期间 DTE的控制软件监视数据设备就绪信号 DSR 是否有效 当DSR为ON状态后 DTE便知道Modem已准备建立数据链路 于是DTE开始检测载波信号 DCD 以检查数据链路是否已经建立 当主叫Modem的载波信号出现在电话线上时 被叫Modem发出载波信号 DCD 以检查数据链路是否已经建立 在数据链路连接期间 发送数据 TxD 和接收数据 RxD 线上即开始了全又工通信 同时 DTE仍监视载波信号 DCD 以确定数据链路是否连接 数据传输结束后 DTE使数据终端就绪信号 DTR 无效 Modem撤消载波检测 DCD 并且使设备数据就绪信号 DSR 信号无效 数据候链路释放后 Modem和DTE返回到初始状态 通信参数 数据的传送速度数据的传送单位 数据的传送速度 波特率 每秒所能产生的最大电压状态改变率 一秒钟可以振荡的次数 bps通信双方必须要取得一样的通信速度 原始信号经过不一样的波特率取样后 所得的结果完全不一样 如取样速度只有原来一半时 信号被跳着取样 数据因此错误 数据的传送单位 一般串行通信端口所传送的数据是字符类型 若用来传输文件 则会使用二进制的数据类型 起始位及停止位 异步串行传输时需要当发送端要开始传送数据时 便将传输线上的电压由低电位提升至高电位 而当传送结束后 再将电压降至低电压 接收端会因起始位的触发 因电压由低电位升至高电位 而开始接收数据 并因停止位的通知 因电压维持在低电位 而确节知道数据的字符已经结束 校验位的检查 用来检查所传送数据正确性的一种核对码 其中又分成奇校验 Odd 及偶校验 Even 串行通信上的字符数据格式起始位 传送字符 校验位 停止位 4 模式及流量 工作模式硬件握手软件握手 工作模式 当计算机在进行数据的传送与接收时 传输线上的数据流动情况可分为3种 单工 传输线上的数据流动只有一个方向半双工 数据流动是双向 但同一时间只能一个方向行进全双工 传输线同时具有两个方向的传输能力RS 485属于半双工 RS 232属于全双工 引脚在设计时就是接收与传送是分属两个不同的引脚与线路 串行数据的流动方式 当数据要由A设备传送至B设备前 数据会先被送到A设备的数据输出缓冲区 接着再由此缓冲区将数据由RS 232线路传送到B设备 同样地 当数据通过硬件线路传送到B设备时 数据首先会送到接收缓冲区 而设备B的CPU再到接收缓冲区将数据读取并进行处理 握手 握手信号 提供一种控制数据流的方法 即接收设备可以控制发送设备的数据发送 如果接收设备速度比发送速度快 握手信号可以略去 在异步串行通信中 这称之为握手 handshaking 或流量控制 flowcontrol 流量控制 保证传输双方都能正确地传送和接收数据而不会漏失 握手控制可以具休分为硬件握手和软件握手 硬件握手 使用专门的握手电路去控制数据的传输 当接收设备准备好之后 就通过专用的握手电路传送一个正电压给发送设备 指示发送设备发送数据 如果接收设备传送一个负电压给发送设备 则指示发送设备停止发送数据 硬件握手用到DSR CTS DTR RTS4条硬件线路 其中DTR RTS指的是计算机上的RS 232端 而DSR CTS则是指被控制的设备端 计算机 设备 设备必须将相对于计算机上的DSR引脚降为低电压计算机检测到DSR引脚为低电位后 暂停数据的传输 同时设备继续处理位于缓冲区的数据等设备的接收缓冲区数据量下降到一定程度后 设备将DSR引脚的标准电压升高计算机一检测到DSR引脚为高电压后 随即继续传送数据给设备 设备 计算机 计算机将DTR引脚降为低电压设备检测到DTR引脚为低电压后 暂停数据的传输 同时计算机也会继续处理位于缓冲区的数据待计算机的接收缓冲区中数据量下降到一定程度后 计算机将DTR引脚的标准电压升高设备一检测到DTR引脚为高电压后 随即继续传送数据给计算机 软件握手 以数据线上的数据信号来代替实际的硬件线路最常见的是XON XOFF协议 若接收端欲使发送端暂停数据的传送时 它便向发送端送出ASCII第19号字符 十六进制是13 而欲恢复传送时 便向发送端送出ASCII第17号字符 十六进制是11 两个字符的交互使用 便可控制发送端的传送操作了 其操作流程与硬件握手类似 5 接线和错误预防 接线方法错误预防 接线方法 RS 232口特点 9引脚或25引脚公头 区别于打印机接头 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 4 3 2 1 9 8 7 6 计算机上为公头 连线上为公头 当使用RS 232与Modem进行连接时 直接连接即可当使用RS 232和其他的设备进行连接时 有时就必须做必要的跳线 跳线 跳线的实际意义就是一个传送的信号必须到达对方的接收引脚 如此才能形成一个完整的通路 跳线 欲将数据从一个地方传送至另一个地方 其实只要使用第2引脚 第3引脚与第5引脚就可以形成一个最简单的通信线路 实际制作 将RS 232线的一端接头拆掉 将里面的第2引脚和第3引脚对调即可 跳线的意义 甲方传送的数据必定到乙方的接收信道 而乙方的传送数据则会到达甲方的接收信道 双方的传送与接收形成一个完整的回路 错误预防 检测数据在传送过程中发生的错误CheckSum 将所有要传送字符的ASCII码做加法运算 计算其总和后将此数目与一数字 通常是255 做除法运算 再取其余数 将此余数组合成传送字符串的一部分而传送出去 同样 接收方也以相同的方式对所传送过来的字符串进行运算操作 以判断数据的正确性 如果不对 则要求发送方重发 CRC yclicRedundancyCheckCode循环冗余校验码 将欲传输的数据块视为一堆连续位所构成的一个整数值 并将此数值除一个特定的除数 错误预防原理 将所传送的数值做相加的操作后与一个固定的除数进行除法运算 所得的余数即为校验码 传送与接收的双方只要针对其固定的检查方法分别进行运算 比较后只要双方均一致 即正确 若不一致 数据重传 6 错误排除 波特率失配检验错误字长不匹配停止位错帧错 波特率失配 如果两个设备的波特率设置不同 当接收设备试图接受数据时 程序将报告校验错和帧错 校验错误 指数据在传输中被破坏 至少可以说明设备在奇偶校验位类型设置不同或者字长不同 字长不匹配 发送的是8位字长 接收采用7位字长发送的是7位字长 接收采用8位字长 停止位错 接收端要求一个停止位 而发送端发送了两个停止位接收端要求两个停止位 而发送端发送了一个停止位 帧错 一般指位数不匹配 这个类型的错误 通常是在没有接收到要求的停止位时出现 第 章串行通信程序及组件建立 1 串行通信的Windows 简述2 通信测试3 自动与事件 1 串行通信的Windows 简述 串行通信相关函数串口通信流程Delphi的Windows pas单元文件中已经将Win32API均声明进去 因此在Delphi里面使用API时只要在uses区段中加入Windows 使其引用该单元文件即可 串行通信相关函数 CreateFile 建立文件 在此用打开通信端口CloseHandle 关闭由CreateFile建立的文件 在此用于关闭通信端口GetCommState 取得计算机串口的设置参数SetCommState 设置计算机串口的参数WriteFile 将数据写入文件 在此用来将数据由串口送出ReadFile 由文件中读取数据 在此用来取得送到串口的数据ClearCommError 清除串行端口的错误 并取得信息 串行通信相关函数 PurgeComm 清除串口上的缓冲区EscapeCommFunction 控制串口的硬件状态SetCommMask 设置事件的掩码 用以触发事件WaitCommEvent 等待设置事件的发生GetCommModemStatus 取得串口上的硬件线路状态 HANDLECreateFile LPCTSTRlpFileName 文件名指针DWORDdwDesiredAccess 存取 读 写 模式DWORDdwShareMode 共享模式LPSECURITY ATTRIBUTESlpSecurityAttribute securityattribute结构指针DWORDdwCreationDistribution 打开文件的方式DWORDdwAttrsAndFlags 文件属性HANDLEhTemplateFile 带属性复制的文件句柄 有关参数说明 lpFileName 欲打开的文件名称 以串口通信来说 就是COM1 COM2等dwDesiredAccess 读写模式设备 由于将会对串口进行读写操作 因此在此给定GENERIC READ和GENERIC WRITE常数dwShareMode 是否共享串行端口 一般不共享 设为0lpSecurityAttribute 传入一个SecurityAttribute结构 指明其返回的Handle是否可以被子程序所继承 在此设置为nil 表示不可继承dwCreationDistribution 指定如何打开文件 在打开设备时 此参数设定为OPEN EXISTINGdwAttrsAndFlags 文件属性及相关标志 此项设置为0hTemplateFile 此项设置为0 BOOLCloseHandle HANDLEhObject hObject 要关闭对象的句柄当函数返回True时 表示关闭动作完成 VarFhandle THandle ComName array 0 4 ofchar ComName string BeginComName COM1 PCHAR ComName FHandle CreateFile ComName GENERIC READorGENERIC WRITE 0 nil OPEN EXISTING FILE ATTRIBUTE NORMAL 0 ifFHandleINVALID HANDLE VALUEthenshowmessage 串口打开成功 Elseshowmessage 串口打开失败 CloseHandle FHandle End GetCommState BOOLGetCommState HANDLEhFile 通信设备的句柄LPDCBlpDCB 设备控制块结构的地址 DCB packedrecordDCBlength DWORD DCB结构的长度BaudRate DWORD 当前波特率Flags Longint wReserved Word 保留 未使用XonLim Word 传送XON阈值XoffLim Word 传送XOFF阈值ByteSize Byte 每字节位数 4 8 Parity Byte 0 4 no odd even mark spaceStopBits Byte 0 1 2 1 1 5 2XonChar CHAR 设置Tx和Rx的XON字符XoffChar CHAR 设置Tx和Rx的XOFF字符ErrorChar CHAR 有错误时的替换字符EofChar CHAR 表示输入结束的字符EvtChar CHAR 接收事件字符wReserved1 Word 保留 未使用end TDCB DCB DCB DCB PDCB TDCB SetCommState BOOLSetCommState HANDLEhFile 通信设备的句柄LPDCBlpDCB 设备控制块结构的地址 VarFDCB TDCB GetCommState FHandle FDCB FDCB BaudRate 9600 FDCB Parity EVENPARITY FDCB Stopbits ONESTOPBIT FDCB Bytesize 8 SetCommState FCOMHandle FDCB WriteFile BOOLWriteFile HANDLEhFile 要写入文件的句柄LPCVOIDlpBuffer 写入文件中的数据的指针DWORDnNumberOfBytesToWrite 写入的字节数LPDWORDlpNumberOfBytesWritten 写入总字节数的指针LPOVERLAPPEDlpOverlapped overlappedI O结构的指针 lpOverlapped通常用来作后台工作时同步检查之用 在串行通信中若不同时使用串行端口 则可不使用 设为nil vari byte strlen DWord xx byte dat array 0 99 ofchar begindat 0 chr fe dat 1 chr 1B dat 2 chr 44 dat 3 chr 03 dat 4 chr 02 xx 0 fori 1to4doxx xxxorord dat i dat 5 chr xx 异或校验strlen 6 WriteFile FHandle dat strlen strlen nil end ReadFile BOOLReadFile HANDLEhFile 要读取文件的句柄LPVOIDlpBuffer 接收数据的缓冲区地址DWORDNumberOfBytesToRead 读取的字节数LPDWORDlpNumberOfBytesRead 读取总字节数的地址LPOVERLAPPEDlpOverlapped OverLappedI O结构的地址 Vardat array 0 99 ofchar flag dword stepno integer beginstepno 0 repeatReadfile FHandle dat 1 flag nil ifflag 0thenifdat1 0 chr fe thenstepno 1 until stepno 1 or flag 0 Readfile FHandle dat 1 flag nil length ord dat1 0 取长度readfile FHandle dat1 length flag nil end PurgeComm BOOLPurgeComm HANDLEhFile 通信资源的句柄DWORDdwFlags 执行动作 dwFlags 指定执行的工作 PURGE TXABORT 终止目前所有的传输工作 立即返回 不管是否完完成传输的操作PURGE RXABORT 终止目前所有的读取工作 立即返回 不管是否完成读取操作PURGE TXCLEAR 清除传送缓冲区中的所有数据PURGE RXCLEAR 清除接收缓冲区中的所有数据 EscapeCommFunction BOOLEscapeCommFunction HANDLEhFile 通信设备的句柄DWORDdwFunc 指定执行的功能 dwFunc 指定串口必须完成的工作 CLRDTR 将DTR线路降成低电压CLRRTS 将RTS线路降成低电压SETDTR 将DTR线路升成高电压SETRTS 将RTS线路升成高电压SETXOFF 当接收到Xoff字符时激活传输操作SETXON 当接收到Xon字符时激活传输操作SETBREAK 设置通信状态为中断 送出BREAK信号 CLRBREAK 清除BREAK信号 使传输动作继续 GetCommModemStatus 取得串口数字输入线路电压状态可用该函数BOOLGetCommModemStatus HANDLEhFile 通讯设备的句柄LPDWORDlpModemStat 控制寄存器中数值的地址 lpModemStat 指向检测到的状态的参数地址 32位长度MS CTS ON CTS clear to send 引脚升至高电压MS DSR ON DSR data set ready 引脚升至高电压MS RING ON RI引脚升至高电压MS RLSD ON DCD引脚升至高电压 串口通信流程 打开通信端口 打开成功 通信参数设置 其他函数操作 显示错误信息 关闭串口 结束 开始 继续操作 否 是 2 通信测试 通信步骤回路测试 通信步骤 设置通信端口号码使用CreateFile函数打开通信端口设置通信协议设置传输速度等参数设置其它参数送出字符串或读入字符串 使用ReadFile及WriteFile函数使用完毕后以CloseHandle函数将通信端口关闭 回路测试 硬件设置软件实现 硬件设置 两台计算机 各使用其上的一个串口 一条RS 232两边都是母头的线一台计算机 但拥有两个串行通信口 一条RS 232两边都是母头的线一台计算机 一个串行通信口 一条RS 232线 至少其中一边是母头 3 自动与事件 自动化的实现轮询方式 不断地发出询问的信号给设备 要求设备返回计算机所要的信息使用定时器 Timer组件 设定时间间隔 当时间间隔一到 便会执行原先放在定时器中的程序代码使用While Do不断地执行程序代码线程方式 将串行通信的功能封装在一个线程中 利用线程的不断执行而达到自动化的目的 建立多线程 工作原理 操作系统将CPU处理数据的时间切成很多的时间片 TimeSlice 操作系统再将应用程序的代码加载到CPU中执行 一旦这一小块的时间执行完毕后 操作系统会将正在执行的程序放一边 然后再取另外一个应用程序进CPU中执行 一样只执行这一小块时间片 如此周而复始 所以见到了整个系统中多任务的情况 线程的实现 应用程序执行后即产生主线程 而主线程可以衍生出其他线程 一个应用程序可以依需要而造出多个线程对象 每一个线程开始执行后即被排入CPU的执行周期中 这些线程可能被建立后开始执行 直到应用程序结束 也有可能执行完工作后在应用程序结束前就结束掉 实际的情况看具体需求而定 Tthread类中常用的方法 Create 建立线程 使用此方法可建立线程 有1个参数 若设成True 表示建立后不立即执行 若设成False 则表示一建立后马上执行 constructorCreate CreateSuspended Boolean Free 释放线程 线程程序代码将从内存中被删除procedureFree Resume 执行程序代码 若线程暂停时 使用此指令再次激活procedureResume Suspend 暂停线程 将执行中的线程暂停procedureSuspend varSecondProcess TMyThread TMyThreadisacustomdescendantofTThread beginSecondProcess TMyThread Create True createsuspended secondprocessdoesnotrunyet SecondProcess Priority tpLower settheprioritytolowerthannormal SecondProcess Resume nowrunthethread end 第4章串行通信中的字符与字节 1 字符与字节2 字节数据的传送与接收 1 字符与字节 字符和字节的差别Delphi中的字符串种类及处理函数中英文字符串长度计算 字符和字节的差别 Windows支持的字符集有单字符集 双字节字符集及UniCode字符集 在西方国家使用Windows系统基本使用单字符集 每一个字符都使用一个字节来表示 而亚洲国家由于字符无法单用一个字节表示 因此使用双字节字符集 其中每个字符使用双字节字符集 UniCode UniCode涵盖了世界上所有国家的字符码 每个字符用一个唯一的内码来表示 其特点是所有的字符以两个字节表示 不仅中文使用两个字节 英文也使用两个字节 串口通信过程中 如果传送的是一个英文字节组成 只要一个字节就可以将信息传送出去 如果传送的是双字节的字符 如中文 完整的字符传送就必须是两个字节 Delphi中的字符串种类及处理函数 Chr x 返回X参数的字符Ord x 返回x参数所列的序数 一般用来解读字符在ASCII码中的序数Pos substr str 返回str中 substr出现的位置 若找不到则返回0StrPos str1 str2 返回str2在str1出现的第一位置的指针 无则返回nilCopy str index count 返回str参数中 索引index开始的count数目的字串Delete str index count 删除str字串中 由index所指定的开始位置的count数目的字串Length str 返回字串str的长度SetLength str newlen 设置str的长度Value str value code 将str转成数值value code表示发生错误的位置Str value str Trim str TrimRight str TrimLeft str 去空格StringReplace str oldpattern newpattern 替换Insert s1 s2 index s1插入s2的第index位置 中英文字符串长度计算 VarInstrW WideString InstrA ANSIString Instr string BeginInstr edit1 text InstrW edit1 text InstrA edit1 text edit2 text inttostr length Instr edit3 text inttostr length InstrW edit4 text inttostr length InstrA End 现象 纯英文字符串使用三种字符串的计算结果相同 显示出一样的字符串长度纯中文字符串时 String和ANSISt