如何使用C语言配置串口

如何使用C语言配置串口

在C语言中配置串口进行通信的核心要点包括打开串口、设置串口属性、读写数据、关闭串口。其中，设置串口属性尤为重要，因为它直接影响串口通信的正确性。接下来，我们将详细描述如何在C语言中完成这些步骤。

一、打开串口

在Linux系统中，串口设备通常表示为/dev/ttyS0、/dev/ttyS1等。使用open()函数来打开串口设备，并获得一个文件描述符。

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int open_serial_port(const char *device) {
    int fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (fd == -1) {
        perror("open_serial_port: Unable to open serial port");
    } else {
        fcntl(fd, F_SETFL, 0); // 设置串口为阻塞模式
    }
    return fd;
}

二、设置串口属性

设置串口属性主要包括波特率、数据位、停止位和校验位。我们使用termios结构和相关的函数来设置这些属性。

#include <termios.h>
#include <stdio.h>
int configure_serial_port(int fd, int baud_rate) {
    struct termios options;
    // 获取当前串口配置
    if (tcgetattr(fd, &options) < 0) {
        perror("configure_serial_port: Unable to get serial port attributes");
        return -1;
    }
    // 设置波特率
    speed_t speed;
    switch (baud_rate) {
        case 9600: speed = B9600; break;
        case 19200: speed = B19200; break;
        case 38400: speed = B38400; break;
        case 115200: speed = B115200; break;
        default:
            fprintf(stderr, "Unsupported baud raten");
            return -1;
    }
    cfsetispeed(&options, speed);
    cfsetospeed(&options, speed);
    // 设置数据位、停止位和校验位
    options.c_cflag &= ~CSIZE; // 清除数据位的设置
    options.c_cflag |= CS8;    // 设置数据位为8位
    options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 设置停止位为1
    options.c_cflag &= ~PARENB; // 禁用校验
    // 配置为原始模式
    options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); // 禁用标准输入输出
    options.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); // 禁用软件流控制
    options.c_oflag &= ~OPOST; // 禁用输出处理
    // 刷新输入输出缓冲区，并应用配置
    tcflush(fd, TCIFLUSH);
    if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) < 0) {
        perror("configure_serial_port: Unable to set serial port attributes");
        return -1;
    }
    return 0;
}

三、读写数据

使用read()和write()函数进行串口数据的读写操作。

#include <unistd.h>
ssize_t read_from_serial_port(int fd, void *buffer, size_t size) {
    return read(fd, buffer, size);
}
ssize_t write_to_serial_port(int fd, const void *buffer, size_t size) {
    return write(fd, buffer, size);
}

四、关闭串口

使用close()函数关闭串口设备。

void close_serial_port(int fd) {
    close(fd);
}

五、完整示例

以下是一个完整的示例程序，它展示了如何使用C语言配置和使用串口进行通信。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
// 函数声明
int open_serial_port(const char *device);
int configure_serial_port(int fd, int baud_rate);
ssize_t read_from_serial_port(int fd, void *buffer, size_t size);
ssize_t write_to_serial_port(int fd, const void *buffer, size_t size);
void close_serial_port(int fd);
int main() {
    const char *device = "/dev/ttyS0";
    int baud_rate = 9600;
    char buffer[256];
    // 打开串口
    int fd = open_serial_port(device);
    if (fd == -1) {
        return 1;
    }
    // 配置串口
    if (configure_serial_port(fd, baud_rate) == -1) {
        close_serial_port(fd);
        return 1;
    }
    // 写入数据
    const char *data = "Hello, Serial Port!";
    if (write_to_serial_port(fd, data, strlen(data)) == -1) {
        perror("main: Unable to write to serial port");
        close_serial_port(fd);
        return 1;
    }
    // 读取数据
    ssize_t bytes_read = read_from_serial_port(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (bytes_read == -1) {
        perror("main: Unable to read from serial port");
        close_serial_port(fd);
        return 1;
    }
    // 打印读取的数据
    buffer[bytes_read] = '';
    printf("Received: %sn", buffer);
    // 关闭串口
    close_serial_port(fd);
    return 0;
}
// 函数定义
int open_serial_port(const char *device) {
    int fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (fd == -1) {
        perror("open_serial_port: Unable to open serial port");
    } else {
        fcntl(fd, F_SETFL, 0); // 设置串口为阻塞模式
    }
    return fd;
}
int configure_serial_port(int fd, int baud_rate) {
    struct termios options;
    // 获取当前串口配置
    if (tcgetattr(fd, &options) < 0) {
        perror("configure_serial_port: Unable to get serial port attributes");
        return -1;
    }
    // 设置波特率
    speed_t speed;
    switch (baud_rate) {
        case 9600: speed = B9600; break;
        case 19200: speed = B19200; break;
        case 38400: speed = B38400; break;
        case 115200: speed = B115200; break;
        default:
            fprintf(stderr, "Unsupported baud raten");
            return -1;
    }
    cfsetispeed(&options, speed);
    cfsetospeed(&options, speed);
    // 设置数据位、停止位和校验位
    options.c_cflag &= ~CSIZE; // 清除数据位的设置
    options.c_cflag |= CS8;    // 设置数据位为8位
    options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 设置停止位为1
    options.c_cflag &= ~PARENB; // 禁用校验
    // 配置为原始模式
    options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); // 禁用标准输入输出
    options.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); // 禁用软件流控制
    options.c_oflag &= ~OPOST; // 禁用输出处理
    // 刷新输入输出缓冲区，并应用配置
    tcflush(fd, TCIFLUSH);
    if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) < 0) {
        perror("configure_serial_port: Unable to set serial port attributes");
        return -1;
    }
    return 0;
}
ssize_t read_from_serial_port(int fd, void *buffer, size_t size) {
    return read(fd, buffer, size);
}
ssize_t write_to_serial_port(int fd, const void *buffer, size_t size) {
    return write(fd, buffer, size);
}
void close_serial_port(int fd) {
    close(fd);
}

六、使用高级功能

在实际应用中，可能需要使用一些高级功能，如硬件流控制、软件流控制和超时设置。下面将简要介绍这些高级功能的配置方法。

硬件流控制

硬件流控制使用RTS/CTS信号来控制数据流。可以通过修改termios结构中的c_cflag字段来启用硬件流控制。

// 启用硬件流控制
options.c_cflag |= CRTSCTS;

软件流控制

软件流控制使用XON/XOFF信号来控制数据流。可以通过修改termios结构中的c_iflag字段来启用软件流控制。

// 启用软件流控制
options.c_iflag |= (IXON | IXOFF | IXANY);

超时设置

可以通过修改termios结构中的c_cc数组来设置读操作的超时时间。

// 设置读操作超时
options.c_cc[VTIME] = 10; // 设置超时时间为1秒（单位是0.1秒）
options.c_cc[VMIN] = 0;   // 设置最小读取字符数为0

通过这些配置，可以更好地控制串口通信的行为，满足不同应用场景的需求。

七、错误处理和调试

在开发串口通信程序时，错误处理和调试是非常重要的。可以使用perror()函数来打印系统错误信息，帮助定位问题。

if (fd == -1) {
    perror("open_serial_port: Unable to open serial port");
}

此外，可以使用调试工具（如gdb）来调试程序，查看变量的值和程序的执行流程。

八、跨平台兼容性

虽然本文主要介绍了在Linux系统中如何使用C语言配置串口，但在Windows系统中也可以使用类似的方法。Windows系统中可以使用CreateFile()、SetCommState()、ReadFile()和WriteFile()等函数来操作串口。需要注意的是，Windows和Linux系统在串口设备名称和一些函数的使用上有所不同，需要根据具体的操作系统进行调整。

九、示例代码的扩展

在实际应用中，可能需要将串口通信功能封装成一个类或库，方便在不同项目中复用。下面是一个简单的串口通信类的示例。

#include <iostream>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
#include <cstring>
class SerialPort {
public:
    SerialPort(const char *device, int baud_rate)
        : fd(-1) {
        fd = open_serial_port(device);
        if (fd != -1) {
            configure_serial_port(fd, baud_rate);
        }
    }
    ~SerialPort() {
        if (fd != -1) {
            close_serial_port(fd);
        }
    }
    ssize_t read(void *buffer, size_t size) {
        return read_from_serial_port(fd, buffer, size);
    }
    ssize_t write(const void *buffer, size_t size) {
        return write_to_serial_port(fd, buffer, size);
    }
private:
    int fd;
    int open_serial_port(const char *device) {
        int fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
        if (fd == -1) {
            perror("open_serial_port: Unable to open serial port");
        } else {
            fcntl(fd, F_SETFL, 0); // 设置串口为阻塞模式
        }
        return fd;
    }
    int configure_serial_port(int fd, int baud_rate) {
        struct termios options;
        // 获取当前串口配置
        if (tcgetattr(fd, &options) < 0) {
            perror("configure_serial_port: Unable to get serial port attributes");
            return -1;
        }
        // 设置波特率
        speed_t speed;
        switch (baud_rate) {
            case 9600: speed = B9600; break;
            case 19200: speed = B19200; break;
            case 38400: speed = B38400; break;
            case 115200: speed = B115200; break;
            default:
                fprintf(stderr, "Unsupported baud raten");
                return -1;
        }
        cfsetispeed(&options, speed);
        cfsetospeed(&options, speed);
        // 设置数据位、停止位和校验位
        options.c_cflag &= ~CSIZE; // 清除数据位的设置
        options.c_cflag |= CS8;    // 设置数据位为8位
        options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 设置停止位为1
        options.c_cflag &= ~PARENB; // 禁用校验
        // 配置为原始模式
        options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); // 禁用标准输入输出
        options.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); // 禁用软件流控制
        options.c_oflag &= ~OPOST; // 禁用输出处理
        // 刷新输入输出缓冲区，并应用配置
        tcflush(fd, TCIFLUSH);
        if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) < 0) {
            perror("configure_serial_port: Unable to set serial port attributes");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    ssize_t read_from_serial_port(int fd, void *buffer, size_t size) {
        return read(fd, buffer, size);
    }
    ssize_t write_to_serial_port(int fd, const void *buffer, size_t size) {
        return write(fd, buffer, size);
    }
    void close_serial_port(int fd) {
        close(fd);
    }
};

十、总结

本文详细介绍了如何使用C语言配置串口，包括打开串口、设置串口属性、读写数据和关闭串口等步骤。通过这些步骤，可以实现串口通信功能，并且可以根据具体需求进行扩展和优化。在实际应用中，还需要注意错误处理和调试，以及跨平台兼容性问题。希望本文对您理解和使用C语言配置串口有所帮助。