嵌入式Ｃ语言串口通信及应用实例教程

本书从初学者的角度，在介绍C语言串口通信基本知识和控件的基础上，结合典型测控应用实例，详细说明了串口通信参数设置、TTL协议、USB转串口、设备控制块、串口配置、串口操作与监测等具体细节与关键技术。书中介绍的温度自动采集、水位监测、热敏打印机等应用，可以直接用于指导读者的实际工作。此外，书中配套视频讲解，提供各环节的操作界面、源代码，方便读者直观地学习、掌握。
本书不仅可以为专业人员提供指导和帮助，而且能指导非专业人员快速入门，掌握C语言串口通信编程的精髓。

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第1章 串口通信    001
1.1 串口通信参数    003
1.1.1 波特率    003
1.1.2 信息帧格式    004
1.2 USB转串口    006
1.2.1 硬件连接    007
1.2.2 驱动安装    008
1.3 设备控制块    011
1.3.1 读设备控制块    012
1.3.2 写设备控制块    014
1.4 串口配置    017
1.4.1 超时时间配置    017
1.4.2 输入输出缓冲区配置    020
1.5 串口操作    023
1.5.1 打开关闭串口    023
1.5.2 读写串口    025
1.6 串口监测    027

第2章 串口自动识别    030
2.1 串口遍历    031
2.1.1 逐个串口遍历    031
2.1.2 注册表遍历    032
2.1.3 GUID遍历    032
2.2 Win32程序    033
2.2.1 创建步骤    033
2.2.2 菜单    035
2.2.3 对话框    036
2.2.4 模块集成    037
2.2.5 C源代码    038

第3章 循环冗余校验    050
3.1 校验码多项式    051
3.2 CRC16校验码    052
3.2.1 数据智能识别    052
3.2.2 校验码计算    052
3.3 控制台程序    054
3.3.1 创建步骤    054
3.3.2 C源代码    055
3.4 Win32程序    059
3.4.1 创建步骤    059
3.4.2 C源代码    060

第4章 串口通信Win32程序    067
4.1 程序设计    068
4.1.1 UI界面    068
4.1.2 N-S流程    071
4.2 C源代码    072
4.2.1 串口链表    072
4.2.2 主程序    077

第5章 RS-232打印机    101
5.1 热敏打印机    102
5.1.1 硬件连接线路    102
5.1.2 参数设置指令    103
5.1.3 指令驱动函数    106
5.2 界面设计    110
5.2.1 工具栏    111
5.2.2 对话框    115
5.2.3 Tab属性页    120
5.2.4 状态栏    130
5.3 Win32程序    132
5.3.1 创建步骤    133
5.3.2 UI界面    134
5.3.3 C源代码    136

第6章 数据排序与极值    153
6.1 AVL树    154
6.2 控制台程序    156
6.2.1 创建步骤    157
6.2.2 C源代码    158
6.3 Win32程序    171
6.3.1 创建步骤    171
6.3.2 UI界面    173
6.3.3 C源代码    173

第7章 模拟画图    182
7.1 主程序    183
7.1.1 创建步骤    183
7.1.2 C源代码    184
7.2 画图类    189
7.2.1 数据管理    190
7.2.2 头文件    191
7.2.3 C源代码    194

第8章 文件操作    221
8.1 读写文件    222
8.1.1 Win32程序    222
8.1.2 操作过程    223
8.1.3 C源代码    225
8.2 共享内存    238
8.2.1 控制台程序    239
8.2.2 C源代码    241

第9章 温度自动采集    251
9.1 通信仪表    252
9.2 Win32程序    253
9.2.1 创建运行    253
9.2.2 主程序    255
9.2.3 通信接口程序    263
9.2.4 画图程序    268

第10章 水位监测与控制系统    286
10.1 创建步骤    287
10.2 程序运行    289
10.3 程序设计    290
10.4 主程序    292
10.4.1 程序流程    292
10.4.2 C源代码    292
10.5 电池电压    295
10.5.1 电压指示    295
10.5.2 C源代码    296
10.6 控制界面    298
10.6.1 操作流程    298
10.6.2 C源程序    298
10.7 数据界面    315
10.7.1 控制流程    315
10.7.2 C源程序    316
10.8 通信接口    332
10.8.1 液位传感器    333
10.8.2 C源程序    333

串口通信是万物互联互通所需要的一种高性价比网络通信技术，在数字传感器、模/数转换等领域发挥着重要作用。
串口通信有什么重要性？
串口以其低成本、高灵活性等优点被广泛应用于交通、银行、医疗、物流、餐饮、零售、冶金和化工等各个生产与生活领域，普遍存在于移动终端、便携仪器、智能仪表和微型打印机等设备中。随着人形机器人、嵌入式脑机接口、电子皮肤、柔性传感器等新型技术的发展，串口以其微小化优势在数据传输、语言翻译、影像展示、视频放映等方面将作为重要的通信桥梁，芯片内通信和芯片外互联将变得更加通用与普遍，促使串口通信在安全、效率、稳定性等方面不断提升与完善。
为什么采用C语言？
2011年，我完成了《Visual Basic串口通信及编程实例》一书，重点围绕MSComm控件进行参数设置，实现串口通信；2018年，完成《嵌入式MCGS串口通信快速入门及编程实例》一书，基于国产自主研发MCGS组态软件，采用万能通信指令对TTL、RS-232和RS-485电平接口进行串口通信，快速完成界面设计与硬件驱动；2025年，完成《MCGS串口通信从入门到精通实例教程》，将通信过程渗透到各个案例中。上述作品的共同点是依托组态软件和微软的通信控件，在灵活性、高效性方面仍有不足，不适合专业软件的开发，而C语言恰恰具有这方面的优势。采用C语言开发程序难度较大，采用C语言开发基于Windows的可视化界面程序难度更大，尤其是以案例展示时，必须具备显示界面、采集曲线、数据存储等功能，不仅涉及串口通信，还要增加可视化控件操作、多线程、AVL二叉树等内容，极大增加了开发难度与强度。基于以上原因，我经过20余年的实践验证和案例筛选，将技术要点分解为若干小节，各章节间环环相扣、层层递进，降低了学习难度，引导读者由浅入深地学习和掌握串口通信的精髓。特奉献此技术盛宴，以飨读者！
本书讲述了哪些内容？
本书从应用角度出发，设计为十章，分三个层次。第一层次为初级基础层，包括第1章到第5章；第二层为中级过渡层，包括第6章到第8章；第三层为高级应用层，包括第9章和第10章。
（1）初级基础层
第1章主要介绍USB转串口连接器驱动程序安装过程，基于Windows API的设备控制块、串口配置函数、串口操作函数和串口监测函数，针对每类函数设计了对应的控制台程序和Win32程序。第2章采用逐个串口遍历、注册表遍历和GUID遍历三种方式智能遍历计算机存在的可用串口，并设计相应的Win32程序展示遍历时间和效果。第3章讲述循环冗余校验码的计算过程，通过Win32程序计算不确定长度字节的校验码。第4章编制Win32程序展示所有Windows API串口函数的功能，读取和设置串口参数。第5章以微型打印机为例，阐述如何编制通信指令，如何控制打印机输出，完成初级基础层阶段技能训练和实例检验。
（2）中级过渡层
第6章重点讲述AVL自平衡二叉树排序算法，为后续绘图章节提供技术支持，主要包括向二叉树中插入、删除数据以及插入和删除数据后二叉树的再平衡，获取AVL树的最大值和最小值。第7章以时间为X轴，以随机产生的模拟数据为Y轴实时绘制曲线。第8章采用双缓冲内存技术存储随机产生数据，并交替存储内存数据到文件。
（3）高级应用层
第9章以LD7014数据采集模块为例，实时采集热电偶温度并以动态变化范围的曲线显示在UI界面，数据实时追加存储到文本文件。第10章以水位监测与控制系统为例，通过通信线程、显示线程、控制线程，实现数据实时采集、水位自动识别与控制、时钟事件触发等功能。
本书的特色是什么？
本书的特色在于以C程序源代码为主角，文字和图表为配角，辅以讲解视频，模块化讲解应用技能，因此，每章节针对各个知识点专门定制设计了不同的C程序源代码，希望读者在阅读和调试C程序源代码的过程中全方位、深层次、多视角理解程序的逻辑架构、算法设计、内存管理、线程调度、数据通信和界面设计。
本书得到北京科技大学教材建设经费资助，得到北京科技大学教务处的全程支持。张四宗老师完成了全书校核。
由于著者水平有限，书中难免有不足之处，敬请批评指正。

著者