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Java串行端口技术协议

落鹤生 发布于 2012-02-28 13:42 点击:次 
串行通讯有很多种,但笔者所知的在整个电子通讯产品方面,以RS232的通讯方式最为多见。虽然USB接口的电子产品也是层出不穷,但了解一下Java在串行通讯方面的技术还有有必要的,说不定有哪位读者还想用此技术写一个PDA与电脑之间数据共享的程序呢。本文主要以RS232为主来
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串行通讯慨述

串行通讯协议有很多种,像RS232,RS485,RS422,甚至现今流行的USB等都是串行通讯协议。而串行通讯技术的应用无处不在。可能大家见的最多就是电脑的串口与Modem的通讯。记得在PC机刚开始在中国流行起来时(大约是在90年代前五年),那时甚至有人用一条串行线进行两台电脑之间的数据共享。除了这些,手机,PDA,USB鼠标、键盘等等都是以串行通讯的方式与电脑连接。而笔者工作性质的关系,所接触到的就更多了,像多串口卡,各种种类的具有串口通讯接口的检测与测量仪器,串口通讯的网络设备等。

虽然串行通讯有很多种,但笔者所知的在整个电子通讯产品方面,以RS232的通讯方式最为多见。虽然USB接口的电子产品也是层出不穷,但了解一下Java在串行通讯方面的技术还有有必要的,说不定有哪位读者还想用此技术写一个PDA与电脑之间数据共享的程序呢。

本文主要以RS232为主来讲解Java的串行通讯技术。

RS232通讯基础

RS-232-C(又称EIA RS-232-C,以下简称RS232)是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串 行通讯的标准。RS232是一个全双工的通讯协议,它可以同时进行数据接收和发送的工作。RS232的端口通常有两种:9针(DB9)和25针 (DB25)。

DB9和DB25的常用针脚定义

常见的边线方式

常见的通讯方式是三线式,这种方式是将两个RS232设备的发送端(TXD)和接收端(RXD)及接地端(GND)互相连接,也是许多读者所知道的连接方式:

这种方式分别将两端的RS232接口的2--3,3---2,5(7)---5(7)针脚连接起来。其中2是数据接收线(RXD),3是数据发送线(TXD),5(7)是接地(RND)。如果有一台式PC,和一部NoteBook电脑, 就可以用这种方式连线了。用三线式可以将大多数的RS232设备连接起来。但如果你认死了2--3,3--2,5(7)--5(7)对接这个理,会发现在 连某些RS232设备时并不奏效。这是因为有些设备在电路内部已将2和3线调换过来了,你只要2,3,5(7)针一一对应就行了。

小技巧:如何辨别TXD和RXD端口?

搞电子的人手边应该常备一个电表,用来测测电压,电阻什么的会很有用。你只要分别测一下RS232端口的2--5或3--5针脚之间的电压,通常TXD针脚与GND之间会有3~15V左右的负电压,表示它是TXD针脚。
安装Java Communications API

Sun的J2SE中并没有直接提供以上提到的任何一种串行通讯协议的开发包,而是以独立的jar包形式发布在java.sun.com网站上(从这里下 载)----即comm.jar,称之为Javatm Communications API,它是J2SE的标准扩展。comm.jar并不是最近才有,早在1998年时,sun就已经发布了这个开发包。comm.jar分别提供了对常用 的RS232串行端口和IEEE1284并行端口通讯的支持。目前sun发布的comm.jar只有Windows和Solaris平台两个版本,如果你需要Linux平台下的,可以在http://www.geeksville.com/~kevinh/linuxcomm.html找到。

在使用comm.jar之前,必须知道如何安装它。这也是困扰许多初学java RS232通讯者的一个难题。如果我们电脑上安装了JDK,它将同时为我们安装一份JRE(Java Runtime Entironment),通常我们运行程序时都是以JRE来运行的。所以以下的安装适用于JRE。如果你是用JDK来运行程序的,请将相应的改成。

下载了comm.jar开发包后,与之一起的还有两个重要的文件,win32com.dll和javax.comm.properties。 comm.jar提供了通讯用的java API,而win32com.dll提供了供comm.jar调用的本地驱动接口。而javax.comm.properties是这个驱动的类配置文 件。首先将comm.jar复制到libext目录。再将win21com.dll复制到你的RS232应用程序运行的目录,即user.dir。然后将 javax.comm.properties复制到lib目录。

通讯前的准备

如果你手头上没有现成的提供了标准RS232串口的设备,你可以将自己的电脑模拟成两台不同的串口设备。通常电脑主机后面的面板提供了两个9针的串口,请将这两个串口的2,3,5脚按前面介绍的方法连接。电子市场都有现成的连接头卖,请不要买那种封装的严严实实的接头,而要买用螺丝封装可以拆开的连接头,这样可以方便自己根据需要连接各个针脚。

Comm API基础

我无意于在此详细描述Comm API每个类和接口的用法,但我会介绍Comm API的类结构和几个重要的API用法。

所有的comm API位于javax.comm包下面。从Comm API的javadoc来看,它介绍给我们的只有区区以下13个类或接口:

javax.comm.CommDriver

javax.comm.CommPort

javax.comm.ParallelPort

javax.comm.SerialPort

javax.comm.CommPortIdentifier

javax.comm.CommPortOwnershipListener

javax.comm.ParallelPortEvent

javax.comm.SerialPortEvent

javax.comm.ParallelPortEventListener (extends java.util.EventListener)

javax.comm.SerialPortEventListener (extends java.util.EventListener)

javax.comm.NoSuchPortException

javax.comm.PortInUseException

javax.comm.UnsupportedCommOperationException

下面讲解一下几个主要类或接口。

1.枚举出系统所有的RS232端口

在开始使用RS232端口通讯之前,我们想知道系统有哪些端口是可用的,以下代码列出系统中所有可用的RS232端口:

Enumeration en = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();

CommPortIdentifier portId;

while (en.hasMoreElements())

{

portId = (CommPortIdentifier) en.nextElement();

/*如果端口类型是串口,则打印出其端口信息*/

if (portId.getPortType() == CommPortIdentifier.PORT_SERIAL)

{

System.out.println(portId.getName());

}

}

在我的电脑上以上程序输出以下结果:

COM1

COM2

CommPortIdentifier类的getPortIdentifiers方法可以找到系统所有的串口,每个串口对应一个CommPortIdentifier类的实例。

2.打开端口

如果你使用端口,必须先打开它。

try{

CommPort serialPort = portId.open("My App", 60);

/*从端口中读取数据*/

InputStream input = serialPort.getInputStream();

input.read(...);

/*往端口中写数据*/

OutputStream output = serialPort.getOutputStream();

output.write(...)

...

}catch(PortInUseException ex)

{ ... }

通过CommPortIdentifier的open方法可以返回一个CommPort对象。open方法有两个参数,第一个是String,通常设置 为你的应用程序的名字。第二个参数是时间,即开启端口超时的毫秒数。当端口被另外的应用程序占用时,将抛出PortInUseException异常。

在这里CommPortIdentifier类和CommPort类有什么区别呢?其实它们两者是一一对应的关系。 CommPortIdentifier主要负责端口的初始化和开启,以及管理它们的占有权。而CommPort则是跟实际的输入和输出功能有关的。通过 CommPort的getInputStream()可以取得端口的输入流,它是java.io.InputStream接口的一个实例。我们可以用标准 的InputStream的操作接口来读取流中的数据,就像通过FileInputSteam读取文件的内容一样。相应的,CommPort的 getOutputStream可以获得端口的输出流,这样就可以往串口输出数据了。

3.关闭端口

使用完的端口,必须记得将其关闭,这样可以让其它的程序有机会使用它,不然其它程序使用该端口时可能会抛出端口正在使用中的错误。很奇怪的 是,CommPortIdentifier类只提供了开启端口的方法,而要关闭端口,则要调用CommPort类的close()方法。
CommPort的输入流的读取方式与文件的输入流有些不一样,那就是你可能永远不知这个InputStream何时结束,除非对方的 OutputStream向你发送了一个特定数据表示发送结束,你收到这个特定字符后,再行关闭你的InputStream。而comm.jar提供了两 种灵活的方式让你读取数据。

1.轮询方式(Polling)

举个例子,你同GF相约一起出门去看电影,但你的GF好打扮,这一打扮可能就是半小时甚至一小时以上。这时你就耐不住了,每两分钟就催问一次“好了没?”,如此这样,直到你的GF说OK了才算完。这个就叫轮询(Polling)。

在程序中,轮询通常设计成一个封闭的循环,当满足某个条件时即结束循环。刚才那个例子中,你的GF说“OK了!”,这个就是结束你轮询的条件。在单线程 的程序中,当循环一直执行某项任务而又无法预知它何时结束时,此时你的程序看起来可能就像死机一样。在VB程序中,这个问题可以用在循环结构中插入一个 doEvent语句来解决。而Java中,最好的方式是使用线程,就像以下代码片断一样。

public TestPort extend Thread

{

...

InputStream input = serialPort.getInputStream();

StringBuffer buf = new StringBuffer();

boolean stopped = false;

...

public void run()

{

try {

while( !stopped )

int ch = input.read();

if ( ch=='q' || ch=='Q' )

{

/*结束读取,关闭端口...*/

stopped = true;

...

}

else

{

buf.append((char)ch);

...

}

}catch (InterruptedException e) { }

}

}


2.监听方式(listening)

Comm API支持标准的Java Bean型的事件模型。也就是说,你可以使用类似AddXXXListener这样的方法为一个串口注册自己的监听器,以监听方式进行数据读取。

如要对端口监听,你必须先取得CommPortIdentifier类的一个实例,

CommPort serialPort = portId.open("My App", 60);

从而取得SerialPort,再调用它的addEventListener方法为它添加监听器,

serialPort.addEventListener(new MyPortListener());

SerialPort的监听器必须继承于SerialPortEventListener接口。当有任何SerialPort的事件发生时,将自动调用监听器中的serialEvent方法。Serial Event有以下几种类型:

BI -通讯中断.

CD -载波检测.

CTS -清除发送.

DATA_AVAILABLE -有数据到达.

DSR -数据设备准备好.

FE -帧错误.

OE -溢位错误.

OUTPUT_BUFFER_EMPTY -输出缓冲区已清空.

PE -奇偶校验错.

RI - 振铃指示.

下面是一个监听器的示例:

public void MyPortListener implements SerialPortEventListener

{

public void serialEvent(SerialPortEvent evt)

{

switch (evt.getEventType())

{

case SerialPortEvent.CTS :

System.out.println("CTS event occured.");

break;

case SerialPortEvent.CD :

System.out.println("CD event occured.");

break;

case SerialPortEvent.BI :

System.out.println("BI event occured.");

break;

case SerialPortEvent.DSR :

System.out.println("DSR event occured.");

break;

case SerialPortEvent.FE :

System.out.println("FE event occured.");

break;

case SerialPortEvent.OE :

System.out.println("OE event occured.");

break;

case SerialPortEvent.PE :

System.out.println("PE event occured.");

break;

case SerialPortEvent.RI :

System.out.println("RI event occured.");

break;

case SerialPortEvent.OUTPUT_BUFFER_EMPTY :

System.out.println("OUTPUT_BUFFER_EMPTY event occured.");

break;

case SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE :

System.out.println("DATA_AVAILABLE event occured.");

int ch;

StringBuffer buf = new StringBuffer();

InputStream input = serialPort.getInputStream

try {

while ( (ch=input.read()) > 0) {

buf.append((char)ch);

}

System.out.print(buf);

} catch (IOException e) {}

break;

}

}

这个监听器只是简单打印每个发生的事件名称。而对于大多数应用程序来说,通常关心是DATA_AVAILABLE事件,当数据从外部设备传送到端口上来 时将触发此事件。此时就可以使用前面提到过的方法,serialPort.getInputStream()来从InputStream中读取数据了。

(悠虎)
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本文出处:比特网 作者:悠虎 原文
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