1. 什么是串口通信
串口通信是一种通过串行通信接口进行数据传输的方式。在计算机中，串口通信主要用于连接外部设备，如打印机、调制解调器、传感器等。在C语言中，我们可以使用串口通信来实现与外部设备的数据交互。
2. Linux下的串口通信
在Linux下，我们可以使用C语言编写串口通信应用程序。Linux系统提供了一些API函数来操作串口设备，如打开串口、设置串口参数、读取和写入串口数据等。
2.1 打开串口
在C语言中，我们使用open()函数来打开串口设备，并指定串口的路径。打开串口成功后，会返回一个文件描述符，我们可以使用该文件描述符来进行后续的操作。
以下是打开串口的示例代码：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main() {
int fd;
// 打开串口
fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1) {
perror("open");
return -1;
}
// ...
close(fd);
return 0;
}
在上面的示例代码中，我们使用了open()函数来打开串口设备"/dev/ttyS0"，并指定了一些标志来设置串口的打开方式。
其中，O_RDWR表示以读写模式打开串口，O_NOCTTY表示不将该串口设备作为控制终端，O_NDELAY表示非阻塞模式。
如果打开串口失败，我们可以使用perror()函数来输出错误信息，并通过返回值来判断程序是否异常退出。
2.2 设置串口参数
在打开串口之后，我们还需要使用一些API函数来设置串口的参数，如波特率、数据位、停止位、校验位等。设置正确的串口参数可以保证串口通信正常进行。
以下是设置串口参数的示例代码：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
int main() {
int fd;
struct termios options;
// 打开串口
fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1) {
perror("open");
return -1;
}
// 获取串口参数
tcgetattr(fd, &options);
// 设置波特率
cfsetispeed(&options, B9600);
cfsetospeed(&options, B9600);
// 设置数据位、停止位和校验位
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS8;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
options.c_cflag &= ~PARENB;
// 更新串口参数
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);
// ...
close(fd);
return 0;
}
在上面的示例代码中，我们使用了tcgetattr()函数来获取当前串口参数，然后使用cfsetispeed()和cfsetospeed()函数来设置串口的波特率。
接着，我们使用了位操作符来设置数据位、停止位和校验位。CS8代表8个数据位，CSTOPB代表1个停止位，PARENB代表不进行奇偶校验。
最后，我们使用tcsetattr()函数来更新串口的参数。TCSANOW表示立即生效。
2.3 读取和写入串口数据
设置完串口参数后，我们可以使用read()和write()函数来读取和写入串口数据。同时，我们也可以使用select()函数来监听串口是否有数据可读。
以下是读取和写入串口数据的示例代码：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
int main() {
int fd;
struct termios options;
char buffer[1024];
// 打开串口
fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1) {
perror("open");
return -1;
}
// ...
// 读取串口数据
int n = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
// 写入串口数据
n = write(fd, buffer, sizeof(buffer));
// ...
close(fd);
return 0;
}
在上面的示例代码中，我们使用了read()函数来从串口中读取数据，然后使用write()函数将数据写入串口中。
需要注意的是，read()函数会一直阻塞，直到读取到指定的字节数或者出现错误。如果不希望阻塞，可以在打开串口时设置O_NDELAY标志。
此外，我们还可以使用select()函数来监听串口是否有数据可读。
3. 串口通信应用实例
下面我们以一个简单的温度传感器为例，来实现一个串口通信的应用。
3.1 硬件准备
我们需要准备一个温度传感器，以及一个串口转USB模块。将温度传感器连接到串口转USB模块的串口口，然后将串口转USB模块连接到计算机。
3.2 编写应用程序
首先，我们需要引入一些头文件：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
然后，我们定义一些常量：
#define DEVICE_PATH "/dev/ttyUSB0"
#define BAUDRATE B9600
接着，我们编写一个函数来打开和设置串口：
int openSerial() {
int fd;
struct termios options;
// 打开串口
fd = open(DEVICE_PATH, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1) {
perror("open");
return -1;
}
// 获取串口参数
tcgetattr(fd, &options);
// 设置波特率
cfsetispeed(&options, BAUDRATE);
cfsetospeed(&options, BAUDRATE);
// 设置数据位、停止位和校验位
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS8;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
options.c_cflag &= ~PARENB;
// 更新串口参数
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);
return fd;
}
接着，我们可以编写一个函数来读取温度传感器的数据：
float readTemperature(int fd) {
char buffer[1024];
// 读取串口数据
int n = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
if (n == -1) {
perror("read");
return -1;
}
// 解析温度数据
float temperature = atof(buffer);
return temperature;
}
最后，我们编写主函数来测试串口通信：
int main() {
int fd;
float temperature;
// 打开串口
fd = openSerial();
if (fd == -1) {
return -1;
}
// 读取温度数据
temperature = readTemperature(fd);
if (temperature == -1) {
return -1;
}
// 输出温度
printf("Temperature: %.2f\n", temperature);
// 关闭串口
close(fd);
return 0;
}
在上面的示例代码中，我们首先调用openSerial()函数来打开和设置串口，并获取串口的文件描述符。
接着，我们调用readTemperature()函数来读取温度传感器的数据，并将结果保存在一个变量中。
最后，我们使用printf()函数来打印温度数据，并通过close()函数关闭串口。
3.3 编译和运行应用程序
在Linux终端中，使用gcc命令来编译应用程序：
gcc -o serial serial.c
然后，运行生成的可执行文件：
./serial
4. 总结
通过本文的介绍，我们了解了如何在Linux下使用C语言开发串口通信应用程序。我们学习了如何打开串口设备、设置串口参数、读取和写入串口数据。
同时，我们还通过一个简单的温度传感器应用实例，加深了对串口通信的理解。
希望本文对大家在Linux C语言开发串口通信应用程序方面有所帮助。