JAVA串口通信

摘要：由于Java语言的诸多优点，Java得到了广泛的应用，如今利用Java开发串口通讯已相当成熟，实现简单，可移植性强。文章详细介绍了如何配置开发环境以及使用Java串口API函数编写PC机程序。本程序比使用C++语言编写的串口通讯程序更容易理解，且移植性非常强，视图与控制分开，便于维护和升级。

关键字：Java，JBuilder，KeilC，Java Communications API，串口通讯，RS232，单片机

1 硬件部分（KeilC）

图1 硬件电路图

串口通讯硬件部分电路，收发器件采用max232，5V供电。J31接一单片机如ATC52，单片机的串口与max232的10和11脚相连。

max232与微机通过9针接头相连。

本文的实验环境是ATC52，单片机的内部程序是用KeilC语言编写的，程序功能非常简单，检测到开始信号后从串口读数据，然后把读入的数据发送给串口，遇到结束符停止。C语言代码如下供大家参考。在uv3中含有两个文件comm.h和comm.c，代码分别为：

/********************************************************/

/* comm.h                                               */

/* serial port define, only use in comm project                          */      

/********************************************************/

#define uchar  unsigned char 

#define uint    unsigned int

#define length 0x0F       //数据包长度

uchar      CR          = 0x0D;

uchar      LF          = 0x0A;

uchar      ESC        = 0x1B;

uchar      SYNC     = 0x01;   //数据包启始符

uchar      PID        = 0x00;   //数据包标示字

uchar      ADDR;                  //串口接收外部命令（片内地址）

uchar      DATA;                   //串口返回片内数据

uchar      ENDP     = 0x00;   //数据包结束符

uchar      ACK              = 0x06;   //串口确认

uchar      ERROR   = 0x18;   //串口错误

uchar      wrong[] = "Bad command";

/*END*/

/*******************************************************/

/*comm..c                                            */

/* Write time is 2005.4.15,By Gooseli                  */

/* Copyright is changsha HUNU unversity gooseli.com          */

/* Cpu is AtC51,Fclk is 11.059MHz                                 */

/* Compiler is keilC51 compiler                                               */

/*******************************************************/

#include

#include

#include

#include

void commInit(){

//**************************//

// 8051串口初始化                     //

//**************************//

       SCON    = 0x52;

       PCON    = 0x80;

       TMOD   = 0x21;

       TH1      = 0x0FA;

       TL1       = 0x0FA;

       TCON    = 0x40;

//*****************************************************// 

}

uchar flag;

uchar readln();

void println( uchar *str );

main(){   

    commInit();                                        //初始化串口

       while(1){

              flag = readln();

       }

}

uchar readln(){

       uchar      a;

       uchar      str[length];

       int i;

       scanf("%c",&a);                      //寻找起始符,回车则开始

       if( a==SYNC || a==LF ){

              while(1){

printf("\\n>>");

//printf(">>");

                     scanf("%c",&a);

                     if( a==ENDP || a == ESC ){  //如果ESC则对话结束

                            break;     

                     }

for( i="0"; i                                                                      //读入数据包，如果溢出或者回车则结束

                            str[i] = a;

                            scanf("%c",&a); 

                     }

                     str[i] = ENDP;    //为数据包添加结束符，“\\0”

                     printf("%s",str);                 //输出输入值

                     /*To do something by yourself*/

              }

              return ACK;

       }

printf("\\n%s\\n>>",wrong);

       return ERROR;      

}

/*END*/

2 配置运行环境（JDK）

Java通讯库函数Java Communications API，Java开发工具JBuilderX。

此Java(TM) Communications API Specification 2.0(Windows Platform)是Sun公司为Windows平台提供的一个串口API扩展，可以到 http://java.sun.com/products/javacomm/ 下载。Sun公司还提供了其他操作系统下的API下载，移植性是Java先天的优势，如果需要在其他操作系统运行程序，不需要改动程序本身，只要在操作系统下植入相应的API库函数即可实现。

JBuilder是Borland公司出品的一款功能强大的可视化Java集成开发工具，可以快速开发包括复杂企业级应用系统的各种Java程序，本文的程序都用其实现。当然我们以可使用其他优秀的开发工具，例如开放源代码的Eclipse，功能强大，插件丰富。

在下载Java Communications API压缩文件里找到三个文件：comm.jar，win32comm.dll，javax.comm.properties，这三个文件是把API安装到Windows环境中的重要文件，我们把他们放在我们的JDK里面。

把comm..jar复制到%JAVA_HOME%\\jre\\lib\\ext，javax.comm.properties复制到%JAVA_HOME%\\jre\\lib，win32comm.dll复制到%JAVA_HOME%\\bin即可。这样我们的程序就可以在Windows环境中运行了，Java Communications API压缩文件中自带有例子，我们可以尝试一下。

接下来我们要把Java Communications API安装到JBuilder里面，如果JBuilder不是使用的外部的JDK，照上面的的步骤再做一次。假如我们外部的JDK和JBuilder的JDK是同一的JDK，我们就直接跳到下一步。

1）打开JBuilder，为我们的任务建立一个工程，给它起个有意义的名字，不多讲了。JBuilder会自动生成两个文件，如，工程名为comm，就会生成文件commApplication和commFrame。

2）选择Tools菜单，选择Configure Libraries…，如图1所示。

3）点击New按钮，为JBuilder增加一个函数库。如图2，点击OK即可。

4）下一步为你的工程增加这个库函数，以便你在工程里调用它们。选择Project菜单中的Project Properities选项，左侧选中Paths，右侧选中Required Libraries，单击Add，出现一个小的对话框，选择我们刚才增加的comm函数库，如图3，点击OK两次即可。

现在环境已经配置好了，我们要开始正式工作了

图2 Configure Library

图2 New Librariy Wizard

图3 Select comm. Library

3 程序开发（JBuilderX）

1．  与51单片机交互信息，数据库存取（Data）

为了保证数据传输的顺利进行，单片机与PC之间通讯要建立一个协议，在本实例中，采用如下协议：

程序打开串口后，程序发送“启始”符（0x01）表示通讯开始。

通讯开始后，程序就开始发送和接收数据包，数据包以“结束”符（0x00，0x0D, 0x0A）表示结尾。由于单片机受控于PC机，所以单片机一般不主动发送数据，只有在PC机发送一个“命令”，它才会发送一个“回应”。

如果程序“停止”符（0x00），则通讯结束。

2．  界面设计（View）

这部分设计主程序的视图，即使用者看到的部分，包括按钮，下拉菜单，文字编辑框等。

为了程序的可读性，我们将所有的视图从主程序中分离出来，作成Bean的形式，然后在主程序中调用它们。Java提供了五种布局管理形式FlowLayout,，GridLayout， GridBagLayout， BorderLayout,，CardLayout。灵活的运用这些布局，可以达到各种各样的效果，其中GridBagLayout功能强大，使用灵活，本文主要采用这种布局。

3．  主程序设计（Control）

这部分设计程序的实现方法，逻辑步骤。

1）首先定义串口，输入输出流等，如下所示：

package comm;

import java.awt.*;

import java.awt.event.*;

import javax.swing.*;

import javax.comm.*;//包含comm类包，才能使用其API函数 

import java.io.*;

import java.util.*;

public class CommFrame extends JFrame implements Runnable, SerialPortEventListener {

  JPanel contentPane; //定义一个JPanel，将视图Bean包含进来

  BorderLayout borderLayout1 = new BorderLayout();

  IOBean ioBean = new IOBean();//右侧视图Bean类事例化

  ControlBean controlBean = new ControlBean();//左侧视图Bean类事例化

  //Communination define

  static CommPortIdentifier portName;//定义串口

  int portId;

  static Enumeration portList;

  InputStream inputStream;//定义输入流

  OutputStream outputStream;//定义输出流

  SerialPort serialPort;

  Thread readThread;//定义一个线程，程序全双工通讯

  static String TimeStamp;

  //Construct the frame

  public CommFrame() {

    enableEvents(AWTEvent.WINDOW_EVENT_MASK);

    try {

      jbInit();//程序初始化

      commInit();//串口初始化

    }catch(Exception e) {

      e.printStackTrace();

    }

  }

private void jbInit() throws Exception  {……}

public void commInit() {……}

public void commClose() {……}

public void commWrite() {……}

public void CommRead() {……}

public void run() {……}

public void serialEvent(SerialPortEvent event) {…….}//代码如下

//Overridden so we can exit when window is closed

  protected void processWindowEvent(WindowEvent e) {

    super.processWindowEvent(e);

    if (e.getID() == WindowEvent.WINDOW_CLOSING) {

      commClose();

      System.exit(0);

    }

  }

}

2）串口初始化，首先监测串口是否被占用，如果没有被占用则打开串口。打开输入输出流以便下面的程序从串口读写数据，定义串口的波特率，位数，停止位，奇偶校验，在使用过程中可以改变这些内容以适应不同的需求。

public void commInit() {

    //Communination ports owned or not

    portId = 1;

    try{

      portList = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();

      while (portList.hasMoreElements()) {

        portName = (CommPortIdentifier) portList.nextElement();

        if (portName.getPortType() == CommPortIdentifier.PORT_SERIAL) {

          if (portName.isCurrentlyOwned()) {//串口是否被占用

  ioBean.Receiver.append("\\nCOM"+portId+"Ownedby"+ portName.getCurrentOwner());

            TimeStamp = new java.util.Date().toString();

            portId ++;

          }else if (portName.getName().equals("COM" + portId)) {

            break;

          }

        }

      }

      //Communination ports init

      try {

  serialPort = (SerialPort) portName.open("Gooseli_MCU_Control_App", 2000);//打开串口

        controlBean.CommPortID.setText("COM" + portId);

        controlBean.OnOff.setText("ON");//开关按钮置开状态

        controlBean.OnOff.setSelected(true);

        TimeStamp = new java.util.Date().toString();

  System.out.println(TimeStamp + ": msg2 - SerialPort COM" + portId + " is opend");

  ioBean.Receiver.append("\\nCOM" + portId + " is opend");//显示区域显示串口被打开

      } catch (PortInUseException e) {

        System.out.println(e);

        ioBean.Receiver.append("\\nCOM" + portId + " " + e);

      }

      try {

        inputStream = serialPort.getInputStream();//打开输入流

      } catch (IOException e) {}

      try {

        outputStream = serialPort.getOutputStream();

        outputStream.write((byte)0x01);//向串口写入启始符开始传送数据包

ioBean.Receiver.setText("\\nCOM" + portId + ">>" + "Start");

        controlBean.begin.setSelected(true);

      } catch (IOException e) {}

      try {

        serialPort.setSerialPortParams(9600,//波特率

                                  SerialPort.DATABITS_8,//数据位

                                  SerialPort.STOPBITS_1,//停止位

                                  SerialPort.PARITY_NONE);//校验位

      } catch (UnsupportedCommOperationException e) {}

      CommRead();//程序开始从串口读数据

    }catch(Exception e) {}

  }

public void commClose() {

    try {

      inputStream.close();

      outputStream.close();

      serialPort.close();

      System.out.println(TimeStamp + ": msg2 - SerialPort COM" + portId + " is closing");

      ioBean.Receiver.append("\\nCOM" + portId + " is closing");

    }catch (Exception e) {

       System.out.println(e);

    }

  }

       3）程序初始化，这里定义了一些事件，以便控制程序的运行。例如开始按钮的事件定义如下：

private void jbInit() throws Exception  {

    contentPane = (JPanel) this.getContentPane();

    contentPane.setLayout(borderLayout1);

    this.setSize(new Dimension(400, 300));

    this.setTitle("Serial Ports Communication Current");

    contentPane.add(ioBean,BorderLayout.CENTER);

    contentPane.add(controlBean, BorderLayout.WEST);

    controlBean.OnOff.addActionListener(

      new ActionListener() {

        public void actionPerformed(ActionEvent ae) {

          JToggleButton toggle = (JToggleButton) ae.getSource();

          if (toggle.isSelected()) {

            controlBean.OnOff.setText("ON");

            commInit();

          } else {

            controlBean.OnOff.setText("OFF");

            commClose();

          }

        }

      }

    );

controlBean.begin.addActionListener(

            new ActionListener() {

            public void actionPerformed(ActionEvent ae) {

              JToggleButton toggle = (JToggleButton) ae.getSource();

              if (toggle.isSelected()) {//如果按钮被按下，则开始

                controlBean.begin.setText("Start");

                try {

                  outputStream.write((byte)0x01);//发送起始符

                  ioBean.Receiver.setText("\\nCOM" + portId + " " + "Start");

                } catch (IOException e) {}

              } else {//如果按纽复位

                 controlBean.begin.setText("Stop");

                 try {

                 outputStream.write((byte)0x00);//发送结束符

                 ioBean.Receiver.append("\\nCOM" + portId + " " + "Stop");

                } catch (IOException e) {}

              }

            }

          }

);

    ioBean.jButton2.addActionListener(

      new ActionListener() {

        public void actionPerformed(ActionEvent ae) {

          commWrite();

        }

      }

    );

  }

4）读写串口，使用多线程，实现全双工通讯。主函数CommFrame实现了Runnable接口，在程序中只需要重写run函数即可实现多线程。

public void commWrite() {

    String outString = ioBean.jTextField1.getText();

    if (outString.equals("clear")) {

      ioBean.Receiver.setText("\\nCOM" + portId +" Receive:");

    }

    ioBean.jTextField1.setText("Gooseli:");

    try {

      //outputStream.write((byte)0x01);

      outputStream.write(outString.getBytes());

      outputStream.write((byte)0x0D);

      //outputStream.write((byte)0x00);

ioBean.Receiver.setText("\\nCOM" + portId + ">>" + outString);

    } catch (IOException e) {}

  }

public void CommRead() {

    try {

      serialPort.addEventListener(this);

    } catch (TooManyListenersException e) {}

    serialPort.notifyOnDataAvailable(true);

    readThread = new Thread(this);

    readThread.start();

  }

  public void run() {

    try {

      Thread.sleep(20000);

    }

    catch (InterruptedException e) {}

  }

   public void serialEvent(SerialPortEvent event) {

    switch(event.getEventType()) {

      case SerialPortEvent.BI:

      case SerialPortEvent.OE:

      case SerialPortEvent.FE:

      case SerialPortEvent.PE:

      case SerialPortEvent.CD:

      case SerialPortEvent.CTS:

      case SerialPortEvent.DSR:

      case SerialPortEvent.RI:

      case SerialPortEvent.OUTPUT_BUFFER_EMPTY:

        break;

      case SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE:

        StringBuffer readBuffer = new StringBuffer();

        String scannedInput = null;

        int c;

        try {

          while ((c = inputStream.read()) != 0x00 && c != 0x0D && c != 0x0A) {

            readBuffer.append( (char) c);//数据包以回车或者换行表示结束

          }

          scannedInput = readBuffer.toString();

          ioBean.Receiver.append("\\n" + scannedInput);

          TimeStamp = new java.util.Date().toString();

          System.out.println(TimeStamp + ": scanned input received:" + scannedInput);

          inputStream.close();

        } catch (IOException e) {}

        break;

    }

  }

4．  测试程序

程序运行后如图四所示。

为了方便程序运行，我们作一个批处理文件，和程序生成的jar文件放在一个目录里，这样就可以很方便的在含有Java虚拟机的系统里运行我们的程序了。可以将JBuilder运行窗口（Messages）的信息直接拷贝过来，当然也可以自己建立。

我的批处理文件如下所示：

@echo off

@REM 设置路径包括Java虚拟机和程序jar文件路径

set path=%JAVA_HOME%\\bin

set classpath=%cd%\\comm.jar

@REM 运行程序，注意在主程序前增加包名，否则找不到主函数

echo Now initializing the program,please wait a minite... 

java comm.CommApplication

图4 Test my programme