C#串口通信学习笔记

因为参加一个小项目，需要对继电器进行串口控制，所以这两天学习了基本的串口编程。同事那边有JAVA的串口通信包，不过是从网上下载的，比较零乱，难以准确掌握串口通信的流程和内含。因此，个人通过学习网上大牛的方法，利用C#实现了基本的串口通信编程。下面对学习成果进行总结归纳，希望对大家有所帮助。

一、串口通信简介

串行接口（串口）是一种可以将接受来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接受的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件。一般完成这种功能的电路，我们称为串行接口电路。

串口通信（Serial Communications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

  1. 波特率：这是一个衡量符号传输速率的参数。指的是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数，如每秒钟传送960个字符，而每个字符格式包含10位（1个起始位，1个停止位，8个数据位），这时的波特率为960Bd，比特率为10位*960个/秒=9600bps。

  2. 数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据往往不会是8位的，标准的值是6、7和8位。标准的ASCII码是0～127（7位），扩展的ASCII码是0～255（8位）。

  3. 停止位：用于表示单个包的最后几位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。

  4. 校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。

二、C#串口编程类

从.NET Framework 2.0开始，C#提供了SerialPort类用于实现串口控制。命名空间:System.IO.Ports。其中详细成员介绍参看MSDN文档。下面介绍其常用的字段、方法和事件。

  1. 常用字段：

名称	说明
PortName	获取或设置通信端口
BaudRate	获取或设置串行波特率
DataBits	获取或设置每个字节的标准数据位长度
Parity	获取或设置奇偶校验检查协议
StopBits	获取或设置每个字节的标准停止位数

2. 常用方法：

名称	说明
Close	关闭端口连接，将 IsOpen 属性设置为 false，并释放内部 Stream 对象
GetPortNames	获取当前计算机的串行端口名称数组
Open	打开一个新的串行端口连接
Read	从 SerialPort 输入缓冲区中读取
Write	将数据写入串行端口输出缓冲区

3. 常用事件：

名称	说明
DataReceived	表示将处理 SerialPort 对象的数据接收事件的方法

三、基本用法

下面结合已有的一款继电器给出串口通信的基本用法，以供参考。

using System;
using System.Windows.Forms;
using System.IO.Ports;
using System.Text;

namespace Traveller_SerialPortControl
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        //定义端口类
        private SerialPort ComDevice = new SerialPort();
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            InitralConfig();
        }
        /// <summary>
        /// 配置初始化
        /// </summary>
        private void InitralConfig()
        {
            //查询主机上存在的串口
            comboBox_Port.Items.AddRange(SerialPort.GetPortNames());

            if (comboBox_Port.Items.Count > 0)
            {
                comboBox_Port.SelectedIndex = 0;
            }
            else
            {
                comboBox_Port.Text = "未检测到串口";
            }
            comboBox_BaudRate.SelectedIndex = 5;
            comboBox_DataBits.SelectedIndex = 0;
            comboBox_StopBits.SelectedIndex = 0;
            comboBox_CheckBits.SelectedIndex = 0;
            pictureBox_Status.BackgroundImage = Properties.Resources.red;

            //向ComDevice.DataReceived（是一个事件）注册一个方法Com_DataReceived，当端口类接收到信息时时会自动调用Com_DataReceived方法
            ComDevice.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(Com_DataReceived);
        }

        /// <summary>
        /// 一旦ComDevice.DataReceived事件发生，就将从串口接收到的数据显示到接收端对话框
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void Com_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
        {
            //开辟接收缓冲区
            byte[] ReDatas = new byte[ComDevice.BytesToRead];
            //从串口读取数据
            ComDevice.Read(ReDatas, 0, ReDatas.Length);
            //实现数据的解码与显示
            AddData(ReDatas);
        }

        /// <summary>
        /// 解码过程
        /// </summary>
        /// <param name="data">串口通信的数据编码方式因串口而异，需要查询串口相关信息以获取</param>
        public void AddData(byte[] data)
        {
            if (radioButton_Hex.Checked)
            {
                StringBuilder sb = new StringBuilder();
                for (int i = 0; i < data.Length; i++)
                {
                    sb.AppendFormat("{0:x2}" + " ", data[i]);
                }
                AddContent(sb.ToString().ToUpper());
            }
            else if (radioButton_ASCII.Checked)
            {
                AddContent(new ASCIIEncoding().GetString(data));
            }
            else if (radioButton_UTF8.Checked)
            {
                AddContent(new UTF8Encoding().GetString(data));
            }
            else if (radioButton_Unicode.Checked)
            {
                AddContent(new UnicodeEncoding().GetString(data));
            }
            else
            {
                StringBuilder sb = new StringBuilder();
                for (int i = 0; i < data.Length; i++)
                {
                    sb.AppendFormat("{0:x2}" + " ", data[i]);
                }
                AddContent(sb.ToString().ToUpper());
            }
        }

        /// <summary>
        /// 接收端对话框显示消息
        /// </summary>
        /// <param name="content"></param>
        private void AddContent(string content)
        {
            BeginInvoke(new MethodInvoker(delegate
            {              
                    textBox_Receive.AppendText(content);              
            }));
        }

        /// <summary>
        /// 串口开关
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void button_Switch_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (comboBox_Port.Items.Count <= 0)
            {
                MessageBox.Show("未发现可用串口，请检查硬件设备");
                return;
            }

            if (ComDevice.IsOpen == false)
            {
                //设置串口相关属性
                ComDevice.PortName = comboBox_Port.SelectedItem.ToString();
                ComDevice.BaudRate = Convert.ToInt32(comboBox_BaudRate.SelectedItem.ToString());
                ComDevice.Parity = (Parity)Convert.ToInt32(comboBox_CheckBits.SelectedIndex.ToString());
                ComDevice.DataBits = Convert.ToInt32(comboBox_DataBits.SelectedItem.ToString());
                ComDevice.StopBits = (StopBits)Convert.ToInt32(comboBox_StopBits.SelectedItem.ToString());
                try
                {
                    //开启串口
                    ComDevice.Open();
                    button_Send.Enabled = true;
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    MessageBox.Show(ex.Message, "未能成功开启串口", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
                    return;
                }
                button_Switch.Text = "关闭";
                pictureBox_Status.BackgroundImage = Properties.Resources.green;
            }
            else
            {
                try
                {
                    //关闭串口
                    ComDevice.Close();
                    button_Send.Enabled = false;
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    MessageBox.Show(ex.Message, "串口关闭错误", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
                }
                button_Switch.Text = "开启";
                pictureBox_Status.BackgroundImage = Properties.Resources.red;
            }

            comboBox_Port.Enabled = !ComDevice.IsOpen;
            comboBox_BaudRate.Enabled = !ComDevice.IsOpen;
            comboBox_DataBits.Enabled = !ComDevice.IsOpen;
            comboBox_StopBits.Enabled = !ComDevice.IsOpen;
            comboBox_CheckBits.Enabled = !ComDevice.IsOpen;
        }

      
        /// <summary>
        /// 将消息编码并发送
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void button_Send_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (textBox_Receive.Text.Length > 0)
            {
                textBox_Receive.AppendText("
");
            }

            byte[] sendData = null;

            if (radioButton_Hex.Checked)
            {
                sendData = strToHexByte(textBox_Send.Text.Trim());
            }
            else if (radioButton_ASCII.Checked)
            {
                sendData = Encoding.ASCII.GetBytes(textBox_Send.Text.Trim());
            }
            else if (radioButton_UTF8.Checked)
            {
                sendData = Encoding.UTF8.GetBytes(textBox_Send.Text.Trim());
            }
            else if (radioButton_Unicode.Checked)
            {
                sendData = Encoding.Unicode.GetBytes(textBox_Send.Text.Trim());
            }
            else
            {
                sendData = strToHexByte(textBox_Send.Text.Trim());
            }

            SendData(sendData);
        }

        /// <summary>
        /// 此函数将编码后的消息传递给串口
        /// </summary>
        /// <param name="data"></param>
        /// <returns></returns>
        public bool SendData(byte[] data)
        {
            if (ComDevice.IsOpen)
            {
                try
                {
                    //将消息传递给串口
                    ComDevice.Write(data, 0, data.Length);
                    return true;
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    MessageBox.Show(ex.Message, "发送失败", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
                }
            }
            else
            {
                MessageBox.Show("串口未开启", "错误", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
            }
            return false;
        }

        /// <summary>
        /// 16进制编码
        /// </summary>
        /// <param name="hexString"></param>
        /// <returns></returns>
        private byte[] strToHexByte(string hexString)
        {
            hexString = hexString.Replace(" ", "");
            if ((hexString.Length % 2) != 0) hexString += " ";
            byte[] returnBytes = new byte[hexString.Length / 2];
            for (int i = 0; i < returnBytes.Length; i++)
                returnBytes[i] = Convert.ToByte(hexString.Substring(i * 2, 2).Replace(" ", ""), 16);
            return returnBytes;
        }

        //以下两个指令是结合一款继电器而设计的
        private void button_On_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            textBox_Send.Text = "005A540001010000B0";
        }

        private void button_Off_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            textBox_Send.Text = "005A540002010000B1";
        }
    }
}

软件实现基本界面

希望以上内容对入门串口编程有所帮助，在此感谢百度百科的参考和kasama1953文章的帮助。