C#串口通信學習筆記

因為參加一個小項目，需要對繼電器進行串口控制，所以這兩天學習了基本的串口編程。同事那邊有JAVA的串口通信包，不過是從網上下載的，比較零亂，難以准確掌握串口通信的流程和內含。因此，個人通過學習網上大牛的方法，利用C#實現了基本的串口通信編程。下面對學習成果進行總結歸納，希望對大家有所幫助。

一、串口通信簡介

串行接口（串口）是一種可以將接受來自CPU的並行數據字符轉換為連續的串行數據流發送出去，同時可將接受的串行數據流轉換為並行的數據字符供給CPU的器件。一般完成這種功能的電路，我們稱為串行接口電路。

串口通信（Serial Communications）的概念非常簡單，串口按位（bit）發送和接收字節。盡管比按字節（byte）的並行通信慢，但是串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據。串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗。對於兩個進行通信的端口，這些參數必須匹配。

  1. 波特率：這是一個衡量符號傳輸速率的參數。指的是信號被調制以后在單位時間內的變化，即單位時間內載波參數變化的次數，如每秒鍾傳送960個字符，而每個字符格式包含10位（1個起始位，1個停止位，8個數據位），這時的波特率為960Bd，比特率為10位*960個/秒=9600bps。

  2. 數據位：這是衡量通信中實際數據位的參數。當計算機發送一個信息包，實際的數據往往不會是8位的，標准的值是6、7和8位。標准的ASCII碼是0～127（7位），擴展的ASCII碼是0～255（8位）。

  3. 停止位：用於表示單個包的最后幾位。典型的值為1，1.5和2位。由於數據是在傳輸線上定時的，並且每一個設備有其自己的時鍾，很可能在通信中兩台設備間出現了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸的結束，並且提供計算機校正時鍾同步的機會。

  4. 校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。

二、C#串口編程類

從.NET Framework 2.0開始，C#提供了SerialPort類用於實現串口控制。命名空間:System.IO.Ports。其中詳細成員介紹參看MSDN文檔。下面介紹其常用的字段、方法和事件。

  1. 常用字段：

名稱	說明
PortName	獲取或設置通信端口
BaudRate	獲取或設置串行波特率
DataBits	獲取或設置每個字節的標准數據位長度
Parity	獲取或設置奇偶校驗檢查協議
StopBits	獲取或設置每個字節的標准停止位數

 

 

 

 

 

 

2. 常用方法：

名稱	說明
Close	關閉端口連接，將 IsOpen 屬性設置為 false，並釋放內部 Stream 對象
GetPortNames	獲取當前計算機的串行端口名稱數組
Open	打開一個新的串行端口連接
Read	從 SerialPort 輸入緩沖區中讀取
Write	將數據寫入串行端口輸出緩沖區

 

 

 

 

 

 

3. 常用事件：

名稱	說明
DataReceived	表示將處理 SerialPort 對象的數據接收事件的方法

 

 

 

三、基本用法

下面結合已有的一款繼電器給出串口通信的基本用法，以供參考。

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

namespace Traveller_SerialPortControl
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        //定義端口類
        private SerialPort ComDevice = new SerialPort();
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            InitralConfig();
        }
        /// <summary>
        /// 配置初始化
        /// </summary>
        private void InitralConfig()
        {
            //查詢主機上存在的串口
            comboBox_Port.Items.AddRange(SerialPort.GetPortNames());

            if (comboBox_Port.Items.Count > 0)
            {
                comboBox_Port.SelectedIndex = 0;
            }
            else
            {
                comboBox_Port.Text = "未檢測到串口";
            }
            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（是一個事件）注冊一個方法Com_DataReceived，當端口類接收到信息時時會自動調用Com_DataReceived方法
            ComDevice.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(Com_DataReceived);
        }

        /// <summary>
        /// 一旦ComDevice.DataReceived事件發生，就將從串口接收到的數據顯示到接收端對話框
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void Com_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
        {
            //開辟接收緩沖區
            byte[] ReDatas = new byte[ComDevice.BytesToRead];
            //從串口讀取數據
            ComDevice.Read(ReDatas, 0, ReDatas.Length);
            //實現數據的解碼與顯示
            AddData(ReDatas);
        }

        /// <summary>
        /// 解碼過程
        /// </summary>
        /// <param name="data">串口通信的數據編碼方式因串口而異，需要查詢串口相關信息以獲取</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>
        /// 接收端對話框顯示消息
        /// </summary>
        /// <param name="content"></param>
        private void AddContent(string content)
        {
            BeginInvoke(new MethodInvoker(delegate
            {              
                    textBox_Receive.AppendText(content);              
            }));
        }

        /// <summary>
        /// 串口開關
        /// </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("未發現可用串口，請檢查硬件設備");
                return;
            }

            if (ComDevice.IsOpen == false)
            {
                //設置串口相關屬性
                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
                {
                    //開啟串口
                    ComDevice.Open();
                    button_Send.Enabled = true;
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    MessageBox.Show(ex.Message, "未能成功開啟串口", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
                    return;
                }
                button_Switch.Text = "關閉";
                pictureBox_Status.BackgroundImage = Properties.Resources.green;
            }
            else
            {
                try
                {
                    //關閉串口
                    ComDevice.Close();
                    button_Send.Enabled = false;
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    MessageBox.Show(ex.Message, "串口關閉錯誤", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
                }
                button_Switch.Text = "開啟";
                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>
        /// 將消息編碼並發送
        /// </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("\n");
            }

            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>
        /// 此函數將編碼后的消息傳遞給串口
        /// </summary>
        /// <param name="data"></param>
        /// <returns></returns>
        public bool SendData(byte[] data)
        {
            if (ComDevice.IsOpen)
            {
                try
                {
                    //將消息傳遞給串口
                    ComDevice.Write(data, 0, data.Length);
                    return true;
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    MessageBox.Show(ex.Message, "發送失敗", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
                }
            }
            else
            {
                MessageBox.Show("串口未開啟", "錯誤", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
            }
            return false;
        }

        /// <summary>
        /// 16進制編碼
        /// </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;
        }

        //以下兩個指令是結合一款繼電器而設計的
        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";
        }
    }
}

軟件實現基本界面

 

希望以上內容對入門串口編程有所幫助，在此感謝百度百科的參考和kasama1953文章的幫助。