串口通讯（Serial Communication）是一种常见的硬件设备与计算机之间的数据传输方式，广泛应用于工业控制、嵌入式系统、传感器数据采集等领域。本文将详细介绍如何使用C#实现基于串口通讯的数据发送和接收，并结合代码示例解析其实现过程。
1. 概述
串口通讯的核心是System.IO.Ports.SerialPort类，它封装了串口操作的底层细节，提供了简单易用的接口。以下是串口通讯的基本流程：
1.初始化串口：设置串口参数（如波特率、数据位、停止位等）。
2.打开串口：通过SerialPort.Open方法打开串口。
3.发送数据：通过SerialPort.Write方法向串口发送数据。
4.接收数据：通过SerialPort.DataReceived事件异步接收数据。
5.处理数据：对接收到的数据进行解析和处理。
2. 关键技术点
2.1 SerialPort类
SerialPort是C#中用于实现串口通讯的核心类，提供了发送和接收数据的方法。
2.2 异步接收数据
通过SerialPort.DataReceived事件异步接收数据，避免阻塞主线程。
2.3 数据解析
接收到的数据通常是字节数组（byte[]），需要根据协议格式进行解析。
2.4 事件机制
通过事件机制将接收到的数据传递给其他模块处理。
3. 代码实现
以下是基于串口通讯实现数据发送和接收的代码示例。
3.1 SerialPortHelper类
SerialPortHelper类负责初始化串口、发送数据、接收数据以及处理数据。
csharp
public class SerialPortHelper
{
private SerialPort serialPort; // 串口对象
private List<byte> _buffer = new List<byte>(); // 数据缓冲区
/// <summary>
/// 自定义串口消息接收事件
/// </summary>
public event ReceiveDataEventHandler ReceiveDataEvent;
public SerialPortHelper()
{
serialPort = new SerialPort();
}
/// <summary>
/// 获取当前计算机所有的串行端口名
/// </summary>
public static string[] GetPortArray()
{
return SerialPort.GetPortNames(); // 获取所有可用串口
}
/// <summary>
/// 设置串口参数
/// </summary>
public void SetSerialPort(string portName, int baudrate, Parity parity, int databits, StopBits stopBits)
{
serialPort.PortName = portName; // 端口名
serialPort.BaudRate = baudrate; // 波特率
serialPort.Parity = parity; // 奇偶校验
serialPort.DataBits = databits; // 数据位
serialPort.StopBits = stopBits; // 停止位
serialPort.DataReceived += ReceiveDataMethod; // 订阅数据接收事件
}
/// <summary>
/// 打开串口
/// </summary>
public void Open()
{
try
{
serialPort.Open(); // 打开串口
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("Error opening serial port: " + ex.Message);
}
}
/// <summary>
/// 关闭串口
/// </summary>
public void Close()
{
serialPort.Close(); // 关闭串口
}
/// <summary>
/// 发送数据（字节数组）
/// </summary>
public void SendDataMethod(byte[] data)
{
if (!serialPort.IsOpen)
{
Open(); // 如果串口未打开，则先打开
}
serialPort.Write(data, 0, data.Length); // 发送数据
}
/// <summary>
/// 发送数据（字符串）
/// </summary>
public void SendDataMethod(string data)
{
if (!serialPort.IsOpen)
{
Open(); // 如果串口未打开，则先打开
}
serialPort.Write(data); // 发送字符串
}
/// <summary>
/// 数据接收事件处理方法
/// </summary>
private void ReceiveDataMethod(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{
try
{
byte[] dataChunk = new byte[serialPort.BytesToRead]; // 读取缓冲区中的数据
serialPort.Read(dataChunk, 0, dataChunk.Length);
_buffer.AddRange(dataChunk); // 将数据添加到缓冲区
while (_buffer.Count >= 3) // 确保缓冲区中有足够的数据
{
byte thirdByte = _buffer[1]; // 获取第三个字节（功能码）
if (thirdByte == 0x03) // 功能码0x03
{
if (_buffer.Count >= 19) // 检查是否有完整的数据包
{
byte[] completePacket = _buffer.GetRange(0, 19).ToArray(); // 提取完整数据包
TriggerReceiveDataEvent(completePacket); // 触发接收事件
_buffer.RemoveRange(0, 19); // 移除已处理的数据
}
else
{
break; // 数据不足，等待更多数据
}
}
else if (thirdByte == 0x10 || thirdByte == 0x06) // 功能码0x10或0x06
{
byte[] dataToProcess = _buffer.ToArray(); // 处理整个缓冲区
TriggerReceiveDataEvent(dataToProcess); // 触发接收事件
_buffer.Clear(); // 清空缓冲区
}
else
{
_buffer.RemoveRange(0, 3); // 移除无法识别的数据
}
}
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("Error processing serial port data: " + ex.Message);
}
}
/// <summary>
/// 触发接收数据事件
/// </summary>
private void TriggerReceiveDataEvent(byte[] data)
{
if (ReceiveDataEvent != null)
{
ReceiveDataEventArg arg = new ReceiveDataEventArg(data); // 创建事件参数
ReceiveDataEvent.Invoke(this, arg); // 触发事件
}
}
}3.2 ReceiveDataEventArg类
ReceiveDataEventArg类用于封装接收到的数据，并作为事件参数传递。
csharp
public class ReceiveDataEventArg : EventArgs
{
public byte[] Data { get; set; } // 接收到的数据
public ReceiveDataEventArg(byte[] data)
{
Data = data; // 初始化数据
}
}3.3 主窗体（MainWindow）
主窗体负责初始化SerialPortHelper并处理接收到的数据。
csharp
public partial class MainWindow : Window
{
private SerialPortHelper serialPortHelper;
public MainWindow()
{
InitializeComponent();
SettingComPorts(); // 初始化串口
}
private void SettingComPorts()
{
string portName = "COM8"; // 串口名称
int baudRate = 115200; // 波特率
Parity parity = Parity.None; // 奇偶校验
int dataBits = 8; // 数据位
StopBits stopBits = StopBits.One; // 停止位
serialPortHelper = new SerialPortHelper();
serialPortHelper.SetSerialPort(portName, baudRate, parity, dataBits, stopBits); // 设置串口参数
serialPortHelper.Open(); // 打开串口
serialPortHelper.ReceiveDataEvent += ReceiveDataEvent; // 订阅接收数据事件
}
/// <summary>
/// 接收数据事件处理方法
/// </summary>
private void ReceiveDataEvent(object sender, ReceiveDataEventArg e)
{
byte[] receivedData = e.Data; // 获取接收到的数据
if (receivedData[1] == 0x03) // 功能码0x03
{
int receiveDataLength = receivedData[2]; // 获取有效数据长度
byte[] receiveDataBuffer = new byte[receiveDataLength];
Array.Copy(receivedData, 3, receiveDataBuffer, 0, receiveDataLength); // 提取有效数据
ushort[] units = messageData.GetUnitsFromByteArray(receiveDataBuffer); // 解析数据
if (units != null)
{
List<ChannelData> channelDatas = databaseHelper.GetUUTInfo(units); // 获取设备信息
UpdateDeviceInfo(channelDatas); // 更新UI
}
}
}
}4. 数据传递流程详解
4.1 初始化串口
在SettingComPorts方法中，设置串口参数并打开串口。
订阅ReceiveDataEvent事件以接收数据。
4.2 发送数据
通过SendDataMethod方法向串口发送数据。
4.3 接收数据
串口接收到数据后，触发ReceiveDataMethod方法。
将接收到的数据添加到缓冲区，并根据功能码解析数据。
4.4 处理数据
在ReceiveDataEvent方法中，解析接收到的数据并更新UI。
5. 关键技术解析
5.1 异步接收数据
通过SerialPort.DataReceived事件异步接收数据，避免阻塞主线程。
5.2 数据解析
根据功能码（如0x03、0x06）解析接收到的字节数组，提取有效数据。
5.3 事件机制
通过事件将接收到的数据传递给主窗体或其他模块处理。
6. 总结
本文详细介绍了如何使用C#实现基于串口通讯的数据发送和接收。通过SerialPort类，我们可以轻松实现串口通讯，并结合事件机制实现数据的传递和处理。串口通讯适用于硬件设备与计算机之间的数据传输，是工业控制和嵌入式系统开发中的重要技术。
希望这篇文章对您有所帮助！如果有任何问题，欢迎在评论区留言讨论。