C#通信精讲系列——C# 通讯编程基础（含代码实例）

张人玉2025-12-11 17:03

一、通讯基础理论

1.1 基本概念

  • 通讯发生在两端或多端之间，分为发送方和接收方

  • C# 中通讯主要分为两大块：

    • 串口通讯：有距离限制，速度较慢

    • 网络通讯：传输距离远，速度快，重要且难度较大

1.2 通讯协议

通讯双方必须遵循约定的数据格式（数据报文 / 数据帧），这些约定的规则称为通讯协议。

通讯类型 常见协议
串口通讯 RS232、RS485、Modbus（通用）、西门子 S7 协议等
网络通讯 TCP、UDP、HTTP、HTTPS、STMP 等

在网络通讯中：

  • 一端称为服务器（Server / 主机 Host）

  • 另一端称为客户端（Client / 从机 Slave）

  • 一个服务器可以连接多个客户端

二、串口通讯详解

2.1 串口基本概念

  • 英文：serial port，也称串行通信接口或 COM 接口

  • 用于在两个设备之间通过专门设计的线路传输数据

  • 实现计算机与外部设备的可靠点对点（P2P/E2E）连接

  • 常见设备：打印机、调制解调器、传感器等

2.2 串行通讯原理

  • 串行数据传输：通过单个线路按顺序发送比特信息

  • 并行数据传输：使用多个信道同时传输

  • 单位换算：8bit = 1 字节，1024 位 = 128 字节

2.3 通信模式

  • 单工模式：只能单向传输

  • 半双工模式：可以双向传输，但不能同时进行

  • 全双工模式：可以同时双向传输（串口通讯属于此类）

2.4 串口通讯数据格式（重点）

一个完整的串口数据格式包括：

复制代码 
起始位（1bit）+ 数据位（8bit）+ 奇偶校验位（1bit）+ 停止位（1bit）
关键参数：

  1. 波特率：

    • 传输速度，单位 bps（每秒比特数）

    • 常用值：600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps

  2. 数据位数：

    • 接收和发送的数据字节数

    • 常用 7 位或 8 位，默认使用 8 位

  3. 校验位：

    • 保证数据准确性的校验机制

    • 类型：

      • 奇校验（Odd）：使总位数为奇数

      • 偶校验（Even）：使总位数为偶数

      • 无校验（None）：不进行校验

      • 标记校验（Mark）：校验位固定为 1

      • 空格校验（Space）：校验位固定为 0

  4. 停止位：

    • 数据传输完成的标志位

    • 通常为 1 位

三、C# 串口通讯编程实例

3.1 串口操作类（SerialPort）常用成员

属性：

  • PortName：端口名称（如 "COM1"）

  • BaudRate：波特率

  • DataBits：数据位

  • StopBits：停止位

  • Parity：校验位

  • IsOpen：串口是否已打开

方法：

  • Open ()：打开串口

  • Close ()：关闭串口

  • Write ()/WriteLine ()：发送数据

  • Read ()/ReadLine ()/ReadExisting ()：读取数据

事件：

  • DataReceived：数据接收事件

3.2 基本串口通讯示例

cs 复制代码 
using System;
using System.IO.Ports;
using System.Windows.Forms;
​
namespace SerialCommunicationDemo
{
    public partial class MainForm : Form
    {
        // 创建串口对象
        private SerialPort _serialPort = new SerialPort();
        
        public MainForm()
        {
            InitializeComponent();
            InitializeSerialPort();
            LoadPortNames();
        }
        
        // 初始化串口参数
        private void InitializeSerialPort()
        {
            // 默认参数设置
            _serialPort.BaudRate = 9600;       // 波特率
            _serialPort.DataBits = 8;          // 数据位
            _serialPort.StopBits = StopBits.One; // 停止位
            _serialPort.Parity = Parity.None;  // 校验位
            _serialPort.ReadTimeout = 500;     // 读取超时
            _serialPort.WriteTimeout = 500;    // 写入超时
            
            // 绑定数据接收事件
            _serialPort.DataReceived += SerialPort_DataReceived;
        }
        
        // 加载可用串口列表
        private void LoadPortNames()
        {
            string[] portNames = SerialPort.GetPortNames();
            cmbPort.Items.AddRange(portNames);
            
            if (portNames.Length > 0)
                cmbPort.SelectedIndex = 0;
        }
        
        // 打开/关闭串口按钮
        private void btnOpenClose_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (!_serialPort.IsOpen)
            {
                try
                {
                    // 设置端口名称
                    _serialPort.PortName = cmbPort.SelectedItem.ToString();
                    
                    // 打开串口
                    _serialPort.Open();
                    
                    // 更新UI状态
                    btnOpenClose.Text = "关闭串口";
                    cmbPort.Enabled = false;
                    txtLog.AppendText("串口已打开" + Environment.NewLine);
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    MessageBox.Show("打开串口失败：" + ex.Message);
                }
            }
            else
            {
                // 关闭串口
                _serialPort.Close();
                
                // 更新UI状态
                btnOpenClose.Text = "打开串口";
                cmbPort.Enabled = true;
                txtLog.AppendText("串口已关闭" + Environment.NewLine);
            }
        }
        
        // 发送数据按钮
        private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (!_serialPort.IsOpen)
            {
                MessageBox.Show("请先打开串口");
                return;
            }
            
            try
            {
                string dataToSend = txtSendData.Text;
                if (!string.IsNullOrEmpty(dataToSend))
                {
                    // 发送数据
                    _serialPort.WriteLine(dataToSend);
                    txtLog.AppendText("发送：" + dataToSend + Environment.NewLine);
                    txtSendData.Clear();
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                MessageBox.Show("发送数据失败：" + ex.Message);
            }
        }
        
        // 数据接收事件处理
        private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
        {
            try
            {
                // 读取接收到的数据
                string receivedData = _serialPort.ReadLine();
                
                // 跨线程更新UI
                this.Invoke(new Action(() =>
                {
                    txtLog.AppendText("接收：" + receivedData + Environment.NewLine);
                }));
            }
            catch (Exception ex)
            {
                this.Invoke(new Action(() =>
                {
                    txtLog.AppendText("接收数据错误：" + ex.Message + Environment.NewLine);
                }));
            }
        }
        
        // 窗体关闭时确保串口已关闭
        private void MainForm_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
        {
            if (_serialPort.IsOpen)
                _serialPort.Close();
        }
    }
}
​

  1. 串口初始化：

    • 设置了常用的串口参数（波特率 9600、数据位 8 等）

    • 绑定了数据接收事件，用于处理异步接收的数据

  2. 核心功能：

    • 打开 / 关闭串口

    • 发送数据到串口设备

    • 接收来自串口设备的数据

    • 显示通讯日志

  3. 注意事项：

    • 操作串口前必须确保端口已正确打开

    • 数据接收事件在非 UI 线程触发，更新 UI 时需要使用 Invoke

    • 程序退出前应关闭串口，释放资源

四、开发与调试工具

  1. 虚拟串口工具：

    • Virtual Serial Port Driver：创建虚拟串口对，用于调试

  2. 串口调试助手：

    • XCOM V2.0：常用的串口调试工具

    • 其他可选：SSCOM、友善串口调试助手等

  3. 使用技巧：

    • 先用虚拟串口和调试助手测试通讯逻辑

    • 确保通讯双方参数（波特率、校验位等）完全一致

    • 遇到问题时，先检查硬件连接和参数设置

五、常见问题与解决

  1. 无法打开串口：

    • 检查端口是否被其他程序占用

    • 确认端口名称是否正确

    • 检查设备驱动是否安装

  2. 数据传输错误：

    • 确认双方波特率、校验位等参数一致

    • 检查物理连接是否稳定

    • 尝试降低波特率测试

  3. 接收数据不完整：

    • 可能是缓冲区设置问题

    • 考虑增加接收超时时间

    • 实现数据帧校验机制

通过以上内容，你可以掌握 C# 串口通讯的基本理论和编程实现方法。在实际应用中，还需要根据具体的硬件设备和通讯协议进行适当调整。

一、通讯基础理论

1.1 基本概念

  • 通讯发生在两端或多端之间，分为发送方和接收方

  • C# 中通讯主要分为两大块：

    • 串口通讯：有距离限制，速度较慢

    • 网络通讯：传输距离远，速度快，重要且难度较大

1.2 通讯协议

通讯双方必须遵循约定的数据格式（数据报文 / 数据帧），这些约定的规则称为通讯协议。

通讯类型 常见协议
串口通讯 RS232、RS485、Modbus（通用）、西门子 S7 协议等
网络通讯 TCP、UDP、HTTP、HTTPS、STMP 等

在网络通讯中：

  • 一端称为服务器（Server / 主机 Host）

  • 另一端称为客户端（Client / 从机 Slave）

  • 一个服务器可以连接多个客户端

二、串口通讯详解

2.1 串口基本概念

  • 英文：serial port，也称串行通信接口或 COM 接口

  • 用于在两个设备之间通过专门设计的线路传输数据

  • 实现计算机与外部设备的可靠点对点（P2P/E2E）连接

  • 常见设备：打印机、调制解调器、传感器等

2.2 串行通讯原理

  • 串行数据传输：通过单个线路按顺序发送比特信息

  • 并行数据传输：使用多个信道同时传输

  • 单位换算：8bit = 1 字节，1024 位 = 128 字节

2.3 通信模式

  • 单工模式：只能单向传输

  • 半双工模式：可以双向传输，但不能同时进行

  • 全双工模式：可以同时双向传输（串口通讯属于此类）

2.4 串口通讯数据格式（重点）

一个完整的串口数据格式包括：

复制代码 
起始位（1bit）+ 数据位（8bit）+ 奇偶校验位（1bit）+ 停止位（1bit）
关键参数：

  1. 波特率：

    • 传输速度，单位 bps（每秒比特数）

    • 常用值：600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps

  2. 数据位数：

    • 接收和发送的数据字节数

    • 常用 7 位或 8 位，默认使用 8 位

  3. 校验位：

    • 保证数据准确性的校验机制

    • 类型：

      • 奇校验（Odd）：使总位数为奇数

      • 偶校验（Even）：使总位数为偶数

      • 无校验（None）：不进行校验

      • 标记校验（Mark）：校验位固定为 1

      • 空格校验（Space）：校验位固定为 0

  4. 停止位：

    • 数据传输完成的标志位

    • 通常为 1 位

三、C# 串口通讯编程实例

3.1 串口操作类（SerialPort）常用成员

属性：

  • PortName：端口名称（如 "COM1"）

  • BaudRate：波特率

  • DataBits：数据位

  • StopBits：停止位

  • Parity：校验位

  • IsOpen：串口是否已打开

方法：

  • Open ()：打开串口

  • Close ()：关闭串口

  • Write ()/WriteLine ()：发送数据

  • Read ()/ReadLine ()/ReadExisting ()：读取数据

事件：

  • DataReceived：数据接收事件

3.2 基本串口通讯示例

cs 复制代码 
using System;
using System.IO.Ports;
using System.Windows.Forms;
​
namespace SerialCommunicationDemo
{
    public partial class MainForm : Form
    {
        // 创建串口对象
        private SerialPort _serialPort = new SerialPort();
        
        public MainForm()
        {
            InitializeComponent();
            InitializeSerialPort();
            LoadPortNames();
        }
        
        // 初始化串口参数
        private void InitializeSerialPort()
        {
            // 默认参数设置
            _serialPort.BaudRate = 9600;       // 波特率
            _serialPort.DataBits = 8;          // 数据位
            _serialPort.StopBits = StopBits.One; // 停止位
            _serialPort.Parity = Parity.None;  // 校验位
            _serialPort.ReadTimeout = 500;     // 读取超时
            _serialPort.WriteTimeout = 500;    // 写入超时
            
            // 绑定数据接收事件
            _serialPort.DataReceived += SerialPort_DataReceived;
        }
        
        // 加载可用串口列表
        private void LoadPortNames()
        {
            string[] portNames = SerialPort.GetPortNames();
            cmbPort.Items.AddRange(portNames);
            
            if (portNames.Length > 0)
                cmbPort.SelectedIndex = 0;
        }
        
        // 打开/关闭串口按钮
        private void btnOpenClose_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (!_serialPort.IsOpen)
            {
                try
                {
                    // 设置端口名称
                    _serialPort.PortName = cmbPort.SelectedItem.ToString();
                    
                    // 打开串口
                    _serialPort.Open();
                    
                    // 更新UI状态
                    btnOpenClose.Text = "关闭串口";
                    cmbPort.Enabled = false;
                    txtLog.AppendText("串口已打开" + Environment.NewLine);
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    MessageBox.Show("打开串口失败：" + ex.Message);
                }
            }
            else
            {
                // 关闭串口
                _serialPort.Close();
                
                // 更新UI状态
                btnOpenClose.Text = "打开串口";
                cmbPort.Enabled = true;
                txtLog.AppendText("串口已关闭" + Environment.NewLine);
            }
        }
        
        // 发送数据按钮
        private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (!_serialPort.IsOpen)
            {
                MessageBox.Show("请先打开串口");
                return;
            }
            
            try
            {
                string dataToSend = txtSendData.Text;
                if (!string.IsNullOrEmpty(dataToSend))
                {
                    // 发送数据
                    _serialPort.WriteLine(dataToSend);
                    txtLog.AppendText("发送：" + dataToSend + Environment.NewLine);
                    txtSendData.Clear();
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                MessageBox.Show("发送数据失败：" + ex.Message);
            }
        }
        
        // 数据接收事件处理
        private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
        {
            try
            {
                // 读取接收到的数据
                string receivedData = _serialPort.ReadLine();
                
                // 跨线程更新UI
                this.Invoke(new Action(() =>
                {
                    txtLog.AppendText("接收：" + receivedData + Environment.NewLine);
                }));
            }
            catch (Exception ex)
            {
                this.Invoke(new Action(() =>
                {
                    txtLog.AppendText("接收数据错误：" + ex.Message + Environment.NewLine);
                }));
            }
        }
        
        // 窗体关闭时确保串口已关闭
        private void MainForm_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
        {
            if (_serialPort.IsOpen)
                _serialPort.Close();
        }
    }
}
复制代码

  1. 串口初始化：

    • 设置了常用的串口参数（波特率 9600、数据位 8 等）

    • 绑定了数据接收事件，用于处理异步接收的数据

  2. 核心功能：

    • 打开 / 关闭串口

    • 发送数据到串口设备

    • 接收来自串口设备的数据

    • 显示通讯日志

  3. 注意事项：

    • 操作串口前必须确保端口已正确打开

    • 数据接收事件在非 UI 线程触发，更新 UI 时需要使用 Invoke

    • 程序退出前应关闭串口，释放资源

四、开发与调试工具

  1. 虚拟串口工具：

    • Virtual Serial Port Driver：创建虚拟串口对，用于调试

  2. 串口调试助手：

    • XCOM V2.0：常用的串口调试工具

    • 其他可选：SSCOM、友善串口调试助手等

  3. 使用技巧：

    • 先用虚拟串口和调试助手测试通讯逻辑

    • 确保通讯双方参数（波特率、校验位等）完全一致

    • 遇到问题时，先检查硬件连接和参数设置

五、常见问题与解决

  1. 无法打开串口：

    • 检查端口是否被其他程序占用

    • 确认端口名称是否正确

    • 检查设备驱动是否安装

  2. 数据传输错误：

    • 确认双方波特率、校验位等参数一致

    • 检查物理连接是否稳定

    • 尝试降低波特率测试

  3. 接收数据不完整：

    • 可能是缓冲区设置问题

    • 考虑增加接收超时时间

    • 实现数据帧校验机制

通过以上内容，你可以掌握 C# 串口通讯的基本理论和编程实现方法。在实际应用中，还需要根据具体的硬件设备和通讯协议进行适当调整。

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