C#与工业控制-串口上

C# .NET是当今世界上使用最广泛的编程语言之一，也是被公认的编程效率最高的一种编程方法，无论是开发功能强大，可靠性要求高的工业、商业软件，还是编写能处理实际问题的小程序，C# .NET都是最快速、最简单的语言。

就串口开发而言，C# .NET可以采取多种方法，但是最方便的则是微软在.NET中推出的一种串口控件SerialPort，可以方便的实现串口所需的多种功能。

1.串口的基本概念

串口叫做串行接口，也称串行通信接口，按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。RS-232-C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。

RS-232-C：也称标准串口，是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座。后来的PC上使用简化了的9芯D型插座。现在应用中25芯插头座已很少采用。现在的电脑一般有两个串行口：COM1和COM2，你到计算机后面能看到9针D形接口就是了。现在有很多手机数据线或者物流接收器都采用COM口与计算机相连。
RS-422：为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。

RS-485：为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。

串口的链接方式：

串口在设备距离较近时（<=15m），可用电缆将两个设备直接RS-232相连，在一些简单的应用中，我们可能只需要数据线，而不需要握手线，特别是在测试测量领域中，一般都采用这种只用数据线的链接方式，以下仅对这部分内容进行讲解。

当设备距离较近的时候，一般只需要三个线（发送线，接收线，信号地线）便可以实现很对RS-232的全双工异步串行通信。

图1所示，是两台串口通信设备的三线链接，图中的2号接受脚和3号发送脚交叉链接，这是因为在直连的过程中，都把通信的双方当作数据终端设备来看待，双发都是即可以发送又可以接收。

                   

                

                                                                                                                                          图1

图2所示，如果只有一部计算机，而且没有两个串口通信可以用，那么使用的时候只需要将2脚和3脚短路即可，这样就由第三教的输出信号就会被传递到第二脚而送到同一个穿行端口的缓冲区域中，程序只需要再由相同的串行端口上做读取操作就可以，一样可以做一个测试的环境。

                                                                                  

                                

  

                                               图2

2.SerialPort控件的使用

进行串口通讯时，需要设置一些相关参数，可以通过设置SerialPort类的属性来进行。

2.1 SerialPort的主要属性

串口属性主要包括：

PortName串口名称，COM1, COM2等。

BaudRate波特率，也就是串口通讯的速度，进行串口通讯的双方其波特率需要相同，如果用PC连接其他非PC系统，一般地，波特率由非PC系统决定。

Parity奇偶校验。可以选取枚举Parity中的值

DataBits数据位

StopBits停止位，可以选取枚举StopBits中的值

Handshake握手方式，也就是数据流控制方式，可以选取枚举Handshake中的值

2.2打开与关闭串口

在创建一个SerialPort对象，设置串口属性后，可以通过Open()方法打开串口。数据读写完成后，可以通过Close()方法关闭串口。

特别需要注意的是，对于有些系统，在打开串口后，还需要将RtsEnable设置为True，这样才能读写数据，否则不能正常读写数据。

2.3读写行数据

双方通讯时，一般都需要定义通讯协议，即使最简单的通过串口发送文本聊天的程序。

通常是在当一方按下回车时，将其所数据的文本连同换行符发给另一方。在这个通讯事例中，协议桢是通过换行符界定的，每一桢数据都被换行符隔开，这样就很容易识别出通讯双发发送的信息。

在以上的例子中，可以用WriteLine()来发送数据，用ReadLine()来读取数据。WriteLine发送完数据后，会将换行符作为数据也发送给对方。ReadLine()读取数据时，直至遇到一个换行符，然后返回一个字符串代表一行信息。换行符可以通过SerialPort的属性NewLine来设置。一般地，Windows将CrLn作为换行符，而在Linux下，换行符则只用一个Ln表示。ReadLine()方法是阻塞的，直至遇到一个换行符后返回。在读取数据时，如果一直没有遇到换行符，那么在等待ReadTimeout时间后，抛出一个TimeoutException。默认情况下，ReadTimeout为InfiniteTimeout。这样，ReadLine一直处于阻塞状态，直至有新一行数据到达。

WriteLine()方法也是阻塞的，如果另一方不能及时接收数据，就会引起TimeoutException异常。

由于ReadLine()和WriteLine()方法都是阻塞式的，在程序使用SerialPort进行串口通讯时，一般应该把读写操作交由其他线程处理，避免因为阻塞而导致程序不响应。

由于ReadLine()和WriteLine()方法都是阻塞式的，在程序使用SerialPort进行串口通讯时，一般应该把读写操作交由其他线程处理，避免因为阻塞而导致程序不响应。

2.4读写字节或字符数据

对于字节或字符数据，用Read()方法来读数据，该方法需要一个字节或字符数组作为参数来保存读取的数据，结果返回实际读取的字节或字符数。写数据使用Write()方法，该方法可以将字节数组、字符数据或字符串发送给另一方。

如果通讯双方交换的数据位字节流数据，要构建一个使用的串口通讯程序，那么双方应该定义数据桢格式。通常数据桢由桢头和桢尾来界定。

发送数据比较简单，只需要将构造好的数据用Write()方法发送出去即可。

接收数据则比较复杂，通讯是以字节流的形式到达的，通过调用一次Read()方法并不能确保所读取的数据就是完整一桢。因此需要将每次读取的数据整合在一起，对整合后的数据进行分析，按照定义的桢格式，通过桢头和桢尾，将桢信息从字节流中抽取出来，这样才能获取有意义的信息。

除了利用Read()方法来读数据，还可以使用ReadExisting()方法来读取数据。该方法读取当前所能读到的数据，以字符串的形式返回。

2.5事件

SerialPort提供了DataReceived事件。当有数据进入时，该事件被触发。该事件的触发由操作系统决定，当有数据到达时，该事件在辅助线程中被触发。辅助线程的优先级比较低，因此并不能确保每个字节的数据到达时，该事件都被触发。

在使用该事件接收数据时，最好对定义通讯协议格式，添加桢头和桢尾。在DataReceived事件中接收数据时，把数据放在数组中或字符串中缓冲起来，当接收的包含桢头和桢尾的完整数据时，在进行处理，另外，为了有效地接收数据，可以在每次读取数据后，加入System.Threading.Thread.Sleep方法进行演示。

2.6其他

 正如在第一章所说，用跳线使串口的第2、3针连接，可以在本地计算机上实现串口通信，所以，通过串口的第2、3针的连接可以对程序进行检测。

BytesToRead该属性返回能够读到的字节数。

方法：

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
Open	打开一个新的串行端口连接
Read	从 SerialPort 输入缓冲区中读取数据字节数
ReadByte	从 SerialPort 输入缓冲区中同步读取一个字节
ReadChar	从 SerialPort 输入缓冲区中同步读取一个字符
ReadLine	一直读取到输入缓冲区中的 NewLine 值
ReadTo	一直读取到输入缓冲区中指定 value 的字符串
Write	已重载。将数据写入串行端口输出缓冲区
WriteLine	将指定的字符串和 NewLine 值写入输出缓冲区
DiscardInBuffer DiscardOutBuffer	清空接收缓冲区数据 清空输出缓冲去数据

属性:

名称	说明
BaseStream	获取 SerialPort 对象的基础 Stream 对象
BaudRate	获取或设置串行波特率
BreakState	获取或设置中断信号状态
BytesToRead	获取接收缓冲区中数据的字节数
BytesToWrite	获取发送缓冲区中数据的字节数
DHolding	获取端口的载波检测行的状态
CtsHolding	获取“可以发送”行的状态
DataBits	获取或设置每个字节的标准数据位长度
DiscardNull	获取或设置一个值，该值指示 Null 字节在端口和接收缓冲区之间传输时是否被忽略
DsrHolding	获取数据设置就绪 (DSR) 信号的状态
DtrEnable	获取或设置一个值，该值在串行通信过程中启用数据终端就绪 (DTR) 信号
Encoding	获取或设置传输前后文本转换的字节编码
Handshake	获取或设置串行端口数据传输的握手协议
IsOpen	获取一个值，该值指示 SerialPort 对象的打开或关闭状态
NewLine	获取或设置用于解释 ReadLine( )和WriteLine( )方法调用结束的值
Parity	获取或设置奇偶校验检查协议
ParityReplace	获取或设置一个字节，该字节在发生奇偶校验错误时替换数据流中的无效字节
PortName	获取或设置通信端口，包括但不限于所有可用的 COM 端口
ReadBufferSize	获取或设置 SerialPort 输入缓冲区的大小
ReadTimeout	获取或设置读取操作未完成时发生超时之前的毫秒数
ReceivedBytesThreshold	获取或设置 DataReceived 事件发生前内部输入缓冲区中的字节数
RtsEnable	获取或设置一个值，该值指示在串行通信中是否启用请求发送 (RTS) 信号
StopBits	获取或设置每个字节的标准停止位数
WriteBufferSize	获取或设置串行端口输出缓冲区的大小
WriteTimeout	获取或设置写入操作未完成时发生超时之前的毫秒数