C#基于SerialPort类怎么实现串口通讯

发布时间：2022-02-07 10:46:17 作者：iii
来源：亿速云阅读：308

# C#基于SerialPort类实现串口通讯

## 一、串口通讯基础概念

### 1.1 串行通信简介
串行通信（Serial Communication）是指通过单根数据线将数据一位一位顺序传输的通信方式。与并行通信相比，虽然速度较慢，但具有布线简单、成本低、适合远距离传输等优势。

常见串口标准：
- RS-232：最传统的串口标准（DB9接口）
- RS-422：差分传输，抗干扰能力强
- RS-485：支持多点通信，工业领域广泛应用

### 1.2 串口通信参数
实现串口通信需要配置以下关键参数：
- 波特率（Baud Rate）：1200/2400/4800/9600/19200/38400/57600/115200等
- 数据位（Data Bits）：通常为5-8位（默认8位）
- 停止位（Stop Bits）：1、1.5或2位
- 校验位（Parity）：None/Odd/Even/Mark/Space
- 流控制（Flow Control）：None/XonXoff/RTS/CTS

## 二、.NET中的SerialPort类

### 2.1 SerialPort类概述
System.IO.Ports命名空间下的SerialPort类提供了同步I/O和事件驱动的I/O、对管脚和中断状态的访问以及对串行驱动程序属性的访问。

主要功能：
- 支持同步和异步读写操作
- 提供数据接收事件通知
- 可配置超时设置
- 支持流控制

### 2.2 常用属性说明

```csharp
public class SerialPort : Component
{
    // 基础配置属性
    public string PortName { get; set; }          // 端口名称（COM1、COM2等）
    public int BaudRate { get; set; }             // 波特率
    public Parity Parity { get; set; }            // 校验位
    public int DataBits { get; set; }             // 数据位
    public StopBits StopBits { get; set; }        // 停止位
    
    // 流控制相关
    public Handshake Handshake { get; set; }      // 握手协议
    
    // 超时设置
    public int ReadTimeout { get; set; }          // 读取超时（毫秒）
    public int WriteTimeout { get; set; }         // 写入超时（毫秒）
    
    // 状态检测
    public bool IsOpen { get; }                   // 端口是否打开
    public int BytesToRead { get; }               // 接收缓冲区中数据字节数
    public int BytesToWrite { get; }              // 发送缓冲区中数据字节数
    
    // 其他重要属性
    public Encoding Encoding { get; set; }        // 字符编码
    public string NewLine { get; set; }           // 换行符（默认为\n）
}

三、完整实现步骤

3.1 环境准备

创建C#项目（控制台/WinForms/WPF均可）
添加命名空间引用：

using System.IO.Ports;

3.2 核心代码实现

基本串口操作类

public class SerialPortHelper
{
    private SerialPort _serialPort;
    private readonly Action<string> _dataReceivedCallback;
    
    public SerialPortHelper(Action<string> dataReceivedCallback)
    {
        _dataReceivedCallback = dataReceivedCallback;
    }
    
    // 初始化串口配置
    public void Initialize(string portName, int baudRate = 9600, 
        Parity parity = Parity.None, int dataBits = 8, 
        StopBits stopBits = StopBits.One)
    {
        _serialPort = new SerialPort
        {
            PortName = portName,
            BaudRate = baudRate,
            Parity = parity,
            DataBits = dataBits,
            StopBits = stopBits,
            ReadTimeout = 500,
            WriteTimeout = 500
        };
        
        // 订阅数据接收事件
        _serialPort.DataReceived += SerialPortDataReceived;
    }
    
    // 打开串口
    public bool Open()
    {
        try
        {
            if (!_serialPort.IsOpen)
            {
                _serialPort.Open();
                return true;
            }
            return false;
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine($"打开串口失败: {ex.Message}");
            return false;
        }
    }
    
    // 关闭串口
    public void Close()
    {
        if (_serialPort.IsOpen)
        {
            _serialPort.Close();
        }
    }
    
    // 发送数据
    public void SendData(string data)
    {
        if (_serialPort.IsOpen)
        {
            try
            {
                _serialPort.WriteLine(data);
            }
            catch (TimeoutException)
            {
                Console.WriteLine("发送超时！");
            }
        }
    }
    
    // 数据接收事件处理
    private void SerialPortDataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
    {
        if (_serialPort.BytesToRead > 0)
        {
            try
            {
                string receivedData = _serialPort.ReadExisting();
                _dataReceivedCallback?.Invoke(receivedData);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"数据接收异常: {ex.Message}");
            }
        }
    }
    
    // 获取可用串口列表
    public static string[] GetAvailablePorts()
    {
        return SerialPort.GetPortNames();
    }
}

WinForms应用示例

public partial class MainForm : Form
{
    private readonly SerialPortHelper _serialHelper;
    
    public MainForm()
    {
        InitializeComponent();
        
        // 初始化串口助手
        _serialHelper = new SerialPortHelper(OnDataReceived);
        
        // 加载可用串口
        RefreshPortList();
    }
    
    private void RefreshPortList()
    {
        cmbPorts.Items.Clear();
        var ports = SerialPortHelper.GetAvailablePorts();
        cmbPorts.Items.AddRange(ports);
        if (ports.Length > 0) cmbPorts.SelectedIndex = 0;
    }
    
    private void btnOpen_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        if (cmbPorts.SelectedItem == null) return;
        
        _serialHelper.Initialize(
            portName: cmbPorts.SelectedItem.ToString(),
            baudRate: int.Parse(txtBaudRate.Text)
        );
        
        if (_serialHelper.Open())
        {
            AppendLog($"串口 {cmbPorts.SelectedItem} 已打开");
            btnOpen.Enabled = false;
            btnClose.Enabled = true;
            btnSend.Enabled = true;
        }
    }
    
    private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        if (!string.IsNullOrWhiteSpace(txtSendData.Text))
        {
            _serialHelper.SendData(txtSendData.Text);
            AppendLog($"发送: {txtSendData.Text}");
            txtSendData.Clear();
        }
    }
    
    private void OnDataReceived(string data)
    {
        // 跨线程更新UI
        this.Invoke((MethodInvoker)delegate {
            AppendLog($"接收: {data}");
        });
    }
    
    private void AppendLog(string message)
    {
        txtLog.AppendText($"[{DateTime.Now:HH:mm:ss}] {message}{Environment.NewLine}");
    }
    
    private void btnRefresh_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        RefreshPortList();
    }
    
    private void btnClose_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        _serialHelper.Close();
        AppendLog("串口已关闭");
        btnOpen.Enabled = true;
        btnClose.Enabled = false;
        btnSend.Enabled = false;
    }
}

四、高级应用与注意事项

4.1 二进制数据处理

当需要处理二进制数据而非文本时：

// 发送字节数组
public void SendBytes(byte[] data)
{
    if (_serialPort.IsOpen)
    {
        _serialPort.Write(data, 0, data.Length);
    }
}

// 接收二进制数据
private void SerialPortDataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{
    int bytesToRead = _serialPort.BytesToRead;
    byte[] buffer = new byte[bytesToRead];
    _serialPort.Read(buffer, 0, bytesToRead);
    
    // 处理二进制数据...
    string hexString = BitConverter.ToString(buffer);
    _dataReceivedCallback?.Invoke(hexString);
}

4.2 常见问题解决方案

1. 串口占用问题

确保没有其他程序正在使用该串口
关闭程序时确保调用Close()方法
使用try-catch处理异常

2. 数据接收不完整

适当增加接收缓冲区大小：

_serialPort.ReadBufferSize = 1024 * 8; // 8KB

实现数据帧解析（如添加包头包尾校验）

3. 跨线程UI更新

必须通过Control.Invoke方式更新UI组件：

this.Invoke((MethodInvoker)delegate {
    // 更新UI代码
});

4.3 性能优化建议

使用缓冲区而非频繁的单字节读写
对于高频数据采集，考虑：
- 增加接收缓冲区大小
- 使用双缓冲技术
- 降低UI更新频率
实现自定义协议（如添加帧头、校验和等）

五、实际应用案例

5.1 工业设备数据采集

// MODBUS RTU协议请求示例
public byte[] CreateModbusRequest(byte deviceId, byte functionCode, ushort startAddress, ushort length)
{
    byte[] request = new byte[8];
    
    // 设备地址
    request[0] = deviceId;
    // 功能码
    request[1] = functionCode;
    // 起始地址
    request[2] = (byte)(startAddress >> 8);
    request[3] = (byte)startAddress;
    // 寄存器数量
    request[4] = (byte)(length >> 8);
    request[5] = (byte)length;
    
    // CRC校验
    ushort crc = CalculateCRC(request, 6);
    request[6] = (byte)crc;
    request[7] = (byte)(crc >> 8);
    
    return request;
}

5.2 串口调试工具开发

可扩展功能： - 十六进制显示/发送 - 自动发送定时器 - 数据记录到文件 - 自定义协议解析插件

六、总结

本文详细介绍了在C#中使用SerialPort类实现串口通信的完整方案，包括： 1. 串口通信基础概念与参数配置 2. SerialPort类的核心API详解 3. 同步/异步通信实现方式 4. 实际开发中的常见问题解决方案 5. 性能优化与高级应用建议

通过合理运用SerialPort类，开发者可以快速构建稳定可靠的串口通信应用，满足工业控制、设备调试、物联网等领域的通信需求。

注意：实际开发中请根据具体硬件设备的通信协议要求进行适当调整，并做好异常处理和资源释放工作。 “`

这篇文章共计约4500字，涵盖了从基础概念到高级应用的完整内容，采用Markdown格式编写，包含代码示例、注意事项和实际应用案例，可以直接用于技术文档或博客发布。