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C#串口编程

串行口Serial Port是早期计算机机箱的标配，当时后部往往有DB9接口，使用RS-232标准。不过随着计算机的发展，现在的机箱往往不再设置DB9接口，但因为这种数据传输方式简单有效，符合这种异步通信协议的产品还被广泛使用，特别是在工业领域及嵌入式系统中，为此出现了USB-uart模块以实现计算机与具有串口的系统之间的转换通信。
使用微软的Visual Studio提供的免费社区版，界面组件中就有Serial Port，使用时可以将其放入编程界面中，一般为this.serialPort1，然后就可以使用此组件实现串口设备之间的通信。
1）串口设备搜索：
在计算机的USB接口带电插入USB-uart模块后，计算机设备中会出现一个虚拟的COM口，具体序号由计算机与模块之间的协议来配置，可以使用C#编程来查询到。
因为计算机中可能存在多个自带的COM口或USB-uart模块实现的COM口，一般界面中加入一个下拉列表来显示，方便用户选择其一来进行通信，这里将下拉列表属性的name设为cbbCOMPorts。搜索计算机中COM口并加入下拉列表中的函数为：
  private void Search_serialport()
  {
     string[] portNames = System.IO.Ports.SerialPort.GetPortNames();
     cbbCOMPorts.Items.Clear();
     for (int i = 0; i <= portNames.Length - 1; i++)
     {
       cbbCOMPorts.Items.Add(portNames[i]);
     }
     if(portNames.Length>0) cbbCOMPorts.SelectedItem = cbbCOMPorts.Items[0];
  }
代码中，使用串行口SerialPort类的GetPortNames()方法来获取计算机中的所有串口，得到的是一个字符串数组，将其赋值给portNames数组变量。
如果不是第一次打开界面，下拉列表cbbCOMPorts中有可能存在之前存入的内容，需要先使用Clear()方法将其清空。然后使用for循环对portNames数组进行遍历，分别加入下拉列表cbbCOMPorts中成为显示的各个项目。
下拉列表中各项需要在鼠标点击时才能显示出来，选择后在界面中显示的项目为cbbCOMPorts.SelectedItem，此时为空。为了方便，可将最上面一项直接显示在界面中，即将此项赋值给SelectedItem。当然只有在已经搜索到不止一个串口情况下才会赋值，如果计算机中没有搜索到串口就不能赋值。
可将上述函数加入Form1_Load()方法的代码中，使其在界面加载情况时就能运行。因为使用USB-uart模块实现的串口会动态变化，因此也可以把此函数加入cbbCOMPorts下拉列表的Click事件处理中，点击就会更新。
2）连接串口设备：
一般在界面中会放入一个“连接”按钮，将与选择的串口连接的代码放入Click事件处理函数中。
  private void btnConnect_Click(object sender, EventArgs e)
  {
     if (cbbCOMPorts.Text != string.Empty)
     {
       if (this.serialPort1.IsOpen)
       {
         lblMessage.Text = cbbCOMPorts.Text + " 已打开，需要先关闭";
       }
       else
       {
         try
         {
           this.serialPort1.PortName = cbbCOMPorts.Text;
           this.serialPort1.BaudRate = 115200;
           this.serialPort1.Parity = System.IO.Ports.Parity.None;
           this.serialPort1.DataBits = 8;
           this.serialPort1.StopBits = System.IO.Ports.StopBits.One;
           this.serialPort1.Open();
           lblMessage.Text = cbbCOMPorts.Text + " 已连接";
         }
         catch (Exception ex)
         {
           MessageBox.Show(cbbCOMPorts.Text + " 无法打开，请检查是否已被占用或更改");
         }
       }
     }
  }
为了方便用户使用时看到相关提示，界面中加入了lblMessage只读文本框，用于输出信息。
代码中首先检查下拉列表中是否已经有选择的串口，然后检查串口是否已经被占用，因为计算机中有可能有多个程序在使用串口，这个检查是很有必要的。
因为使用串口通信有可能出现异常，因此下面的打开串口代码需要使用try-catch结构，如果异常就出现一个提示窗口，提醒用户做相应处理。
串口使用异步通信方式，现在一般使用的是全双工三线连接，必须要设置的参数有数据位、校验位、停止位和波特率，其他一些设置可以使用默认值。参数设置后就可以使用Open()方法来打开。
3）通过串口发送数据：
串口通信是一个字节一个字节来传输的，这里使用的是串口的Write(byData, start, length)方法，其中byData为byte类型的数组，start为数组的起始索引，length为一帧要传输的字节数。
因此，需要把待发送的数据先转换成字节数组，比如将十六进制数据字符串转为字节数组可以使用：
  byte[] bytes = new byte[s.Length / 2];
  for (int i = 0; i < bytes.Length; i++)
  {
     bytes[i] = (byte)Convert.ToByte(s.Substring(i * 2, 2), 16);
  }
如果要发送的数据是普通的字符串，也可以使用Encoding.Default.GetBytes(str)来得到字节数组，或者直接使用串口的Write()或WriteLine()方法直接发送字符串，而不用先转换为字节数组。也就是要根据待发送内容的编码情况来确定。
4）通过串口接收数据：
串口数据接收一般是使用事件处理方法，先要在界面加载Form1_Load()的代码中加入事件：
  this.serialPort1.DataReceived += new System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventHandler(DataReceived);
上述代码中注册了串口数据接收事件处理函数DataReceived，其中的代码为：
  private void DataReceived(object sender, System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)
  {
     int count = 0;
     int idle = 0;
     int th = 3;
     List<byte> rcvList = new List<byte>();
     while(true)
     {
       count = this.serialPort1.BytesToRead;
       if(count > 0)
       {
         byte[] tmpBuf = new byte[count];
         this.serialPort1.Read(tmpBuf, 0, count);
         rcvList.AddRange(tmpBuf);
         idle = 0;
       }
       else
       {
         idle++;
         if (idle > th)
         {
           idle = 0;
           break;
         }
         System.Threading.Thread.Sleep(1);   //毫秒
       }
     }
     byte[] rcvBuf = rcvList.ToArray();
     txtDataReceived.BeginInvoke(new delegateParam(UpdateTextBox), rcvBuf);
  }
代码中使用的主要方法是Read(tmpBuf, 0, count)，其中count为串口得到的数据字节数，可以通过串口的BytesToRead属性获得，得到此数值后就可以创建相应长度的字节数组tmpBuf，将串口得到的数据暂存入此字节数组中以便进行后续处理。
但只是使用串口的Read()方法，实际得到的数据长度长短不一，使后续处理变得困难。串口数据虽然是按字节传输的，但多个字节一般是组成一个数据帧，单片机中往往都有检测数据帧的idle标志，以便把一帧数据合在一起进行处理。但在计算机中，并没有相应的帧标志，因此需要使用软件方式探测这种成帧的数据，不然读入的数据格式就会很混乱。
为此，代码中使用了一个死循环，实际上根据判断给出了出口。串口数据帧结束，其实就是在一定时间间隔内不再收到新的数据，一般这个间隔为2~3个数据字节的传输时间，如果使用115200波特率，每个数据字节传输大约需要1ms，因此代码中使用了1ms的延迟。
因为C#数组是固定长度的，不能更改，为了存储多次读取的数据来组成完整一帧，使用了List<byte>泛型列表。如果读到一组数据，就加入泛型列表中，如果没有读到就延迟1ms再读，反复循环。但如果连续几次循环都未能读到数据，就认为一帧数据结束，将泛型列表中的数据转换为字节数组，然后使用委托输出到界面中。
为了得到比较恰当的帧结束判断的延迟时间，在循环中设置了两个变量，idle和th，idle用来计数未读到数据的循环次数，th则为设置的次数门限。通过调整这两个参数，就可以在一定的波特率情况下取得较好的值，以组成一个完整的数据帧。
最终获取的串口接收数据需要在界面中显示处理，但因为串口数据接收的处理线程与界面显示的线程不同，需要用委托方法来传递数据，具体代码在后面的页面介绍。
串口接收数据也可以使用serialPort.ReadExisting()方法，这时直接得到的是转换后的字符串。
5）关闭串口：
串口传输数据完成，需要关闭串口，使用Close()方法。为了对可能出现的异常进行处理，也需要使用try-catch的代码结构。而且，关闭串口也需要加入到界面窗口的Form1_Form_Closing()事件处理代码中，避免界面关闭后串口还被占用，影响以后的使用。