VB.Net 串口通信用法

 

    对于初次使用VB.Net 的 SerialPort  编写串口通信的朋友，这些是很必要的知识，也是编写串口通信程序前的知识准备。

 

1、使用 SerialPort 设置串口属性

    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。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

 

对其中几个关键术语解释：

a，波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。

b，数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准 ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。

c，停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。

d，奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

e，握手方式（数据流控制方式）：

硬件流控制
    硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制。 硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用RTS/CTS（请求发送/清除发送）流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连，数据终端设备（如计算机）使用RTS来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）则用CTS来起动和暂停来自计算机的数据流。这种硬件握手方式的过程为：我们在编程时根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的75％）和一个低位标志（可为缓冲区大小的25％），当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将CTS线置低电平（送逻辑0），当发送端的程序检测到CTS为低后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于低位而将CTS置高电平。RTS则用来标明接收设备有没有准备好接收数据。 常用的流控制还有还有DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）。我们在此不再详述。由于流控制的多样性，我个人认为，当软件里用了流控制时，应做详细的说明，如何接线，如何应用。

软件流控制
    由于电缆线的限制，我们在普通的控制通讯中一般不用硬件流控制，而用软件流控制。一般通过XON/XOFF来实现软件流控制。常用方法是：当接收端的输入缓冲区内数据量超过设定的高位时，就向数据发送端发出XOFF字符（十进制的19或Control-S，设备编程说明书应该有详细阐述），发送端收到XOFF字符后就立即停止发送数据；当接收端的输入缓冲区内数据量低于设定的低位时，就向数据发送端发出XON字符（十进制的17或Control-Q），发送端收到XON字符后就立即开始发送数据。一般可以从设备配套源程序中找到发送的是什么字符。 应该注意，若传输的是二进制数据，标志字符也有可能在数据流中出现而引起误操作，这是软件流控制的缺陷，而硬件流控制不会有这个问题。

  

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。

根据经验，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。

 

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。

 

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。

 

 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。

 

6、其他

    a)、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。

    b)、串口通信基本接线方法 

          目前较为常用的串口有9针串口（DB9）和25针串口（DB25），通信距离较近时(<12m)，可以用电缆线直接连接标准RS232端口(RS422,RS485较远)，若距离较远，需附加调制解调器（MODEM）。
最为简单且常用的是三线制接法，即地、接收数据和发送数据三脚相连，本文只涉及到最为基本的接法，且直接用RS232相连。

    c)、DB9和DB25的常用信号脚说明

9针串口（DB9）				25针串口（DB25）
针号	功能说明	缩写		针号	功能说明	缩写
1	数据载波检测	DCD		8	数据载波检测	DCD
2	接收数据	RXD		3	接收数据	RXD
3	发送数据	TXD		2	发送数据	TXD
4	数据终端准备	DTR		20	数据终端准备	DTR
5	信号地	GND		7	信号地	GND
6	数据设备准备好	DSR		6	数据准备好	DSR
7	请求发送	RTS		4	请求发送	RTS
8	清除发送	CTS		5	清除发送	CTS
9	振铃指示	DELL		22	振铃指示	DELL

 

 

    d)、串口通信接线方法（三线制）
        串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串口和多个串口相连，对9针串口和25针串口，均是2与3直接相连；
        上面表格是对微机标准串行口而言的，还有许多非标准设备，如接收GPS数据或电子罗盘数据，只要记住一个原则：接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号地对应相接，就可以。