如何在 C# 中使用串口通信
串口通信介绍
串口通信（Serial Communication）是一种通过单条数据线逐位传输数据的方式，常用于单片机、传感器、计算机等设备之间的数据交换。
核心机制是将数据拆分成比特流，通过单条线路按顺序发送。以发送字符 A 为例（ASCII 码 65，二进制 01000001），串口会在数据前加起始位 (0)，数据位按约定顺序发送，最后加停止位 (1)，接收方检测到起始位后按波特率定时采样还原数据。
一个完整的串口数据帧包含：
[起始位] + [数据位] + [校验位(可选)] + [停止位]如何在 C#中使用
要想在 C#中使用，必须先安装 System.IO.Ports，这是因为串口通信库没有内置在标准库内，需要我们手动添加。
dotnet add package System.IO.Ports创建串口通信的关键参数
当我们引入串口通信库后，会根据事先约定好的参数，创建串口连接。
而这些是需要事先约定好的参数，如下：
| 参数 | 说明 | 常见值 |
|---|---|---|
波特率（BaudRate） | 表示数据传输速率，即每秒钟传输的二进制位数（bps）。它是衡量通信速度的关键参数，通信双方必须设置为完全相同的波特率，否则会导致数据无法正确解析或出现乱码。 | 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800, 921600 |
数据位（DataBits） | 表示每个数据帧中有效数据的位数，即一个信息包里包含的实际数据位数量。它决定了每次传输的数据量大小，影响数据传输的效率和兼容性。 | 5, 6, 7, 8（8 位最常用） |
校验位（Parity） | 用于检测单比特错误的校验机制。通过在数据位后添加一个校验位，确保数据传输的完整性。奇校验确保 “1” 的总数为奇数，偶校验确保 “1” 的总数为偶数，无校验则不进行错误检测。 | None（无）、Odd（奇校验）、Even（偶校验） |
停止位（StopBits） | 用于表示单个数据帧结束的标志位，固定为高电平。它帮助接收方识别数据帧的结束位置，确保数据同步和帧边界识别，防止数据粘连。 | 1, 1.5, 2（1 位最常用） |
补充说明：
- 通信双方的所有参数必须完全一致才能实现正常通信。
- 最常用的配置组合为：9600/115200 波特率、8 数据位、无校验、1 停止位（8 N 1）。
创建串口连接
到创建串口连接这一步，还需要了解一个参数：
| 参数 | 说明 | 常见值 |
|---|---|---|
串口名称（PortName） | 指操作系统分配给物理或虚拟串行端口的设备标识符。它是应用程序与特定串口硬件建立连接的关键参数，用于唯一识别和访问对应的串行通信端口。不同的操作系统使用不同的命名规则来标识串口设备。 | Windows 系统：COM 1, COM 2, COM 3, COM 4… Linux 系统：/dev/ttyS 0, /dev/ttyS 1, /dev/ttyUSB 0, /dev/ttyACM 0… macOS 系统：/dev/cu.usbserial-XXXX, /dev/tty.usbmodemXXXX… |
简而言之，我们需要一个可正常使用的串口，来作为数据传输的出入口。
Note
在我做练习的过程当中，发现消费级笔记本电脑通常不再配备物理串口，但在工业控制领域工控机通常仍保留串口接口。如果没有物理串口，可以使用 USB 转串口适配器，或者在开发测试阶段使用虚拟串口软件创建配对的虚拟串口。
步骤 1：引入串口类的命名空间
using System.IO.Ports;步骤 2：初始化串口
现在假设，接下来要使用的串口名称为 COM1，其余参数为：
- 波特率：9600
- 数据位：8
- 校验：无
- 停止位：1
var sp = new SerialPort(
portName: "COM1",
baudRate: 9600,
parity: Parity.None,
dataBits: 8,
stopBits: StopBits.One)
{
// 设置编码方式为UTF-8
Encoding = Encoding.UTF8,
// 设置读写超时时间，统一为1秒
ReadTimeout = 1000,
WriteTimeout = 1000
};同时设置数据编码方式和读写超时时间。
步骤 3：打开串口
sp.Open();在这里可以添加 try-catch，来捕获异常，比如可能会发生的串口被占用等等。
try
{
sp.Open();
}
catch (Exception e)
{
// 捕获并显示所有可能的串口异常
// 常见异常：UnauthorizedAccessException（串口被占用）、
// IOException（串口不存在）、ArgumentOutOfRangeException（参数无效）
Console.Out.WriteLine($"异常：{e.Message}");
}读写操作
在 C#中串口的读与写，都可以使用两种类型的数据，分别是字符串和字节流。
发送数据
直接写入字符串数据。使用 Write(string text) 将指定字符串数据发送。
sp.Write("Hi");直接写入字节流数据。使用 Write(byte[] buffer, int offset, int count) 写入指定数量的字节。
byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes("Hi");
sp.Write(data, 0, data.Length);buffer：将要发送的字节数组offset：字节写入的偏移量，直接从字节数据中第几位开始向缓冲区复制。count：根据其值，确定每次写入多少位字节。
发送字节流数据时，使用了
Encoding.UTF8工具类，可以将字符串或者字节数组，按照 UTF-8 编码转换为指定的类型。
读取数据
直接获取字符串数据。使用 ReadExisting() 将会读取 接收缓冲区中当前可用的所有数据 ，按照预先设置的编码将字节流解码为 string 类型返回。
string data = sp.ReadExisting();直接获取字节流数据。使用 Read(byte[] buffer, int offset, int count) 读取缓冲区内的数据。
var bytesToRead = sp.BytesToRead;
var buffer = new byte[bytesToRead];
sp.Read(buffer, 0, bytesToRead);BytesToRead：返回的是调用时缓冲区中的字节数。
在这里，我们直接将缓冲区内的数据全部读取，在数据量不大的时候这么干。
数据接收事件
串口类提供了 DataReceived 事件，来实时接收串口数据。每当有数据抵达时，事件就会触发。
// 注册 DataReceived 事件
sp.DataReceived += (sender, args) =>
{
var s = (SerialPort)sender;
string received = s.ReadExisting(); // 读取所有可用数据
Console.WriteLine($"接收：{received}");
};关闭串口连接
关闭串口连接。
sp.Close();销毁串口对象。
sp.Dispose();实践
为了进一步掌握串口通信，我编写了一个功能简单的串口调试工具，具有收发数据的功能，可收发字符串或 16 进制的数据。
接下来，主要展示收发数据的核心逻辑，其余功能的细节，可查阅此仓库。
发送数据
关于发送哪种数据，由 ToggleButton 按钮控制。通过命令绑定的方式，将 ToggleButton 的 IsChecked 作为参数传递，如果为真，则采用 16 进制发送数据，否则反之。
[ObservableProperty]
private string _sendData = string.Empty;
[RelayCommand]
private void Send(bool isHexMode)
{
// 验证串口是否已打开
if (_serialPort is not { IsOpen: true })
{
MessageBox.Show("串口未打开");
return;
}
// 根据模式选择发送方式
try
{
if (!isHexMode)
{
// 发送文本数据
_serialPort?.Write(SendData);
}
else
{
// 分割十六进制字符串，支持空格、回车、换行作为分隔符
var hexValues = SendData.Split([' ', '\r', '\n'], StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);
// 将分割好的数组转换为 byte 数组
var bytes = hexValues
.Select(hex => Convert.ToByte(hex, 16))
.ToArray();
// 发送字节数据
_serialPort?.Write(bytes, 0, bytes.Length);
}
}
catch (Exception e)
{
MessageBox.Show($"发送数据失败: {e.Message}");
}
}在这里使用了 CommunityToolkit.Mvvm 框架，来简化 MVVM 模式的开发。
读取数据
在这里，也是通过 ToggleButton 按钮，来控制数据类型。不过由于是使用“数据接收事件”，来实时接收数据，就不能直接将 IsChecked 的值作为命令参数传递，而是使用数据绑定，将其值同步到 ViewModel 中指定的属性上。
接下来，在构造函数中，添加“数据接收事件”。
_serialPort.DataReceived += OnSerialDataReceived;数据接收事件：
/// <param name="sender">触发事件的串口对象</param>
/// <param name="args">串口数据接收事件参数</param>
private void OnSerialDataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs args)
{
// 类型转换
var sp = (SerialPort)sender;
// 读取缓冲区中的所有数据
var bytesToRead = sp.BytesToRead;
var buffer = new byte[bytesToRead];
sp.Read(buffer, 0, bytesToRead);
string data;
if (IsReceiveHexMode)
{
// 十六进制模式：将字节数组转换为空格分隔的大写十六进制字符串
data = string.Join(" ", buffer.Select(b => b.ToString("X2")));
}
else
{
// 文本模式：使用UTF-8解码字节数组
data = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
}
}结束语
在这里提供的代码实现，都是简略的，是为了直观的呈现最核心的部分。