张高兴的 .NET Core IoT 入门指南：（五）串口通信入门

在开始之前，首先要说明的是串口通信所用到的 serialport 类并不包含在 system.device.gpio nuget 包中，而是在 system.io.ports nuget 包中。之所以在这里介绍串口通信，是因为在嵌入式中串口通信是与其他设备进行交互的一种重要方式，而且在某些没有屏幕的设备中充当着程序调试的工具。

什么是串口

串口是串行接口的简称，这是一个非常大的概念，在嵌入式中串口通常指 uart （universal asynchronous receiver/transmitter，通用异步收发器）。使用串口进行的通信叫做串行通信，与之相对的一个概念是并行通信。串行通信是指数据一位一位的按顺序传输，而并行通信则是多位数据同时传输。如图1所示，data bus 到 uart 1 之间是并行通信，uart 1 到 uart 2 之间是串行通信。

图1：

串口通信的数据帧格式如图2所示，通常一帧共包括 10 位：1 个起始位，8 个数据位和 1 个停止位。有一些特殊的数据帧在停止位前面包含 1 位的奇偶校验位，还有的停止位有 2 个比特。其中起始位为低电平（0），标志着数据传输的开始；停止位为高电平（1），表示数据帧传输结束；数据位则为实际发送的数据，使用高低电平来表示比特信息，如果发送的内容是文本，那么这段数据为字符的二进制编码（ascii，utf-8……）。数据传输的速率我们使用波特率（baud rate）来表示，即每秒钟传送的码元符号的个数^[1]。比如数据传输速率为 9600 字符/s，那么这时的波特率为 9600。

图2：串口通信的数据帧

设备进行串口通信时，设备的连线如图3所示，两个设备的信号线，即发送端（txd）与接收端（rxd）交叉相连，并且需要共地。在 raspberry pi 的引脚上共引出了 1 组串口，即 uart 0 ，对应 8 和 10 号引脚。

图3：串口设备的连接

相关类

串口操作的相关类位于 system.io.ports 命名空间下。

serialport

public class serialport : component
{
    // portname 为串口的名称，可以使用静态方法 getportnames() 获取
    public serialport(string portname);

    // 传输的波特率
    public int baudrate { get; set; }
    // 指定传输内容的编码
    public encoding encoding { get; set; }
    // 新行格式，即设置换行的字符
    public string newline { get; set; }
    // 设置停止位的格式
    public stopbits stopbits { get; set; }
    // 设置校验位的格式
    public parity parity { get; set; }

    // 打开串口通信流
    public void open();
    // 关闭串口通信流
    public void close();

    // 向串口通信流中写一行字符
    public void writeline(string text);
    // 从串口通信流中读一行字符
    public string readline();
    // 读取缓冲区中的所有可用内容，一般用于清空缓冲区，防止读取旧的内容
    public string readexisting();

    // 获取可用的串口名称
    public static string[] getportnames();
}

串口通信的步骤

1. 配置串口通信参数，如波特率，内容编码，新行格式，超时时间等。

serialport sp = new serialport(portname: "/dev/ttyusb0")
{
    baudrate = 115200,
    encoding = encoding.utf8,
    readtimeout = 500,
    writetimeout = 500,
}

1. 打开串口

sp.open();

1. 读取和写入文本

sp.writeline($"text content.");
string content = sp.readline();

1. 关闭串口

sp.close();

usb 串口通信实验

硬件需求

名称	数量
usb 串口	x1
杜邦线	若干

usb 串口设备只要 raspberry pi 支持即可，这里使用的是 ft232rl。

电路

• gnd - gnd
• rx - tx (pin 8)
• tx - rx (pin 10)
• usb - usb

使用 docker 运行示例

示例地址：https://github.com/zhanggaoxing/dotnet-core-iot-demo/tree/master/src/serialcommunication

docker build -t serial-sample -f dockerfile .
docker run --rm -it --device /dev/ttyusb0 --device /dev/ttys0 serial-sample

代码

1. 打开 visual studio ，新建一个 .net core 控制台应用程序，项目名称为“serialcommunication”。
2. 引入 system.io.ports nuget 包。
3. 在 program.cs 中，将主函数代码替换如下：

static void main(string[] args)
{
    using (serialport usb = new serialport(portname: "/dev/ttyusb0")) 
    {
        usb.baudrate = 115200;
        usb.encoding = encoding.utf8;
        usb.readtimeout = 500;
        usb.writetimeout = 500;

        usb.open();

        using (serialport rpi = new serialport(portname: "/dev/ttys0"))
        {
            rpi.baudrate = 115200;
            rpi.encoding = encoding.utf8;
            rpi.readtimeout = 500;
            rpi.writetimeout = 500;

            rpi.open();

            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                rpi.writeline($"hello {i}!");
                console.writeline($"usb receive: {usb.readline()}");
            }

            rpi.close();
        }

        usb.close();
    }
}

1. 发布、拷贝、更改权限、运行

效果图

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  备注

下一篇文章将谈谈 iot.device.bindings nuget 包的使用。