基于单片机C#串口通信

1、.基于 C#与单片机串口通信的投票器李浩东 20093101004周守悦 20093101012一作品的设计概述我们知道每年每个班都需要班委换届， 有很多同学积极参加竞选， 然而每一次竞选投票都是大家拿出一张纸， 然后再纸上写上自己心目中班委的名字， 然后交给监票读票记票，这个过程不仅大大浪费了大家的宝贵时间， 还有可能出现漏票等情况， 体现不了公平公正公开。本设计是通过按钮给班委竞选人投票， 每个候选人都对应一个按钮， 投票人如果想投票给某个人可以按下其对应按钮， 每按下一次改竞选人的票数就会自动增加 1，每个人只能按下一次，电脑显示屏将通过柱形图动态的呈现每个候选人获得票数竞争的情况以及通

2、过框图显示总票数， 不仅使得投票结果更加公开公正， 而且也大大节省了大家的时间。 本设计的创新点是通过柱形图动态显示整个投票过程， 而不是直接显示到最后投票结果， 更加体现公正公开。二作品的设计与分析1.主要功能与分析主要使用单片机和 PC 机之间的串口通信，在单片机硬件上设置七个按键，其中四个键是用来给 A,B,C,D 四个人投票的， 这四个按键每按下一次就自动增 1，记录这四个按键按下的总次数 num1,num2,num3,num4，并把四个数按顺序不断循环通过串口发给PC 机，PC机通过串口把这些数据存储下来，并读出来，通过C#编程，把这四个人所获得的总票数在 picturebox 控件

3、上面的柱形图动态呈现出来，通过 time 控件，不断更新这个人所获得的票数，让投票人通过柱形图更加形象直观的看出每个被投票人的竞争情况， 同时在柱形图下方有着这四个人获得总票数的真实数目。 还有一个按键是票数清零， 如果这次投票已经完成或者无效可以按下这个按键，此时 A,B,C,D 四个人的总票数将变成零。还有一个按键作用是停止投票， 如果需要停止这次投票可以按下此键， 这时候那四个投票的按键将不可用。最后一个按键的作用是继续投票， 如需继续投票，可按此键。其系统设计图如下：PC 机单片机ABCD图像显示清零暂停继续数据传输2.串口通信规则单片机与 PC机为了可以进行通信， 必须要遵守一定的通

4、信规则， 这个共同的规则就是通信端口的初始化。通信端口的初始化有以下几项必须设置：（ 1）数据的传输速率传输双方通过传输线的电压改变来交换数据， 但传输线的电压改变的速度必须和接收端的接收速度保持一致， RS-232通常用于异步传输， 即双方并没有一个可参考的同步时钟作为基准。由于没有一个参考时钟， 双方所发送的高低电位到底代表几个位就不得而知了，.要使得双方的数据读取正常， 就要考虑到传输速率波特率， 其所代表的意义是每秒钟所能产生的最大电压状态改变率，或者说是每秒钟可以振荡的次数。原始信号经过不同的波特率取样后， 所得的结果完全不一样。 取样速度只有原来的一半时，信号被跳着取样， 数据因此

5、产生错误。 因此通信双方获得相同的通信速度是首先要做的事情。（ 2）数据的发送单位一般串行通信端口所发送的数据是字符类型的， 若用来传输文件， 则会使用二进制的数据类型。当使用字符类型时，通常使用 ASCII码， ASCII码中 8个位形成一个字符。以实际的 RS-232传输来看，由于大多数应用只是发送文字码，因此只要 7个位就可以将 ASCII 码的 0-127 号字符表达出来， 所有的可见字符都在这个范围内， 所以只要 7个数据位就足够了。不同的情况下， 会使用到不同的发送单位， 但使用多少个位合成一个字节必须先行确定。（ 3）起始位及停止位由于异步串行通信中并没有使用同步脉冲作为基准，

6、故接收端完全不知道发送端何时将进行数据的发送， 而当发送端准备要开始发送数据时， 发送端会在所送出的字符前后分别加上高电位的起始位 ( 逻辑 0) 及低电位的停止位 ( 逻辑 1), 它们分别是所谓的起始位和停止位。当发送端要开始发送数据时， 便将传输在线的电位由低电位提升至高电位， 而当发送结束后，再将电位降至低电位。 接收端会因起始位的触发 ( 因电压由低电位升至高电位 ) 而开始接收数据，并因停止位的通知 ( 因电压维持在低电位 ) 而确切数据的字符信号已经结束。（ 4）校验位的检查为了预防错误的产生， 因此使用校验位作为检查的机制；校验位是用来检查所发送数据正确性的一种核对码，其中又分

7、成奇校验位和偶校验位两种方式，分别是检查字符码中 I 的数目是奇数或偶数。以偶校验位为例， A 的 ASCII 码 01100001 ( 二进制 ) ，其中 1 的数目是三个，因此校验位便是 1，使 1 的数目保持偶数。同理，校验位是奇校验位时， A 的校验位便是 0，使 1 的数目保持奇数。3. 串口通信协议由于本设计主要从单片机串口发送数据， 所以因此有关串口通信的原理的介绍都是围绕单片机讲解的。（ 1） 80C51 串行口的控制寄存器（ 1.1）特殊功能寄存器 SCONSCON是一个特殊功能寄存器， 用以设定串行口的工作方式、 接收 / 发送控制以及设置状态标志，字节地址为 98H。SC

8、ON寄存器的各位定义如表 3-1 所示。位76543210字节地址： 98HSM0 SM1 SM2 REN TB8RB8TIRISCON表 3-1 SCON寄存器SM0和 SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式，如表3-2 所示。SM0 SM1 方式说明波特率000移位寄存器fosc/1201110位异步收发器 (8 位数据 )可变10211位异步收发器 (9位数据 )fosc/64或 fosc/32.11311 位异步收发器 (9 位数据 )可变表 3-2 串口通信 4 种工作方式SM2为多机通信控制位，主要用于方式2 和方式 3。当接收机的 SM2=1时可以利用收到的RB8来控制是否激

9、活RI（ RB8 0 时不激活 RI ，收到的信息丢弃； RB81 时收到的数据进入 SBUF，并激活 RI，进而在中断服务中将数据从SBUF读走）。当 SM2=0时，不论收到的RB8为 0 和 1，均可以使收到的数据进入SBUF，并激活 RI（即此时 RB8不具有控制 RI 激活的功能）。通过控制 SM2，可以实现多机通信。在方式 0 时， SM2必须是 0。在方式 1 时，若 SM2=1，则只有接收到有效停止位时，RI 才置 1。REN为允许串行接收位。由软件置REN=1，则启动串行口接收数据；若软件置REN=0，则禁止接收。TB8用在方式 2 或方式 3 中，是发送数据的第九位，可以用软

10、件规定其作用。可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧/ 数据帧的标志位 ( 在方式 0 和方式 1 中，该位未用 )。RB8用在方式 2 或方式 3 中，是接收到数据的第九位，作为奇偶校验位或地址帧/ 数据帧的标志位。在方式1 时，若 SM2=0，则 RB8是接收到的停止位。TI ，发送中断标志位。在方式 0 时，当串行发送第 8 位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使 TI 置 1，向 CPU发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清 0，取消此中断申请。RI ，接收中断标志位。在方式 0 时，当串行接收第 8 位数据结束时，或在其它方式，串行接收

11、停止位的中间时，由内部硬件使 RI 置 1，向 CPU发中断申请。也必须在中断服务程序中，用软件将其清 0，取消此中断申请 7 。(1.2) 特殊功能寄存器 PCONPCON的字节地址为 87H，它的第 7 位 SMOD是与串口通信波特率的设置有关的选择位。SMOD(PCON.为7)波特率倍增位。 在串行口方式 1、方式 2、方式 3 时，波特率与 SMOD有关，当 SMOD=1时，波特率提高一倍。复位时， SMOD=0。（ 2） 80C51 单片机串行口的工作方式(2.1) 方式 0设置 SCON 寄存器的 SM0、 SM1 0 0 时，串行口工作于方式0。此时，串行口为同步移位寄存器的输入

12、输出方式。 主要用于扩展并行输入或输出口。 数据由 RXD(P3.0)引脚输入或输出，同步移位脉冲由 TXD(P3.1) 引脚输出。发送和接收均为 8 位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为fosc/12 。其中 fosc 为时钟频率。(2.2) 方式 1设置 SCON 寄存器的 SM0、SM10 1 时，串行口工作于方式 1。方式 1 是 10 位数据的异步通信口。 TXD为数据发送引脚， RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所.示。其中 1 位起始位， 8 位数据位， 1 位停止位。 用软件置 REN为 1 时，接收器以所选择波特率的 16 倍速率采样 RXD引脚电平，检测到 R

13、XD引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器， 并开始接收这一帧信息的其余位。 接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入， 起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当 RI=0，且 SM2=0（或接收到的停止位为1）时，将接收到的 9 位数据的前8 位数据装入接收 SBUF，第 9 位（停止位）进入 RB8，并置 RI=1，向 CPU请求中断。方式一的输入输出图如图3-8 、 3-9 所示。写入 SBUFTXD起始D0D1D2D3D4D5D6D7停止位TI （中断标志）图 3-8方式 1输入RXD起始D0D1D2D3D4D5D6D7停止位位采样脉冲

14、RI（中断标志）图 3-9 方式 1输出(2.3) 方式 2 和方式 3设置 SCON 寄存器的 SM0、SM1 1 0 时，串行口工作于方式 2，当 SM0、SM11 1 时，串行口工作于方式 3。方式 2 或方式 3 为 11 位数据的异步通信口。 TXD为数据发送引脚， RXD为数据接收引脚。方式 2 和方式 3 时起始位 1 位，数据 9 位（含 1 位附加的第 9 位，发送时为 SCON中的 TB8，接收时为 RB8），停止位 1 位，一帧数据为 11 位。方式 2 的波特率固定为晶振频率的 1/64 或 1/32 ，方式 3 的波特率由定时器 T1 的溢出率决定。方式 2 和方式

15、3 输出：发送开始时，先把起始位 0 输出到 TXD引脚，然后发送移位寄存器的输出位（ D0）到 TXD引脚。每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由 TXD引脚输出。第一次移位时， 停止位“ 1”移入输出移位寄存器的第 9 位上 ，以后每次移位，左边都移入 0。当停止位移至输出位时，左边其余位全为 0，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置 TI=1，向 CPU请求中断。发送时序图如下图 3-10 所示。.写入 SBUFTXD起始D0D1D2D3D4D5D6D7TB8 停止位TI （中断标志）图 3-10方式 2 或方式 3 的发送时序图方式 2 和方式 3

16、输入：接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位0 移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且 SM2=0（或接收到的第 9 位数据为 1）时，接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和 RB8（接收数据的第9 位），置 RI=1，向 CPU请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续搜索 RXD引脚的负跳变。接收时序图如图3-11 所示。RXD起始D0D1D2D3D4D5D6D7RB8 停止位位采样脉冲RI（中断标志）图 3-11方式 2 或方式 3 的接收时序图(3) 波特率的计算在串行通信中， 收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。通过软件可对单片机串行口编程为四

17、种工作方式，其中方式0 和方式 2 的波特率是固定的，而方式1 和方式 3的波特率是可变的，由定时器T1 的溢出率来决定。串行口的四种工作方式对应三种波特率。由于输入的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不相同。方式 0 的波特率 = fosc/12方式 2 的波特率 = （2SMOD/64）· fosc方式 1 的波特率 = （2SMOD/32）·（ T1 溢出率）方式 3 的波特率 = （2SMOD/32）·（ T1 溢出率）当 T1 作为波特率发生器时， 最典型的用法是使 T1 工作在自动再装入的 8 位定时器方式（即方式 2，且 TCON的

18、 TR1=1，以启动定时器）。这时溢出率取决于 TH1中的计数值。计算公式如 3-1 所示：T1溢出率 = fosc /12×256（ TH1） (3-1)在单片机的应用中， 常用的晶振频率为： 12MHz和 11.0592MHz。所以， 选用的波特率也相对固定。.本设计根据要求选用工作方式1。4. 单片机的设计（ 1）硬件设计主要有单片机，七个按键，开关，以及一个与 PC机相连接的 USB串口，其硬件图像如下图：（ 2）软件部分其单片机 C 语言程序框图如下：A?B?C?Num1Num2Num3+开始初始化（串口设置）判断是否有按键按下D?Num4+清继暂零续停Num1,num2,

19、不发数据num3,nun4 全为零发送数据.结束.5.C#的程序设计（ 1）串口通信的串行端口类 SerialPort（ 1.1）SerialPort的主要属性属性说明BaudRate获取或设置串行波特率。BytesToRead获取接收缓冲区中数据的字节数。BytesToWrite获取发送缓冲区中数据的字节数。DataBits获取或设置每个字节的标准数据位长度。Encoding获取或设置传输前后文本转换的字节编码。IsOpen获取一个值，该值指示 SerialPort 对象的打开或关闭状态。NewLine获取或设置用于解释 ReadLine 和 WriteLine方法调用结束的值。Parity

20、获取或设置奇偶校验检查协议。PortName获取或设置通信端口，包括但不限于所有可用的COM 端口。ReadBufferSize获取或设置 SerialPort 输入缓冲区的大小。ReadTimeout获取或设置读取操作未完成时发生超时之前的毫秒数。ReceivedBytesTh获取或设置 DataReceived 事件发生前内部输入缓reshold冲区中的字节数。Site获取或设置 Component 的 ISite 。（从 Component继承。）StopBits获取或设置每个字节的标准停止位数。.WriteBufferSize获取或设置串行端口输出缓冲区的大小。WriteTimeout

21、获取或设置写入操作未完成时发生超时之前的毫秒数。（ 1.2）SerialPort的主要方法方法说明.Close关闭端口连接，将 IsOpen属性设置为 false ，并释放内部 Stream 对象。Dispose已重载。 释放 SerialPort对象使用的非托管资源。Equals已重载。 确定两个 Object 实例是否相等。 （从 Object 继承。）GetPortNames获取当前计算机的串行端口名称数组。Open打开一个新的串行端口连接。Read已重载。 从 SerialPort 输入缓冲区中读取。ReadByte从 SerialPort输入缓冲区中同步读取一个字节。ReadChar

22、从 SerialPort输入缓冲区中同步读取一个字符。ReadExisting在编码的基础上， 读取 SerialPort对象的流和输入缓冲区中所有立即可用的字节。ReadLine一直读取到输入缓冲区中的NewLine值。ReadTo一直读取到输入缓冲区中的指定value的字符串。ToString返回包含 Component 的名称的 String （如果有）。不应重写此方法。 （从 Component 继承。）Write已重载。 将数据写入串行端口输出缓冲区。WriteLine将指定的字符串和 NewLine 值写入输出缓冲区。（ 1.3）SerialPort的主要事件事件说明DataRec

23、eived表示将处理SerialPort对象的数据接收事件的方法。ErrorReceived表示处理SerialPort对象的错误事件的方法。（ 2） C#界面串口设计.（ 3） C#程序框图开始串口初始化串口打开 ?接收数据不接收数据Time 事件触发显示图像三功能显示以及结果.（图 1）投票结果显示（图 2）投票结果动态显示.四结论本设计利用了单片机串口通信编程和 C#串口通信编程，让单片机和 PC 机实现了通信。虽然是比较简单的 C#与单片机之间的串口通信，但是也大大加深了自己对课堂知识的理解，同时大大提高了自己的动手设计能力。这次设计也让我充分认识到 C#强大的功能，但也让我看到很多不

24、足，界面完善不够好，程序编写较为简单，还没用到数据库等功能，这也大大的激发了我对 C#兴趣。最后，非常感谢唐老师，他让复杂枯燥的 C#变得生动有趣，上他的课非常有意思，大大提高了我对 C#的兴趣，同时的加强了我的设计技能。参考文献1张明锋 PIC 单片机入门与实践 M 北京：北京航空航天大学出版社，20042 黄亮基于 AT89C51 单片机的串行通信程序设计 J. 中国地质大学，单片机实用电子制作 P29-32 3 金华 . C# 网络编程技术教程 M. 人民邮电出版社附件C#程序：using System;using System.ComponentModel;using System.D

25、ata;using System.Drawing;using System.Linq;using System.Text;using System.IO;namespace toupiaopublic partial class Form1 : Form./ 定义委托类型public delegate void mydelegate();int i=0;int a, b, c, d;string n1, n2, n3, n4,num;/byte n = new byte4;/=byte rc = new byte4;public Form1()InitializeComponent();pri

26、vate void button1_Click(object sender, EventArgs e)if (!sp.IsOpen)/设置串口sp.PortName = textBox1.Text;/指定要使用的串口号sp.BaudRate = 9600;/设定波特率/设定奇偶验证协议sp.DataBits = 8;/设定字长设定停止位sp.DtrEnable = true;/数据终端准备就绪sp.RtsEnable = true;/启用请求发送sp.ReadTimeout = 1000;/设置数据读取超时为1 秒trysp.Open();button1.Text = "关闭串口 &

27、quot;.catch (Exception ex)MessageBox.Show(ex.Message);elsesp.Close();button1.Text = "打开串口 "private void tuxiang(string num1,string num2,string num3,string num4)trya = Convert.ToInt32(num1);b = Convert.ToInt32(num2);c = Convert.ToInt32(num3);d = Convert.ToInt32(num4);catchint sum = a+b+c+d;

28、floata1=Convert.ToSingle(Convert.ToSingle(a)*100/Convert.ToSingle(sum);floatb1=Convert.ToSingle(Convert.ToSingle(b)*100/Convert.ToSingle(sum);floatc1=Convert.ToSingle(Convert.ToSingle(c)*100/Convert.ToSingle(sum);.floatd1=Convert.ToSingle(Convert.ToSingle(d)*100/Convert.ToSingle(sum);int width = 300

29、, height = 300;Bitmap map = new Bitmap(width, height);Graphics g = Graphics.FromImage(map);tryg.Clear(Color.White);Brush brush1 = new SolidBrush(Color.White);Brush brush2 = new SolidBrush(Color.Black);Brush brush3 = new SolidBrush(Color.Red);Brush brush4 = new SolidBrush(Color.Green);Brush brush5 =

30、new SolidBrush(Color.Orange);Brush brush6 = new SolidBrush(Color.DarkBlue);Font font1 = new Font("Courier New", 16, FontStyle.Bold);Font font2 = new Font("Courier New", 8);g.FillRectangle(brush1, 0, 0, width, height);g.DrawString(" 投票结果 ", font1, brush2, new Point(90, 2

31、0); Point p1 = new Point(70, 50);Point p2 = new Point(230, 50); g.DrawLine(new Pen(Color.Black), p1, p2); g.DrawString("A:", font2, brush2, new Point(30, 80); g.DrawString("B:", font2, brush2, new Point(30, 110); g.DrawString("C:", font2, brush2, new Point(30, 140); g.D

32、rawString("D:", font2, brush2, new Point(30, 170); g.FillRectangle(brush3, 95, 80, a1, 17); g.FillRectangle(brush4, 95, 110, b1, 17);g.FillRectangle(brush5, 95, 140, c1, 17); g.FillRectangle(brush6, 95, 170, d1, 17); g.DrawRectangle(new Pen(Color.Green), 10, 210, 280, 80);g.DrawString(&quo

33、t;A:" + a.ToString() + "票 ", font2, brush2, new.Point(15, 220);g.DrawString("B:" + b.ToString() + "票 ", font2, brush2, newPoint(150, 220);g.DrawString("C:" + c.ToString() + "票 ", font2, brush2, newPoint(15, 260);g.DrawString("D:" + d.T

34、oString() + "票 ", font2, brush2, newPoint(150, 260);pictureBox1.Image = map;catch (Exception ex)MessageBox.Show(ex.Message);privatevoid sp_DataReceived(objectsender,SerialDataReceivedEventArgse)/ 调用异步委托处理数据读取及显示的任务this.BeginInvoke(new mydelegate(readsp);void readsp()int cd = sp.BytesToRead;byte n = new bytecd;sp.Read(n, 0, cd);i+;if (i > 4).i = 1;switch (i)case 1: n1 = num;break;case 2: n2 = num;break;case 3: n3 = num