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
- 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,
}
- 打开串口
sp.open();
- 读取和写入文本
sp.writeline($"text content."); string content = sp.readline();
- 关闭串口
sp.close();
usb 串口通信实验
硬件需求
| 名称 | 数量 |
|---|---|
| usb 串口 | x1 |
| 杜邦线 | 若干 |
usb 串口设备只要 raspberry pi 支持即可，这里使用的是 ft232rl。
电路
- gnd – gnd
- rx – tx (pin 8)
- tx – rx (pin 10)
- usb – usb
使用 docker 运行示例
示例地址：https://github.com/zhanggaoxing/dotnet-core-iot-demo/tree/master/src/serialcommunication
docker build -t serial-sample -f dockerfile . docker run --rm -it --device /dev/ttyusb0 --device /dev/ttys0 serial-sample
代码
- 打开 visual studio ，新建一个 .net core 控制台应用程序，项目名称为“serialcommunication”。
- 引入 system.io.ports nuget 包。
- 在 program.cs 中，将主函数代码替换如下：
static void main(string[] args)
{
using (serialport usb = new serialport(portname: "/dev/ttyusb0"))
{
usb.baudrate = 115200;
usb.encoding = encoding.utf8;
usb.readtimeout = 500;
usb.writetimeout = 500;
usb.open();
using (serialport rpi = new serialport(portname: "/dev/ttys0"))
{
rpi.baudrate = 115200;
rpi.encoding = encoding.utf8;
rpi.readtimeout = 500;
rpi.writetimeout = 500;
rpi.open();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
rpi.writeline($"hello {i}!");
console.writeline($"usb receive: {usb.readline()}");
}
rpi.close();
}
usb.close();
}
}
- 发布、拷贝、更改权限、运行
效果图
备注
下一篇文章将谈谈 iot.device.bindings nuget 包的使用。
