C# SerialPort 使用詳解

總目錄

前言

在工業控制、物聯網、嵌入式開發等領域，串口通信（Serial Port Communication）是連接串行設備（如條碼掃描器、GPS接收器等）與計算機的重要手段。C# 提供了內置的 SerialPort 類，簡化了串口開發的流程。本文將詳細介紹如何在C#中使用SerialPort類進行串口通信。

一、什么是 SerialPort？

1. 定義

System.IO.Ports.SerialPort 類（簡稱 SerialPort）是 .NET 框架中用于串口通信的核心類，它提供了對串行端口的訪問，允許我們進行數據的讀寫、配置串口參數以及處理事件等操作。

2. 串行通信簡介

串口通信（Serial Communication）是通過單條數據線按順序傳輸數據的通信方式，具有接線簡單、成本低廉的特點。在工業控制、物聯網設備、傳感器等領域廣泛應用，波特率范圍常見為 9600 9600 9600 到 115200 115200 115200。

  • 在工業自動化、嵌入式系統開發等場景中，串口通信（Serial Communication）仍是硬件交互的核心技術之一。
  • 串行通信是一種數據按位順序傳輸的通信方式，常用于連接各種串行設備。
  • C# 通過 System.IO.Ports.SerialPort 類為開發者提供了簡潔高效的串口操作接口，支持參數配置、數據讀寫及事件處理等功能。

3. SerialPort核心功能

  • 端口配置參數：波特率、數據位、校驗位、停止位等。
  • 數據讀寫操作：同步或異步發送/接收數據。
  • 事件驅動通信：通過 DataReceived 事件實時響應數據到達。

4. 典型應用場景

  • 工業設備通信
  • 傳感器數據采集
  • 嵌入式系統交互

二、常用的屬性和方法

1. 常用屬性

屬性名類型/說明
PortNamestring 串口名稱（如 COM1、COM3）。
BaudRateint 波特率，表示數據傳輸速率。
常用的有9600、19200、38400、57600以及115200等
ParityParity 奇偶校驗類型
如 None無奇偶校驗、Even偶檢驗、Odd奇檢驗。
DataBitsint 數據位數。
常見數據位為8位，如需要特別設置，還可設置位5位，6位，7位
StopBitsStopBits 停止位數
如 None 不使用停止位One 1個停止位、Two2個停止位、OnePointFive1.5個停止位）。
HandshakeHandshake 握手協議（如 None、RequestToSend、XOnXOff）。
EncodingEncoding 數據編碼方式（如 Encoding.UTF8）。
ReadTimeoutint 讀取操作超時時間（毫秒），默認為 InfiniteTimeout。
WriteTimeoutint 寫入操作超時時間（毫秒），默認為 InfiniteTimeout。
IsOpenbool 表示串口是否已打開。
NewLinestring 定義行結束符（如 "\r\n"），用于 ReadLine() 和 WriteLine()。
DtrEnablebool 控制數據終端就緒（DTR）信號狀態。
RtsEnablebool 控制請求發送（RTS）信號狀態。
ReceivedBytesThresholdint 觸發 DataReceived 事件的最小字節數。

2. 常用方法

方法名說明
Open()打開串口。
Close()關閉已打開的串口。
Read(byte[] buffer, int offset, int count)從串口讀取指定字節數到緩沖區。
ReadByte()讀取單個字節（返回 int，范圍 0-255，失敗返回 -1）。
ReadLine()讀取一行數據，直到遇到 NewLine 定義的結束符。
ReadExisting()讀取接收緩沖區中所有可用數據（不阻塞）。
Write(string text)寫入字符串到串口（自動按 Encoding 編碼）。
Write(byte[] buffer, int offset, int count)寫入字節數組到串口。
DiscardInBuffer()清空輸入緩沖區中的數據。
DiscardOutBuffer()清空輸出緩沖區中的數據。

3. 常用事件

事件名說明
DataReceived當接收到數據且字節數達到 ReceivedBytesThreshold 時觸發。
ErrorReceived當串口發生錯誤（如奇偶校驗錯誤）時觸發。

4. 其他重要屬性（擴展）

屬性名類型/說明
BytesToReadint 接收緩沖區中已接收的字節數。
BytesToWriteint 輸出緩沖區中待發送的字節數。
ReadBufferSizeint 設置輸入緩沖區大小（默認 4096）。
WriteBufferSizeint 設置輸出緩沖區大小（默認 2048）。

三、SerialPort 基礎

1. 添加命名空間引用

在使用SerialPort類之前，需要先添加對System.IO.Ports命名空間的引用：

using System.IO.Ports;

2. 初始化與參數配置

串口通信的核心是正確配置參數，確保與硬件設備匹配，否則通信失敗。

1）方式1：構造函數

using System.IO.Ports;// 創建對象并指定端口名稱（如COM3）
SerialPort serialPort = new SerialPort("COM3", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);

2）方式2：屬性配置

// 可選：手動設置參數（適用于動態配置）
SerialPort serialPort = new SerialPort();
serialPort.PortName = "COM3";       // 端口號
serialPort.BaudRate = 9600;         // 波特率
serialPort.Parity = Parity.None;    // 校驗位
serialPort.DataBits = 8;            // 數據位
serialPort.StopBits = StopBits.One; // 停止位

3. 打開與關閉串口

1）打開串口

在進行數據傳輸之前，需要打開串行端口：

serialPort.Open(); // 打開串口

優化一下：加上try catch 做異常處理

try 
{if (!serialPort.IsOpen){serialPort.Open();Console.WriteLine("端口已打開");}
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine($"打開失敗：{ex.Message}");
}

2）關閉串口

數據傳輸完成后，應及時關閉串行端口。務必在程序退出前調用Close

serialPort.Close(); // 關閉端口

優化一下：加上try catch 做異常處理

try 
{if (serialPort.IsOpen){// 關閉端口serialPort.Close();Console.WriteLine("端口已關閉");// 銷毀serialPort對象serialPort.Dispose();}
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine($"關閉失敗：{ex.Message}");
}

4. 讀取和寫入數據

1）寫入數據

? 寫入字符串數據
  • 使用Write()方法：將指定的字符串寫入串行端口。
  • 使用WriteLine方法：將指定的字符串和 SerialPort.NewLine 值寫入串行端口。
serialPort.Write("Hello, Serial!");// 自動添加換行符：發送字符串并添加換行符（WriteLine）
serialPort.WriteLine("Hello, Serial Port!");
? 寫入字節流（字節數組）數據
// 發送字節數組
byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes("Test Data");
serialPort.Write(data, 0, data.Length);byte[] data = { 0x01, 0xFF, 0xAB }; // 十六進制數據
serialPort.Write(data, 0, data.Length); // 發送字節

2）讀取數據

可以通過Read()、ReadLine()等方法從串口讀取數據。

// 讀取指定字節數
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = serialPort.Read(buffer, 0, buffer.Length);
string received = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, bytesRead);// 讀取一行數據（依賴 NewLine 配置）
string line = serialPort.ReadLine();

5. 處理數據接收事件

通過 DataReceived 事件實時接收串口數據。當有數據到達時，DataReceived事件會被觸發。可以通過注冊該事件來實時處理接收到的數據：

1）使用方式1

// 注冊 DataReceived 事件
serialPort.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(DataReceivedHandler);private void DataReceivedHandler(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{SerialPort sp = (SerialPort)sender;string received = sp.ReadExisting(); // 讀取所有可用數據Console.WriteLine($"Received: {received}");
}

2）使用方式2

serialPort.DataReceived += SerialPort_DataReceived;
private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{//首先實例化一個字節數組// 字節數組的大小：通過BytesToRead 屬性，獲取得到緩沖區中數據的字節數byte[] buffer = new byte[serialPort.BytesToRead];//再通過 Read() 方法 讀取緩存區內全部數據，并將數據寫入字節數組中serialPort.Read(buffer, 0, buffer.Length);// 解碼string received = Encoding.ASCII.GetString(buffer); Console.WriteLine(received);
}

3）使用方式3

serialPort.DataReceived += (sender, e) => 
{if (e.EventType == SerialData.Chars){byte[] buffer = new byte[serialPort.BytesToRead];serialPort.Read(buffer, 0, buffer.Length);string data = Encoding.ASCII.GetString(buffer);Console.WriteLine($"收到數據：{data}");}
};

以上三種方式，基本原理一致，只是部分的讀取數據方式和事件定義的方式稍有不同而已。

6. 完整示例

示例1：簡單示例

using System;
using System.IO.Ports;
using System.Windows.Forms;public class SerialPortDemo
{//配置并創建SerialPort實例private SerialPort sp = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);public void Start(){try{// 注冊數據接收事件sp.DataReceived += DataReceivedHandler;// 打開串口sp.Open();//寫入數據sp.WriteLine("Start Communication");}catch (Exception ex){MessageBox.Show($"初始化失敗：{ex.Message}");}}// 接收數據private void DataReceivedHandler(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e){// 讀取數據string data = sp.ReadExisting();Console.WriteLine($"實時數據：{data}");}// 關閉端口public void Stop() => sp.Close();
}

示例2：WinForm 示例

以下是一個完整的示例，展示如何在C#中使用SerialPort類進行串口通信。

using System;
using System.IO.Ports;
using System.Windows.Forms;namespace SerialPortExample
{public partial class MainForm : Form{private SerialPort serialPort;public MainForm(){InitializeComponent();InitializeSerialPort();}private void InitializeSerialPort(){serialPort = new SerialPort();serialPort.PortName = "COM1";serialPort.BaudRate = 9600;serialPort.Parity = Parity.None;serialPort.DataBits = 8;serialPort.StopBits = StopBits.One;serialPort.Handshake = Handshake.None;serialPort.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(SerialPort_DataReceived);}private void btnOpen_Click(object sender, EventArgs e){try{if (!serialPort.IsOpen){serialPort.Open();MessageBox.Show("串口已打開");}}catch (Exception ex){MessageBox.Show("打開串口時出錯: " + ex.Message);}}private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e){if (serialPort.IsOpen){string message = txtSend.Text;serialPort.WriteLine(message);txtReceive.AppendText("發送: " + message + Environment.NewLine);}else{MessageBox.Show("請先打開串口");}}private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e){SerialPort sp = (SerialPort)sender;string indata = sp.ReadExisting();this.Invoke(new Action(() =>{txtReceive.AppendText("接收: " + indata);}));}private void btnClose_Click(object sender, EventArgs e){if (serialPort.IsOpen){serialPort.Close();MessageBox.Show("串口已關閉");}}}
}

示例3：掃碼槍數據接收

SerialPort port = new("COM3", 115200, Parity.None, 8, StopBits.One);
port.DataReceived += (s, e) => 
{byte[] barcode = new byte[port.BytesToRead];port.Read(barcode, 0, barcode.Length);// 解析掃碼槍數據（通常以回車結尾）if (barcode.Last() == 0x0D) {string code = Encoding.ASCII.GetString(barcode);ProcessBarcode(code);}
};

四、SerialPort 進階

1. 高級參數配置

1）配置超時時間

防止長時間阻塞（單位：毫秒）。

// 設置讀取超時為 1000ms
serialPort.ReadTimeout = 1000;
// 設置寫入超時
serialPort.WriteTimeout = 500;

2）緩沖區設置

ReceivedBytesThreshold：指定觸發 DataReceived 事件的字節閾值，即觸發 DataReceived 事件的最小字節數。

serialPort.ReceivedBytesThreshold = 2;	//默認值 為 1

3）其余參數配置

sp.Encoding = Encoding.ASCII; 	// 編碼格式
sp.NewLine = "\r\n";       		// 換行符定義

2. 獲取所有可用 COM 端口

可以通過SerialPort.GetPortNames()方法獲取系統中所有可用的串行端口名稱：

// 獲取所有可用 COM 端口
string[] ports = SerialPort.GetPortNames();
foreach (var port in ports)
{Console.WriteLine(port);
}

3. ErrorReceived事件

當串行通信中發生錯誤（如幀錯誤/緩沖區溢出）時，ErrorReceived事件會被觸發：

serialPort.ErrorReceived += new SerialErrorReceivedEventHandler(serialPort_ErrorReceived);
private static void serialPort_ErrorReceived(object sender, SerialErrorReceivedEventArgs e)
{if ((e.EventType & SerialError.Frame) == SerialError.Frame){Console.WriteLine("Frame error detected.");}if ((e.EventType & SerialError.Overrun) == SerialError.Overrun){Console.WriteLine("Overrun error detected.");}if ((e.EventType & SerialError.RXParity) == SerialError.RXParity){Console.WriteLine("Parity error detected.");}
}

sp.ErrorReceived += (sender, e) => 
{Console.WriteLine($"錯誤類型：{e.EventType}");
};

4. 異常處理

使用try-catch塊捕獲和處理可能的異常，確保程序的穩定性：

try
{serialPort.Open();serialPort.WriteLine("Hello, Serial Port!");serialPort.Close();
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("Error: " + ex.Message);
}

// 常見異常類型
try 
{// 串口操作代碼
}
catch (UnauthorizedAccessException ex)
{Console.WriteLine("端口訪問被拒絕");
}
catch (TimeoutException ex) 
{Console.WriteLine("操作超時");
}
catch (IOException ex)
{Console.WriteLine("I/O錯誤");
}

5. 跨線程處理

為了能夠實時響應串口接收到的數據，可以使用DataReceived事件。需要注意的是，該事件在單獨的線程中觸發，若要更新UI控件，涉及到跨線程，需要使用Invoke方法。

private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{SerialPort sp = (SerialPort)sender;string received = sp.ReadExisting();// 數據接收后，通過委托更新UI（假設在 WinForms 中更新TextBox）this.Invoke(new Action(() =>{textBox.Text += received ;}));
}

6. 多線程處理

推薦使用生產者-消費者模式：

BlockingCollection<string> dataQueue = new BlockingCollection<string>();// 生產者線程
void DataReceivedHandler(...)
{dataQueue.Add(receivedData);
}// 消費者線程
Task.Run(() => 
{foreach (var data in dataQueue.GetConsumingEnumerable()){// 處理數據}
});

五、常見問題與注意事項

1. 注意事項

  • 參數一致性：確保雙方設備的波特率、數據位、停止位、校驗位一致。
  • 權限問題：在訪問串口時，需要確保程序有相應的權限，否則可能會拋出異常。
  • 線程安全：在DataReceived事件中處理數據時，由于它是在單獨的線程中觸發的，若要更新UI控件，必須使用Invoke方法來確保線程安全
  • 異常處理：使用 try-catch 處理 Open()、Read()、Write() 可能拋出的異常。
  • 緩沖區管理：通過 DiscardInBuffer 和 DiscardOutBuffer 清空緩沖區，避免數據殘留。
    • 避免重復打開同一端口，關閉前調用 sp.DiscardInBuffer() 清空緩存。
  • 硬件流控制
    在高速傳輸場景中啟用 Handshake.RequestToSend，避免數據丟失。

2. 常見問題

  • 端口無法打開
    • 檢查設備是否占用（如其他程序已連接）
    • 確認串口號是否正確（虛擬串口可能動態變化）
    • 異常處理：try...catch(IOException)捕獲端口不存在錯誤
  • 數據接收不完整
    • 使用BytesToRead確保讀取全部緩存數據
    • 添加延遲（如Thread.Sleep(50)）等待完整幀
    • 硬件延遲：部分設備發送數據有間隔，需調整時序
  • 數據亂碼
    • 發送/接收端波特率必須一致，否則數據亂碼。
  • 字符編碼問題
    • 若接收中文字符亂碼，需設置：
    • serialPort.Encoding = Encoding.GetEncoding("GB2312")。
    • 或 serialPort.Encoding = Encoding.UTF8;

六、擴展

1. 跨平臺方案（RJCP.SerialPortStream）

對于需要跨平臺（Linux/macOS）的場景，推薦使用 RJCP.SerialPortStream 庫（通過 NuGet 安裝 RJCP.SerialPortStream）：

using RJCP.IO.Ports;SerialPortStream serialPort = new SerialPortStream("COM3");
serialPort.BaudRate = 9600;
serialPort.Open();// 事件處理與讀寫方式與 SerialPort 類似
serialPort.DataReceived += (sender, e) => 
{byte[] data = new byte[serialPort.BytesToRead];serialPort.Read(data, 0, data.Length);Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(data));
};

2. 編碼

使用串口通信的時候，會涉及到數據的編碼格式，如果我們使用ASCII編碼格式，但是接收的時候采用的是其他的編碼格式，可能就會導致數據解析錯誤，因此在一些特定場景下我們需要規定好發送和接收數據的編碼格式，這個時候就需要用到System.Text.Encoding 類中的編碼解碼的功能。
詳見：C# System.Text.Encoding 使用詳解

3. 清空緩沖區的方法

關于 DiscardInBuffer / DiscardOutBuffer 的使用，詳見：C# SerialPort 類中清空緩存區的方法。

4. Handshake 設置

常用握手協議：

  • Handshake.None：無握手。
  • Handshake.RequestToSend：RTS/CTS（請求發送/清除發送）。
  • Handshake.XOnXOff：軟件流控制（XON/XOFF 字符）。
serialPort.Handshake = Handshake.RequestToSend;

詳見：C# SerialPort 類中 Handshake 屬性的作用

結語

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希望以上內容可以幫助到大家，如文中有不對之處，還請批評指正。

參考資料：

  • 官方文檔：SerialPort Class

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