在開始之前,首先要說明的是串口通信所用到的 SerialPort
類並不包含在 System.Device.Gpio
NuGet 包中,而是在 System.IO.Ports
NuGet 包中。之所以在這裏介紹串口通信,是因爲在嵌入式中串口通信是與其他設備進行交互的一種重要方式,而且在某些沒有屏幕的設備中充當着程序調試的工具。
什麼是串口
串口是串行接口的簡稱,這是一個非常大的概念,在嵌入式中串口通常指 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步收發器)。使用串口進行的通信叫做串行通信,與之相對的一個概念是並行通信。串行通信是指數據一位一位的按順序傳輸,而並行通信則是多位數據同時傳輸。如圖1所示,DATA BUS
到 UART 1
之間是並行通信,UART 1
到 UART 2
之間是串行通信。
圖1:串行通信與並行通信
串口通信的數據幀格式如圖2所示,通常一幀共包括 10 位:1 個起始位,8 個數據位和 1 個停止位。有一些特殊的數據幀在停止位前面包含 1 位的奇偶校驗位,還有的停止位有 2 個比特。其中起始位爲低電平(0),標誌着數據傳輸的開始;停止位爲高電平(1),表示數據幀傳輸結束;數據位則爲實際發送的數據,使用高低電平來表示比特信息,如果發送的內容是文本,那麼這段數據爲字符的二進制編碼(ASCII,UTF-8……)。數據傳輸的速率我們使用波特率(Baud Rate)來表示,即每秒鐘傳送的碼元符號的個數[1]。比如數據傳輸速率爲 9600 字符/s,那麼這時的波特率爲 9600。
圖2:串口通信的數據幀
設備進行串口通信時,設備的連線如圖3所示,兩個設備的信號線,即發送端(TXD)與接收端(RXD)交叉相連,並且需要共地。在 Raspberry Pi 的引腳上共引出了 1 組串口,即 UART 0
,對應 8 和 10 號引腳。
圖3:串口設備的連接
相關類
串口操作的相關類位於 System.IO.Ports
命名空間下。
SerialPort
public class SerialPort : Component
{
// portName 爲串口的名稱,可以使用靜態方法 GetPortNames() 獲取
public SerialPort(string portName);
// 傳輸的波特率
public int BaudRate { get; set; }
// 指定傳輸內容的編碼
public Encoding Encoding { get; set; }
// 新行格式,即設置換行的字符
public string NewLine { get; set; }
// 設置停止位的格式
public StopBits StopBits { get; set; }
// 設置校驗位的格式
public Parity Parity { get; set; }
// 打開串口通信流
public void Open();
// 關閉串口通信流
public void Close();
// 向串口通信流中寫一行字符
public void WriteLine(string text);
// 從串口通信流中讀一行字符
public string ReadLine();
// 讀取緩衝區中的所有可用內容,一般用於清空緩衝區,防止讀取舊的內容
public string ReadExisting();
// 獲取可用的串口名稱
public static string[] GetPortNames();
}
串口通信的步驟
- 配置串口通信參數,如波特率,內容編碼,新行格式,超時時間等。
SerialPort sp = new SerialPort(portName: "/dev/ttyUSB0")
{
BaudRate = 115200,
Encoding = Encoding.UTF8,
ReadTimeout = 500,
WriteTimeout = 500,
}
- 打開串口
sp.Open();
- 讀取和寫入文本
sp.WriteLine($"Text content.");
string content = sp.ReadLine();
- 關閉串口
sp.Close();
USB 串口通信實驗
硬件需求
名稱 | 數量 |
---|---|
USB 串口 | x1 |
杜邦線 | 若干 |
USB 串口設備只要 Raspberry Pi 支持即可,這裏使用的是 FT232RL
。
電路
- GND - GND
- RX - TX (Pin 8)
- TX - RX (Pin 10)
- USB - USB
使用 Docker 運行示例
示例地址:https://github.com/ZhangGaoxing/dotnet-core-iot-demo/tree/master/src/SerialCommunication
docker build -t serial-sample -f Dockerfile .
docker run --rm -it --device /dev/ttyUSB0 --device /dev/ttyS0 serial-sample
代碼
- 打開 Visual Studio ,新建一個 .NET Core 控制檯應用程序,項目名稱爲“SerialCommunication”。
- 引入 System.IO.Ports NuGet 包。
- 在 Program.cs 中,將主函數代碼替換如下:
static void Main(string[] args)
{
using (SerialPort usb = new SerialPort(portName: "/dev/ttyUSB0"))
{
usb.BaudRate = 115200;
usb.Encoding = Encoding.UTF8;
usb.ReadTimeout = 500;
usb.WriteTimeout = 500;
usb.Open();
using (SerialPort rpi = new SerialPort(portName: "/dev/ttyS0"))
{
rpi.BaudRate = 115200;
rpi.Encoding = Encoding.UTF8;
rpi.ReadTimeout = 500;
rpi.WriteTimeout = 500;
rpi.Open();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
rpi.WriteLine($"Hello {i}!");
Console.WriteLine($"USB receive: {usb.ReadLine()}");
}
rpi.Close();
}
usb.Close();
}
}
- 發佈、拷貝、更改權限、運行
效果圖
備註
下一篇文章將談談 Iot.Device.Bindings NuGet 包的使用。