C# SerialPort 使用详解

总目录

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前言

在工业控制、物联网、嵌入式开发等领域，串口通信（Serial Port Communication）是连接串行设备（如条码扫描器、GPS接收器等）与计算机的重要手段。C# 提供了内置的 SerialPort 类，简化了串口开发的流程。本文将详细介绍如何在C#中使用SerialPort类进行串口通信。

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一、什么是 SerialPort？

1. 定义

System.IO.Ports.SerialPort 类（简称 SerialPort）是 .NET 框架中用于串口通信的核心类，它提供了对串行端口的访问，允许我们进行数据的读写、配置串口参数以及处理事件等操作。

2. 串行通信简介

串口通信（Serial Communication）是通过单条数据线按顺序传输数据的通信方式，具有接线简单、成本低廉的特点。在工业控制、物联网设备、传感器等领域广泛应用，波特率范围常见为 $9600$ 到 $115200$。

• 在工业自动化、嵌入式系统开发等场景中，串口通信（Serial Communication）仍是硬件交互的核心技术之一。
• 串行通信是一种数据按位顺序传输的通信方式，常用于连接各种串行设备。
• C# 通过 System.IO.Ports.SerialPort 类为开发者提供了简洁高效的串口操作接口，支持参数配置、数据读写及事件处理等功能。

3. SerialPort核心功能

• 端口配置参数：波特率、数据位、校验位、停止位等。
• 数据读写操作：同步或异步发送/接收数据。
• 事件驱动通信：通过 DataReceived 事件实时响应数据到达。

4. 典型应用场景

• 工业设备通信
• 传感器数据采集
• 嵌入式系统交互

二、常用的属性和方法

1. 常用属性

属性名	类型/说明
PortName	string 串口名称（如 COM1、COM3）。
BaudRate	int 波特率，表示数据传输速率。 常用的有9600、19200、38400、57600以及115200等
Parity	Parity 奇偶校验类型 如 None无奇偶校验、Even偶检验、Odd奇检验。
DataBits	int 数据位数。 常见数据位为8位，如需要特别设置，还可设置位5位，6位，7位
StopBits	StopBits 停止位数 如 None 不使用停止位One 1个停止位、Two2个停止位、OnePointFive1.5个停止位）。
Handshake	Handshake 握手协议（如 None、RequestToSend、XOnXOff）。
Encoding	Encoding 数据编码方式（如 Encoding.UTF8）。
ReadTimeout	int 读取操作超时时间（毫秒），默认为 InfiniteTimeout。
WriteTimeout	int 写入操作超时时间（毫秒），默认为 InfiniteTimeout。
IsOpen	bool 表示串口是否已打开。
NewLine	string 定义行结束符（如 "\r\n"），用于 ReadLine() 和 WriteLine()。
DtrEnable	bool 控制数据终端就绪（DTR）信号状态。
RtsEnable	bool 控制请求发送（RTS）信号状态。
ReceivedBytesThreshold	int 触发 DataReceived 事件的最小字节数。

2. 常用方法

方法名	说明
Open()	打开串口。
Close()	关闭已打开的串口。
Read(byte[] buffer, int offset, int count)	从串口读取指定字节数到缓冲区。
ReadByte()	读取单个字节（返回 int，范围 0-255，失败返回 -1）。
ReadLine()	读取一行数据，直到遇到 NewLine 定义的结束符。
ReadExisting()	读取接收缓冲区中所有可用数据（不阻塞）。
Write(string text)	写入字符串到串口（自动按 Encoding 编码）。
Write(byte[] buffer, int offset, int count)	写入字节数组到串口。
DiscardInBuffer()	清空输入缓冲区中的数据。
DiscardOutBuffer()	清空输出缓冲区中的数据。

3. 常用事件

事件名	说明
DataReceived	当接收到数据且字节数达到 ReceivedBytesThreshold 时触发。
ErrorReceived	当串口发生错误（如奇偶校验错误）时触发。

4. 其他重要属性（扩展）

属性名	类型/说明
BytesToRead	int 接收缓冲区中已接收的字节数。
BytesToWrite	int 输出缓冲区中待发送的字节数。
ReadBufferSize	int 设置输入缓冲区大小（默认 4096）。
WriteBufferSize	int 设置输出缓冲区大小（默认 2048）。

三、SerialPort 基础

1. 添加命名空间引用

在使用SerialPort类之前，需要先添加对System.IO.Ports命名空间的引用：

using System.IO.Ports;

2. 初始化与参数配置

串口通信的核心是正确配置参数，确保与硬件设备匹配，否则通信失败。

1）方式1：构造函数

using System.IO.Ports;// 创建对象并指定端口名称（如COM3）
SerialPort serialPort = new SerialPort("COM3", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);

2）方式2：属性配置

// 可选：手动设置参数（适用于动态配置）
SerialPort serialPort = new SerialPort();
serialPort.PortName = "COM3";       // 端口号
serialPort.BaudRate = 9600;         // 波特率
serialPort.Parity = Parity.None;    // 校验位
serialPort.DataBits = 8;            // 数据位
serialPort.StopBits = StopBits.One; // 停止位

3. 打开与关闭串口

1）打开串口

在进行数据传输之前，需要打开串行端口：

serialPort.Open(); // 打开串口

优化一下：加上try catch 做异常处理

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

2）关闭串口

数据传输完成后，应及时关闭串行端口。务必在程序退出前调用Close

serialPort.Close(); // 关闭端口

优化一下：加上try catch 做异常处理

try 
{if (serialPort.IsOpen){// 关闭端口serialPort.Close();Console.WriteLine("端口已关闭");// 销毁serialPort对象serialPort.Dispose();}
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine($"关闭失败：{ex.Message}");
}

4. 读取和写入数据

1）写入数据

▶ 写入字符串数据

• 使用Write()方法：将指定的字符串写入串行端口。
• 使用WriteLine方法：将指定的字符串和 SerialPort.NewLine 值写入串行端口。

serialPort.Write("Hello, Serial!");// 自动添加换行符：发送字符串并添加换行符（WriteLine）
serialPort.WriteLine("Hello, Serial Port!");

▶ 写入字节流（字节数组）数据

// 发送字节数组
byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes("Test Data");
serialPort.Write(data, 0, data.Length);byte[] data = { 0x01, 0xFF, 0xAB }; // 十六进制数据
serialPort.Write(data, 0, data.Length); // 发送字节

2）读取数据

可以通过Read()、ReadLine()等方法从串口读取数据。

// 读取指定字节数
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = serialPort.Read(buffer, 0, buffer.Length);
string received = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, bytesRead);// 读取一行数据（依赖 NewLine 配置）
string line = serialPort.ReadLine();

5. 处理数据接收事件

通过 DataReceived 事件实时接收串口数据。当有数据到达时，DataReceived事件会被触发。可以通过注册该事件来实时处理接收到的数据：

1）使用方式1

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

2）使用方式2

serialPort.DataReceived += SerialPort_DataReceived;
private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{//首先实例化一个字节数组// 字节数组的大小：通过BytesToRead 属性，获取得到缓冲区中数据的字节数byte[] buffer = new byte[serialPort.BytesToRead];//再通过 Read() 方法 读取缓存区内全部数据，并将数据写入字节数组中serialPort.Read(buffer, 0, buffer.Length);// 解码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($"收到数据：{data}");}
};

以上三种方式，基本原理一致，只是部分的读取数据方式和事件定义的方式稍有不同而已。

6. 完整示例

示例1：简单示例

using System;
using System.IO.Ports;
using System.Windows.Forms;public class SerialPortDemo
{//配置并创建SerialPort实例private SerialPort sp = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);public void Start(){try{// 注册数据接收事件sp.DataReceived += DataReceivedHandler;// 打开串口sp.Open();//写入数据sp.WriteLine("Start Communication");}catch (Exception ex){MessageBox.Show($"初始化失败：{ex.Message}");}}// 接收数据private void DataReceivedHandler(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e){// 读取数据string data = sp.ReadExisting();Console.WriteLine($"实时数据：{data}");}// 关闭端口public void Stop() => sp.Close();
}

示例2：WinForm 示例

以下是一个完整的示例，展示如何在C#中使用SerialPort类进行串口通信。

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("串口已打开");}}catch (Exception ex){MessageBox.Show("打开串口时出错: " + ex.Message);}}private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e){if (serialPort.IsOpen){string message = txtSend.Text;serialPort.WriteLine(message);txtReceive.AppendText("发送: " + message + Environment.NewLine);}else{MessageBox.Show("请先打开串口");}}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("串口已关闭");}}}
}

示例3：扫码枪数据接收

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);// 解析扫码枪数据（通常以回车结尾）if (barcode.Last() == 0x0D) {string code = Encoding.ASCII.GetString(barcode);ProcessBarcode(code);}
};

四、SerialPort 进阶

1. 高级参数配置

1）配置超时时间

防止长时间阻塞（单位：毫秒）。

// 设置读取超时为 1000ms
serialPort.ReadTimeout = 1000;
// 设置写入超时
serialPort.WriteTimeout = 500;

2）缓冲区设置

ReceivedBytesThreshold：指定触发 DataReceived 事件的字节阈值，即触发 DataReceived 事件的最小字节数。

serialPort.ReceivedBytesThreshold = 2;	//默认值 为 1

3）其余参数配置

sp.Encoding = Encoding.ASCII; 	// 编码格式
sp.NewLine = "\r\n";       		// 换行符定义

2. 获取所有可用 COM 端口

可以通过SerialPort.GetPortNames()方法获取系统中所有可用的串行端口名称：

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

3. ErrorReceived事件

当串行通信中发生错误（如帧错误/缓冲区溢出）时，ErrorReceived事件会被触发：

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($"错误类型：{e.EventType}");
};

4. 异常处理

使用try-catch块捕获和处理可能的异常，确保程序的稳定性：

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

// 常见异常类型
try 
{// 串口操作代码
}
catch (UnauthorizedAccessException ex)
{Console.WriteLine("端口访问被拒绝");
}
catch (TimeoutException ex) 
{Console.WriteLine("操作超时");
}
catch (IOException ex)
{Console.WriteLine("I/O错误");
}

5. 跨线程处理

为了能够实时响应串口接收到的数据，可以使用DataReceived事件。需要注意的是，该事件在单独的线程中触发，若要更新UI控件，涉及到跨线程，需要使用Invoke方法。

private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{SerialPort sp = (SerialPort)sender;string received = sp.ReadExisting();// 数据接收后，通过委托更新UI（假设在 WinForms 中更新TextBox）this.Invoke(new Action(() =>{textBox.Text += received ;}));
}

6. 多线程处理

推荐使用生产者-消费者模式：

BlockingCollection<string> dataQueue = new BlockingCollection<string>();// 生产者线程
void DataReceivedHandler(...)
{dataQueue.Add(receivedData);
}// 消费者线程
Task.Run(() => 
{foreach (var data in dataQueue.GetConsumingEnumerable()){// 处理数据}
});

五、常见问题与注意事项

1. 注意事项

• 参数一致性：确保双方设备的波特率、数据位、停止位、校验位一致。
• 权限问题：在访问串口时，需要确保程序有相应的权限，否则可能会抛出异常。
• 线程安全：在DataReceived事件中处理数据时，由于它是在单独的线程中触发的，若要更新UI控件，必须使用Invoke方法来确保线程安全
• 异常处理：使用 try-catch 处理 Open()、Read()、Write() 可能抛出的异常。
• 缓冲区管理：通过 DiscardInBuffer 和 DiscardOutBuffer 清空缓冲区，避免数据残留。
  • 避免重复打开同一端口，关闭前调用 sp.DiscardInBuffer() 清空缓存。
• 硬件流控制
  在高速传输场景中启用 Handshake.RequestToSend，避免数据丢失。

2. 常见问题

• 端口无法打开
  • 检查设备是否占用（如其他程序已连接）
  • 确认串口号是否正确（虚拟串口可能动态变化）
  • 异常处理：try...catch(IOException)捕获端口不存在错误
• 数据接收不完整
  • 使用BytesToRead确保读取全部缓存数据
  • 添加延迟（如Thread.Sleep(50)）等待完整帧
  • 硬件延迟：部分设备发送数据有间隔，需调整时序
• 数据乱码
  • 发送/接收端波特率必须一致，否则数据乱码。
• 字符编码问题
  • 若接收中文字符乱码，需设置：
  • serialPort.Encoding = Encoding.GetEncoding("GB2312")。
  • 或 serialPort.Encoding = Encoding.UTF8;

六、扩展

1. 跨平台方案（RJCP.SerialPortStream）

对于需要跨平台（Linux/macOS）的场景，推荐使用 RJCP.SerialPortStream 库（通过 NuGet 安装 RJCP.SerialPortStream）：

using RJCP.IO.Ports;SerialPortStream serialPort = new SerialPortStream("COM3");
serialPort.BaudRate = 9600;
serialPort.Open();// 事件处理与读写方式与 SerialPort 类似
serialPort.DataReceived += (sender, e) => 
{byte[] data = new byte[serialPort.BytesToRead];serialPort.Read(data, 0, data.Length);Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(data));
};

2. 编码

使用串口通信的时候，会涉及到数据的编码格式，如果我们使用ASCII编码格式，但是接收的时候采用的是其他的编码格式，可能就会导致数据解析错误，因此在一些特定场景下我们需要规定好发送和接收数据的编码格式，这个时候就需要用到System.Text.Encoding 类中的编码解码的功能。
详见：C# System.Text.Encoding 使用详解

3. 清空缓冲区的方法

关于 DiscardInBuffer / DiscardOutBuffer 的使用，详见：C# SerialPort 类中清空缓存区的方法。

4. Handshake 设置

常用握手协议：

• Handshake.None：无握手。
• Handshake.RequestToSend：RTS/CTS（请求发送/清除发送）。
• Handshake.XOnXOff：软件流控制（XON/XOFF 字符）。

serialPort.Handshake = Handshake.RequestToSend;

详见：C# SerialPort 类中 Handshake 属性的作用

结语

回到目录页：C# 上位机知识汇总
希望以上内容可以帮助到大家，如文中有不对之处，还请批评指正。

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参考资料：

• 官方文档：SerialPort Class