学习通过图形用户界面 Winforms C#在模拟器 Proteus 上运用 UART / RS232 与 Arduino 通信
使用PlatformIO IDE插件初始化文件与 Proteus
编译文件，成功之后将，例如我C:\Users\Administrator\Documents\PlatformIO\Projects\RS232 Communication\.pio\build\uno下的 firmware.hex 文件载入到 Proteus 中的 arduino 单片机中
将引脚按上图连接好
#include <Arduino.h>
const int LedPin = 13;
int ledState = 0;
void setup()
{
// put your setup code here, to run once:
pinMode(LedPin, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
// put your main code here, to run repeatedly:
char receiveVal;
if (Serial.available() > 0)
{
receiveVal = Serial.read();
if (receiveVal == '1')
{
ledState = 1;
Serial.write('1');
}
else
{
ledState = 0;
Serial.write('0');
}
}
digitalWrite(LedPin, ledState);
delay(50);
}
// put function definitions here:
using System.IO.Ports;
namespace R232
{
public partial class Form1 : Form
{
private SerialPort SerPort;
private string ReceivedData;
public Form1()
{
InitializeComponent();
FetchAvailablePorts();
button1.Enabled = true;
button2.Enabled = false;
}
void FetchAvailablePorts()
{
String[] ports = SerialPort.GetPortNames();
comboBox1.Items.AddRange(ports);
}
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
//Serial port configuration
if (label1.Text == "Disconnected !")
{
SerialPort SerPort = new SerialPort();
SerPort.PortName = comboBox1.Text; // 选择串口
SerPort.BaudRate = 9600; // 设置波特率
SerPort.Parity = Parity.None; // 设置校验位
SerPort.DataBits = 8; // 设置数据位
SerPort.StopBits = StopBits.One; // 设置停止位
SerPort.ReadBufferSize = 20000000;
SerPort.DataReceived += SerPort_DataReceived;
try
{
SerPort.Open(); //打开串口
Thread.Sleep(1000); //等待一秒
if (SerPort.IsOpen)
{
button1.Enabled = false;
button2.Enabled = true;
label1.ForeColor = Color.Green;
label1.Text = "Connected !";
}
else
{
button1.Enabled = true;
button2.Enabled = false;
label1.ForeColor = Color.Red;
label1.Text = "Disconnected !";
}
}
catch (Exception exception)
{
MessageBox.Show(exception.Message, "Error!");
}
}
}
private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
if (label1.Text == "Connected !")
{
if (SerPort.IsOpen)//验证是否打开
{
SerPort.Close();
Thread.Sleep(1000);//等待一秒
button1.Enabled = true;
button2.Enabled = false;
label1.ForeColor = Color.Red;
label1.Text = "Disconnected !";
}
}
}
private void SerPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{
ReceivedData = SerPort.ReadExisting();//读取序列化串口
this.Invoke(new EventHandler(ProcessingDate));
}
private void ProcessingDate(object sender, EventArgs e)
{
if (ReceivedData == "1")
{
textBox1.ForeColor = Color.Red;
textBox1.Text = "LED ON";
}
else
{
textBox1.ForeColor = Color.Black;
textBox1.Text = "LED OFF";
}
}
private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
{
try
{
SerPort.Write("1");
}
catch (Exception exception)
{
MessageBox.Show(exception.Message, "Error!");
}
}
private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
{
try
{
SerPort.Write("0");
}
catch (Exception exception)
{
MessageBox.Show(exception.Message, "Error!");
}
}
private void label1_Click(object sender, EventArgs e)
{
}
private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
{
}
private void comboBox1_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)
{
}
}
}
C# 端的串口操作： 在 C# 中，我通过 System.IO.Ports.SerialPort 类来进行串口通信。这个类本质上是对 UART 的封装，使得我可以在 C# 中通过 UART 协议进行数据发送和接收。C# 中的 SerialPort 类并没有明确地标明“UART”，但它实际上是操作 UART 的。
SerialPort SerPort = new SerialPort();
SerPort.PortName = comboBox1.Text; // 选择串口
SerPort.BaudRate = 9600; // 设置波特率
SerPort.Parity = Parity.None; // 设置校验位
SerPort.DataBits = 8; // 设置数据位
SerPort.StopBits = StopBits.One; // 设置停止位
SerPort.Open(); // 打开串口
这些配置是典型的 UART 设置：波特率、数据位、停止位、校验位等参数，都是 UART 协议的重要特征。
异步串行通信
（此图中，发送了2个字节，每个包含了开始比特、随后8个数据比特，以及一个停止比特，总计每帧10个比特。也可以有一个奇偶校验比特。）
异步串行通信是一种串行通信，其通信的端点不是被共同的时钟信号持续对齐。在每个数据单元传输时，数据流自带同步信息（开始信号与停止信号）。
RS-232传输ASCII字节时，就常采用这种方式。
使用异步串行通信，发送方与接收方必须就下述问题达成协议：
1.全双工还是半双工
2.每个字符的比特数
3.比特序：哪个比特先发送
4.线路的每秒比特速率。有些系统能自动检测速率
5.是否使用奇偶校验位
6.如果使用，是奇校验还是偶校验
7.停止比特的最低数量
异步串行通信的开始/停止比特在物理层用于计算机与调制解调器的通信，数据链路使用帧协议如PPP。相比于同步访问的性能损失可以忽略。
Arduino 端的串口操作： Arduino 代码中使用的是 Serial 对象来进行 UART 通信：
Serial.begin(9600); // 初始化串口，设置波特率为 9600
if (Serial.available() > 0) { // 检查是否有数据到达
char receiveVal = Serial.read(); // 读取数据
}
Arduino 的 Serial 库也是通过 UART 协议实现的，通常使用的是硬件串口（Serial）或者软串口（SoftwareSerial）来进行数据传输。
UART
通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通常称为UART）是一种异步收发传输器，是电脑硬件的一部分，将数据通过串列通信进行传输。
UART是通用异步收发器（异步串行通信口）的英文缩写，它包括了RS232、RS449、RS423、RS422和RS485等接口标准规范和总线标准规范，即UART是异步串行通信口的总称。而RS232、RS449、RS423、RS422和RS485等，是对应各种异步串行通信口的接口标准和总线标准，它规定了通信口的电气特性、传输速率、连接特性和接口的机械特性等内容。实际上是属于通信网络中的物理层（Physical Layer）的概念，与通信协议没有直接关系。而通信协议，是属于通信网络中的数据链路层（Data Link Layer）的概念。
RS-232
RS-232是美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全稱是EIA-RS-232（简称 232，RS232）。它广泛用于计算机串行接口外设连接。
在 RS-232 标准中，字符是以一串行的位串来一个接一个的串列（serial）方式传输，优点是传输线少，配线简单，发送距离可以较远。最常用的编码格式是异步起停（asynchronous start-stop）格式，它使用一个起始比特后面紧跟 7 或 8 个数据比特（bit），然后是可选的奇偶校验比特，最后是一或两个停止比特。所以发送一个字符至少需要 10 比特，带来的一个好的效果是使全部的传输速率，发送信号的速率以 10 划分。一个最平常的代替异步起停方式的是使用高级数据链路控制协议（HDLC）。
RS232 连接器
RS-232设计之初是用来连接调制解调器做传输之用，也因此它的脚位意义通常也和调制解调器传输有关。RS-232的设备可以分为数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment, For example, PC）和数据通信设备（DCE，Data Communication Equipment）两类，这种分类定义了不同的线路用来发送和接受信号。一般来说，计算机和终端设备有DTE连接器，调制解调器和打印机有DCE连接器。但是这么说并不是总是严格正确的，用配线分接器测试连接，或者用试误法来判断电缆是否工作，常常需要参考相关的文件说明。
RS-232指定了20个不同的信号连接，由25个D-sub（微型D类）管脚构成的DB-25连接器。很多设备只是用了其中的一小部分管脚，出于节省资金和空间的考虑，不少机器采用较小的连接器，特别是9管脚的D-sub或者是DB-9型连接器被广泛使用绝大多数自IBM的AT机之后的PC机和其他许多设备上。DB-25和DB-9型的连接器在大部分设备上是雌型，但不是所有的都是这样。最近，8管脚的RJ-45型连接器变得越来越普遍，尽管它的管脚分配相差很大。EIA/TIA 561标准规定了一种管脚分配的方法，但是由Dave Yost发明的被广泛使用在Unix计算机上的Yost串连设备配线标准（"Yost Serial Device Wiring Standard"）以及其他很多设备都没有采用上述任一种连线标准。
下表中列出的是被较多使用的 RS-232 中的信号和管脚分配：
DB-9 Male（Pin Side） DB-9 Female （Pin Side）
------------- -------------
\ 1 2 3 4 5 / \ 5 4 3 2 1 /
\ 6 7 8 9 / \ 9 8 7 6 /
--------- ---------
| 信号 | DB-25 | DB-9 | EIA/TIA 561 | Yost |
|---|---|---|---|---|
| 公共接地 | 7 | 5 | 4 | 4,5 |
| 发送数据（TD、TXD） | 2 | 3 | 6 | 3 |
| 接受数据（RD、RXD） | 3 | 2 | 5 | 6 |
| 数据终端准备（DTR） | 20 | 4 | 3 | 2 |
| 数据准备好（DSR） | 6 | 6 | 1 | 7 |
| 请求发送（RTS） | 4 | 7 | 8 | 1 |
| 清除发送（CTS） | 5 | 8 | 7 | 8 |
| 数据载波检测（DCD） | 8 | 1 | 2 | 7 |
| 振铃指示（RI） | 22 | 9 | 1 | － |
在本次示例中我们用到了 DB-9 型连接器
成果展示
参考：