2串口设备数据的接收和处理（PPT37页)

工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理3工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理2.2.1学习要点1.知识点：SerialPort类实例的构造，接收串口数据的方法，接收超时异常处理，HSDZC电能综合测试仪的数据格式，数据帧片段的缓存方法2.技能点：应用程序项目和SerialPort对象的创建，串口数据接收，接收数据的缓存和数据帧的提取2.2.2任务描述某些串口设备能够定时、主动地向上位机发送数据，处于上位机端的工业控制程序，需要获取串口收到的数据并进行分析和处理。利用.NETFramework2.0及更高版本提供的SerialPort类可以比较方便地在C#应用程序中实现串口通信功能。从编程的角度看，串口数据的接收就是利用SerialPort对象的Read或ReadByte方法将操作系统存放在串口输入缓冲区中的数据读入到一个字节数组中。该教学情景通过串口数据接收、接收数据的缓存、数据帧的提取、浮点数解码这几个实施步骤，达到使用SerialPort对象接收单个串口设备（下位机）数据的目的。4工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理2.2.3相关知识1SerialPort类实例的构造SerialPort类是从.NETFramework2.0版本开始提供的一个串口控制类，该类包含在System.IO.Ports命名空间中，使用该类的实例可以打开串口，并发送数据。通过构造函数可以产生SerialPort类的实例，SerialPort类的构造函数在定义时进行了重载，表2.2.1中列出了这些重载构造函数的接口定义：表2.2.1SerialPort类的构造函数定义表2.2.1SerialPort类的构造函数定义构造函数的接口定义功能说明publicSerialPort();使用默认属性值创建SerialPort类的新实例，其中数据位数的默认值为8，校验位的默认值为None，停止位的默认值为1，默认端口名称为COM1。5工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理publicSerialPort(stringportName);使用指定的端口名称初始化SerialPort类的新实例，其它参数采用默认值publicSerialPort(stringportName,intbaudRate);使用指定的端口名称和波特率初始化SerialPort类的新实例，其它参数采用默认值publicSerialPort(stringportName,intbaudRate,Parityparity);使用指定的端口名称、波特率和奇偶校验位初始化SerialPort类的新实例，其它参数采用默认值publicSerialPort(stringportName,intbaudRate,Parityparity,intdataBits);使用指定的端口名称、波特率、校验位和数据位初始化SerialPort类的新实例，其它参数采用默认值publicSerialPort(stringportName,intbaudRate,Parityparity,intdataBits,StopBitsstopBits);使用指定的端口名称、波特率、奇偶校验位、数据位和停止位初始化SerialPort类的新实例6工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理除了在构造SerialPort类实例的时候可以对端口名称、波特率、奇偶校验位、数据位和停止位进行设置外，构造好SerialPort类实例后，还可以通过PortName、BaudRate、Parity、DataBits、StopBits属性对这些参数进行修改，因此构造SerialPort类实例的程序书写形式比较灵活。2串口的打开和关闭SerialPort类中与串口打开和关闭相关的成员如下：(1)Open方法Open方法打开新的串口连接，该方法不带参数，接口定义如下：publicvoidOpen()(2)Close方法Close方法关闭已经打开的串口连接，该方法不带参数，接口定义如下：publicvoidClose()7工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理(3)IsOpen属性通过IsOpen属性可以获知串口当前是否为打开状态，返回一个bool类型的值，该属性只读，接口定义如下：publicboolIsOpen{get;}串口不能重复进行打开和关闭操作，在打开或关闭串口前，都要使用该属性检查串口是否已经处于打开或已经处于关闭状态，以免引发异常。3接收串口数据的方法(1)ReadByte方法SerialPort类的ReadByte方法可以从串口接收缓冲区中读取一个字节，该方法的接口定义是：publicintReadByte();该方法从串口接收缓冲区中读取一个字节，要和ReadTimeout属性配合使用。当调用ReadByte方法时，如果接收缓冲区中没有数据，则程序被阻塞，直到缓冲区中有数据或到达ReadTimeout属性指定读取数据超时的毫秒数，程序才能继续运行。8工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理ReadByte方法返回一个int类型的值，在实际应用时，要将返回值强制转换为byte类型。(2)Read方法Read方法从串口接收缓冲区中读取多个字节，该方法的接口定义是：publicintRead(byte[]buffer,intoffset,intcount);该方法试图从接收缓冲区中读取count个字节，并写入字节数组buffer中，写入的起始位置是offset，执行后返回实际读取的字节数。例如，现在接收缓冲区中只有6个字节，但count参数值为10，则返回值为6。在实际应用时，通常先通过SerialPort对象的BytesToRead属性获得接收缓冲区中已有的字节数，并根据该属性值来设置count参数。和ReadByte方法不同的是，调用Read方法时，不管接收缓冲区中有无数据，都不会对应用程序的当前线程造成阻塞。9工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理4接收超时异常处理当使用ReadByte方法从接收缓冲区中读取一个字节时，如果下位机发送过来的数据没有在ReadTimeout规定的时间内到达，则会引发TimeoutException，应用程序可以捕获该异常，并作相应处理。下面的测试程序说明了超时异常处理的方法：SerialPortsp;privatevoidbtnStart_Click(objectsender,EventArgse){bytefirstByte;sp.ReadExisting();//清空接收缓冲区，准备接收数据sp.ReadTimeout=10000;//10秒内没有收到回复数据，将捕获到异常try{firstByte=(byte)sp.ReadByte();//同步读取（程序在此被阻塞）t1.Text=firstByte.ToString(X2);//显示在文本框t1中}catch(TimeoutExceptionex)//捕获到接收超时异常{t1.Text=ex.Message;//在t1中显示异常信息}}10工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理图2.2.1接收超时异常测试如上图所示，在点击“开始”按钮后，程序被阻塞，此时窗口对鼠标和键盘的输入都不响应。为了有足够操作时间，SerialPort对象sp的ReadTimeout属性为10000毫秒（10秒）。在10秒时间内，测试者可以通过串口测试程序发送一个或多个字节过来，此时程序结束阻塞状态继续运行，并在文本框中显示接收到的第1个字节；如果10秒内没有数据到达，则引发TimeoutException。若上位机程序要一直等待，可以把ReadTimeout属性的值设置为-1，但在实际应用中一般不这样做。11工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理5HSDZC电能综合测试仪的数据格式HSDZC电能综合测试仪在钻机性能测试系统中用于输入功率、输出功率以及功率因素（参见引言介绍）。该设备提供两种电脑测量方式，在仪表提示“测量方式”时，可以分别按“显示1”和“显示2”进入。在测量方式1的情况下测试仪每秒通过RS-232接口发送1组数据，长度46字节。信号格式：开始4字节均为FFH，后续每三个字节构成一个浮点数值，分别表示I1、U1、I2、U2、I3、U3，以及功率因数、视在功率、效率、输入功率、无功功率、负载率、输出功率、转速，共14个数据。在测量方式2的情况下测试仪也是每秒通过RS-232接口发送1组数据，长度30字节。信号格式：开始3字节均为12H、34H、56H，后续每三个字节构成一个浮点数值，分别表示I1、U1、P1、I2、U2、P2、I3、U3、P3，共9个数据。上位机在和HSDZC电能综合测试仪进行通信时，不需要向设备写入数据，而是被动地读取设备发送过来的数据。下面的相关知识将进一步介绍对已接收到数据的存储和处理方法。12工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理构成浮点数值的3个字节含义是：第1字节(B1)为尾数低位，第2字节(B2)为尾数高位，第3字节(B3)为阶码指数。其中阶码指数各位的含义如表2.2.2所示：表2.2.2阶码指数字节中各位的含义D7D6D5-D0数值符号：0为正，1为负阶码符号：0为正，1为负阶码数值13工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理尾数B的值在0到1之间，计算公式是：下面的HexToFloat函数描述了将3个字节转换为浮点数的算法：privatefloatHexToFloat(byteB1,byteB2,byteB3){floatf,B,n;//B:尾数n:阶码指数B=(B2*256+B1)/65536F;if((B3&0x80)!=0)//如果D7为1，等价于if(B3=128){B=-B;B3=(byte)(B3&0x7F);//等价于B3=(byte)(B3-128)if((B3&0x40)!=0)//如果D6为1{B3=(byte)(B3&0xBF);n=-B3;}elsen=B3;f=B*(float)Math.Pow(2,n);//B乘以2的n次方returnf;}6553612562BBB14工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理6数据帧片段的缓存方法(1)使用集合类存储接收数据在通信过程中，数据帧表示由多个字节构成的，具有一定格式，表示完整语意的一组数据。例如，在和HSDZC电能综合测试仪进行通信时，如果测试仪工作在测量方式1，则一帧数据的长度为46个字节（包含起始标志和14个数值）。在系统实际运行中，下位机向上位机发送数据时，可能会将数据帧分为几个片段依次发送，或者在一次接收到的数据中包含了不止一帧数据。上位机必须提供一个字节的集合来对接收到的数据进行缓存（暂存），在确认接收完毕一帧数据后，再进行进一步的分析和处理。.NETFramework2.0以上版本提供了List类来实现集合元素管理。List类支持泛型，在存取byte类型的集合元素时无需进行“装箱”和“拆箱”操作，比使用ArrayList效率高。15工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理List类提供了丰富的方法来对集合中的元素进行操作，表2.2.3列出了List类的常用方法，表中的示例建立在如下定义的基础上：byteb;byte[]ba;Listbyteli=newListbyte();//创建List类的实例li，元素类型为byte表2.2.3List类的常用方法方法的接口定义功能说明示例publicvoidAdd(Titem);在集合末尾添加元素itemli.Add(b);16工控程序设计学习情景2.2串口设备数据的接收和处理publicvoidAddRange(IEnumerableTcollection);在集合末尾添加另一个集合collectionli.AddRange(ba);publicvoidInsert(intindex,Titem);在ind