1、串口通信协议简介
串口通信（Serial Communications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节的通信方式。尽管串行通讯的比按字节传输的并行通信慢，但是串口可以在仅仅使用两根线的情况下就能实现数据的传输。
由于串口通信是异步的，所以端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。简单的解释就是：两个人说话，一个人说，一个人听。
串口通信最重要的参数是端口（com）、波特率、数据位、停止位和奇偶的校验。对于两个需要进行串口通信的端口，这些参数必须匹配，共同遵守，这也是能够实现串口通讯的前提。
1. 波特率
波特率是指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。
比如波特率为9600bps；代表的就是每秒中传输9600bit，也就是相当于每一秒中划分成了9600等份。
因此，那么每1bit的时间就是1/9600秒=104.1666…us。约0.1ms。既然是9600等份，即每1bit紧接着下一个比特，不存在额外的间隔。两台设备要想实现串口通讯，这收发端设置的波特率必须相同，否则是没办法实现通讯的。
收发波特率一致可以实现通讯：
收发波特率不一致，导致RX端不能正常接收：
2. 串口通讯的数据结构
起始位：起始位必须是持续一个比特时间的逻辑0电平，标志传输一个字符的开始，接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步。
数据位：数据位紧跟在起始位之后，是通信中的真正有效信息。数据位的位数可以由通信双方共同约定。传输数据时先传送字符的低位，后传送字符的高位。
奇偶校验位：奇偶校验位仅占一位，用于进行奇校验或偶校验，奇偶检验位不是必须有的。如果是奇校验，需要保证传输的数据总共有奇数个逻辑高位；如果是偶校验，需要保证传输的数据总共有偶数个逻辑高位。
停止位：停止位可以是是1位、1.5位或2位，可以由软件设定。它一定是逻辑1电平，标志着传输一个字符的结束。
空闲位：空闲位是指从一个字符的停止位结束到下一个字符的起始位开始，表示线路处于空闲状态，必须由高电平来填充。
2、RS232串口通信协议
最初数据是模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口出现了RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能，这就促生了RS485。
我们知道串口通信的数据传输都是0和1，在单总线、I2C、UART中都是通过一根线的高低电平来判断逻辑1或者逻辑0，但这种信号线的GND再与其他设备形成共地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。所以差分通信、支持多机通信、抗干扰强的RS485就被广泛的使用了。
RS485通信最大特点就是传输速度可以达到10Mb/s以上，传输距离可以达到3000米左右。大家需要注意的是虽然485最大速度和最大传输距离都很大，但是传输的速度是会随距离的增加而变慢的，所以两者是不可以兼得的。
RS232，RS485通信协议实际是一种标准，我们可以直接使用这种标准进行通信，完全没有任何问题。我们还可以自定义通信协议，自定义通信协议是基于需求编写的，符合RS232等标准的协议就可以通信了。
串口通讯的物理层有很多标准，例如上面提到的。这里我们主要接收RS232标准，RS232标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。
在上面的通讯方式中，两个通讯设备的”DB9接口”之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线中使用”RS232标准”传输数据信号。由于RS232电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个”电平转换芯片”转换成控制器能识别的”TTL校准”的电平信号，才能实现通讯。
芯片和PC机相连，通常PC机使用的是RS232接口（9针）。如果要使芯片与PC机的RS232接口直接通信，需要将芯片的输入输出端口也电平转换为RS232类型，再交叉连接，二者的电平标准不同：
- 单片机的点评标准(TTL电平）：+5V表示1，0V表示0；
- RS232电平标准：+15/+13V表示0，-15/-13表示1；
因此单片机与PC机进行串口通信应该遵循：在单片机串口与上位机给出的RS232口之间，通过电平转换电路实现TTL电平与RS232电平间的转换。
下图为DB9标准串口通讯接口：
DB9引脚说明：
上表中的是计算机端的DB9公头标准接法，由于两个通讯设备之间的收发信号(RXD与TXD)应交叉相连，所以调制调解器端的DB9母头的收发信号接法一般与公头的相反，两个设备之间连接时，只要使用”直通型”的串口线连接起来即可。
串口线中的RTS、CTS、DSR、DTR及DCD信号，使用逻辑 1表示信号有效，逻辑0表示信号无效。例如，当计算机端控制DTR信号线表示为逻辑1时，它是为了告知远端的调制调解器，本机已准备好接收数据，0则表示还没准备就绪。
如果使用USB转串口也可以实现串口通讯，USB转串口电路图如下所示：
3、远程串口使用
要想在办公室的电脑上连接生产线上的串口设备，如智能模块、仪表、PLC等，直接拉一条长距离串口线肯定是不行的，因为中间的距离实在太长了，对于这段不可跨越的距离，我们可以借助以太网来实现，即工厂的局域网，解决方案如下图示(以PLC连接为例说明)。
实现方法:
- 在PLC端增加一个串口服务器，实现串口转网口功能。串口服务器有一个网口和一个串口。
- 远程电脑主机和串口服务器分别通过网线接入局域网，获得IP地址，建立网络连接。
- 在电脑端运行虚拟串口软件，目的是将远程串口服务器上的串口虚拟成本机串口，效果是可以把远端的串口当作本地串口来使用。方法是先通过网络搜索串口服务器，找到后再分配一个空闲的串口号当作本机串口，如下图：
- 此时电脑端的PLC编程软件就可以使用刚才指定的串口号来连接远程的PLC，效果就像本地连接一样方便。连接其它串口设备也同样的道理。
注意：
- 串口服务器的IP地址最好设置为固定IP，这样可减少因动态IP变动导致的通讯故障。
- 串口服务器在跨网段应用时，一定要设置好网关地址。
4、C#开发上位机串口通讯
对于上位机来说，我们只需要得到第三方提供的自定义通信协议，根据其中的内容进行编程即可，具体的功能实现是由硬件工程师实现。
串口通讯大都有相应的库函数，大家在使用和配置串口的时候直接进行调用库函数和配置就行了，如下面的案例。
首先我们实现一个界面，如下：
配置串口参数-打开串口：
发送数据：
接收数据：
使用异步接收数据。
如果需要写完之后直接读。
参考以下方法：
效果图：
基于自定义协议的通信（发送和接收都使用16进制进行），首先自定义一个通信协议。
使用RS232进行通信，设定如下：
- 波特率：9600；
- 数据位：8；
- 停止位：1；
- 奇偶校验：无；
通信协议内容：
- 寄存器1 置1 执行 功能1 地址 0b；
- 寄存器2 置1 执行 功能2 地址 1b；
- crc校验： 将数据+地址等通过与或等操作生成的一个值（一般自定义的都会进行校验）；
- 开始位：01；
- 结束位： 05；
- 地址位：0a（根据不同寄存器决定）；
- 结果位：0e （ 成功0e，失败00）；
发送例子：执行功能1。
01 0b 01 00 00 00 00 00 00 00 06 0e 05解析：
01是开始位，0b是对应寄存器1的地址，数据长度是8，没有数据的置00，06是crc校验生成值，0e是结果位，05 是结束位。
返回成功：
01 0b 01 00 00 00 00 00 00 00 06 0e 05返回失败：
01 0b 01 00 00 00 00 00 00 00 07 00 05自定义的一个最简单的一个自定义协议，通信流程如下：
- 上位机发送数据
- 下位机接收到数据
- 下位机做crc校验，如果失败，那么不做反应。
- 下位机crc校验成功，执行功能。并反馈结果。
- 上位机接收到数据，做crc校验，如果成功，认为数据正确。否则认为数据错误，执行失败。
- 完成通信
模拟寄存器处理上位机发送的指令：
指令正确返回（与协议中对应）：
指令错误返回（与协议中对应）：
