C#上位机开发

一、上位机简介

  在单片机项目开发中，上位机也是一个很重要的部分，主要用于数据显示（波形、温度等）、用户控制（LED，继电器等），下位机（单片机）与 上位机之间要进行数据通信的两种方式都是基于串口的：

• USB转串口 —— 上位机和下位机通过USB转串口连接线直接相连进行数据交互
• 串口转WIFI（ESP8266）—— 上位机和下位机基于TCP/IP协议通过以太网或者WIFI传输数据
• 串口转蓝牙（HC-06）—— 不多用，暂不介绍

  Windows上位机（EXE可执行程序），最早用VB语言开发，后来由于C++的发展，采用MFC开发，近几年，微软发布了基于.NET框架的面向对象语言C#，更加稳定安全，再配合微软强大的VS进行开发，效率奇高。

  本文使用Visual Studio 2022作为开发环境，上位机开发主要有WPF框架与Winform框架，他们都是基于.NET框架

• WPF需要C/S基础，使用XAML来构建应用UI，界面比较美观，但是内存开销大
• Winform可以使用窗口控件来构建应用，比较简单易学，本文以Winform为例做一个简单的上位机

二、C#语法

• C#语法基础：C#语言入门
• Winform学习：Windows窗体入门

三、新建VS工程

  首先新建，这边我们限定选项C#、Windowws、桌面，然后选择Windows窗体应用

  修改项目路径、名称，最后选择框架，由于是单项目所以勾选，否则在解决方案文件夹里会生成子项目文件夹，然后下一步就可以生成工程

  打开解决方案，双击Program.cs可以打开主函数Main，Application.Run(new Form1())就是循环执行应用。

  WinForm项目结构

• 引用：包括所有的系统库文件的引用依赖
• App.config：当前项目的配置文件
• Form1.cs：当前窗体的事件逻辑源码
  • Form1.Designer.cs：当前窗体的控件布局源码
  • Form1.resx：当前窗体的资源文件（图片、图标、资源等）
• Program.cs：当前项目程序的主入口Main，启动项目，运行初始窗口

  其中双击Form1.cs就可以打开UI设计界面，如果左侧工具栏和右侧属性栏不显示，可以去视图里打开工具箱和属性窗口。然后我们添加Button和TextBox控件，单击Button，在右侧属性Text可以修改文字

  双击Button按钮就可以编辑代码生成对应功能，这里textBox1就是上图属性里的Name

//按下Send按钮
textBox1.Text = "^_^Hello,World^_^";    //文本框显示

  点击启动就可以进入调试页面，生成我们的应用，此时点击Send按钮，下面就可以显示字符

四、WinForm控件

4.1 属性

  在Windows窗体应用程序中右击窗体或控件，在弹出的右键菜单中 选择“属性”命令，窗体的常用属性如下表所示：

4.2 事件

  在属性点击事件，常见的事件为：

4.3 窗体方法

  自定义的窗体都继承自 System.Windows.Form 类，能使用 Form 类中已有的成员，包括属性、方法、事件等。窗体中也有一些从 System.Windows.Form 类继承的方法，如下表所示：

4.4 常用控件

• TextBox：输入文本框

  • 常用属性：尺寸Size、单行/多行Multiline、密码输入PasswordChar、只读ReadOnly、显示/获取文本Text等
  • 常用事件：KeyPress按下按键（常用于输出完成点击回车，box.Text取输入值，事件e.keyChar取按下哪个键）

• CheckBox：复选框

  • 常用属性：尺寸Size、显示文本Text、Checked是否勾选
  • 常用事件：Click点击事件、CheckedChanged勾选状态改变事件

• ComboBox：下拉列表（只能单选）

  • 常用属性：
    • a.添加数据项：设计器编辑添加（属性->数据->Items，一行表示一个数据项）、程序手工添加（comboBox.Items.Add(“some”);）
    • b.其他设置：Size尺寸、Text提示文本等
  • 常用事件：
    • a.获取选中的项：SelectedItem（选中项的值）、SelectedIndex（选中项的索引，-1表示未选中）
    • b.选项改变事件：SelectedIndexChanged

• ListBox：列表框（展示数据、可单选/多选）

  • 常用属性：SelectionMode（单选/多选模式）
    • a.单选模式获取选项：SelectedItem/SelectedIndex（选中项的值/索引）
    • b.多选模式获取选项：SelectedIndices/SelectedItems（选中项的索引集合/值集合）
    • c.添加数据项：设计器编辑添加（属性->数据->Items）、程序手工添加（listBox.Items.Add(“some”);）
  • 常用事件：SelectedIndexChanged（选项改变）

• Button、RadioButton、CheckBox、CheckedListBox：按钮

• Label、LinkLabel：标签控件

• MenuStrip：菜单栏

  • 右键菜单栏ContextMenuStrip
  • 状态栏菜单StatusStrip
  • 工具栏ToolStrip

• Timer：定时器，Interval设置计时时间间隔，以毫秒为单位

• PictureBox：图片框

  • 常用属性：
    • Image：“获取或设置图片控件中显示的图片
    • ImageLocation：获取或设置图片控件中显示图片的路径
    • SizeMode：获取或设置图片控件中图片显示的大小和位置，如果值为 Normal，则图片显不在控件的左上角；如果值为 Stretchimage，则图片在图片控件中被拉伸或收缩，适合图片的大小；如果值为AutoSize，则控件的大小适合图片的大小；如果值为 Centerimage，图片在图片控件中居中；如果值为 Zoom，则图片会自动缩放至符合图片控件的大小
    • dock：停靠方式

4.5 布局

1. 自动布局
     选中多个控件，就可以在工具栏进行对齐排列
   

2. 使用布局器

• 工具箱->容器->TableLayoutPanel —— 表格布局器
• 工具箱->容器->FlowLayoutPanel —— 排列布局器
  

3. 手动布局

• 通过设计界面拖拽/手动注册组件的方式，初始化初始界面布局（此时属于自动布局）
• 在Form.cs逻辑代码中重写Form父类的OnLayout方法，在方法内实现手动布局。OnLayout方法会在窗口大小变化时自动被回调调用，来重新设置组件的位置大小等属性实现自适应。
  • a.调用父类的OnLayout()，不是必须的。
  • b.获取当前窗口大小 CilentSize(仅客户区，不含标题栏)
  • c.计算和设置每一个控件新的的大小和位置，实现动态布局

注意：

• Size属性指窗口大小（包括工具栏），ClientSize指客户区大小（不包含工具栏）
• 本质：OnLayout方法会在窗口大小变化时自动被调用，来设置组件的位置实现自适应

namespace WindowsFormsApp_learning
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }
 
        //重写父类的OnLayout方法，实现手动布局自适应
        protected override void OnLayout(LayoutEventArgs levent)
        {
            //1.调用父类的OnLayout()，不是必须的
            base.OnLayout(levent);
            //2.获取当前客户窗口大小 ClientSize
            int w = this.ClientSize.Width;
            int h = this.ClientSize.Height;
            //3.计算并设置每一个控件的大小和位置
            int yoff = 0;
 
            yoff = 4;
            this.text_box.Location = new Point(0, yoff);//坐标(0,4)
            this.text_box.Size = new Size(w - 80, 30);//尺寸(w-80,30)
            this.btn_click.Location = new Point(w - 80, yoff);//坐标(w-80,4)
            this.btn_click.Size = new Size(80, 30);//尺寸(80,30)
 
            yoff += 30;//第一行的高度
            yoff += 4;//间隔
            this.panel1.Location = new Point(0, yoff);
            this.panel1.Size = new Size(w, h - yoff - 4);
        }
    }
}

五、Serial上位机

  首先新建一个SerialPort项目

5.1 UI界面设计

1. 容器控件（Panel）
     用容器给功能分组
   

2. 文本标签控件（Label）
     添加文本控件，选中多个可以在工具栏选择对齐方式，选择单个控件->属性->Text可以修改文本内容
   

3. 文本框控件（TextBox）
     TextBox控件与label控件不同的是，文本框控件的内容可以由用户修改，这也满足我们的发送文本框需求；在默认情况下，TextBox控价是单行显示的，如果想要多行显示，需要设置其Multiline属性为true；
     TextBox的方法中最多的是APPendText方法，它的作用是将新的文本数据从末尾处追加至TextBox中，那么当TextBox一直追加文本后就会带来本身长度不够而无法显示全部文本的问题，此时我们需要使能TextBox的纵向滚动条来跟踪显示最新文本，所以我们将TextBox的属性ScrollBars的值设置为Vertical即可；
   

4. 下拉组合框控件（ComboBox）

  DropDownStyle可以选择下拉模式：

• DropDown模式，既可以选择下拉项，也可以选择直接编辑
• DropDownList模式，只能从下拉列表中选择
  
    在属性面板中Items属性中加入下拉项，默认项可以在Text里设置
  
• 停止位：1，1.5，2
• 数据位：8，7，6，5
• 波特率：230400，115200，76800，57600，38400，19200，9600，4800
• 奇偶校验：None，奇校验，偶校验

5. 按钮控件（Button）
     在Text里修改按钮名称
   

6. 复选框控件（CheckBox）
   

7. 串口组件（SerialPort）
     添加串口组件后就可以调用串口的功能
   

8. 添加图标
     点击项目->属性->应用程序->浏览，然后添加.ico文件图标，这是.exe可执行文件图标
   
     在属性列表里找到Form1属性，然后在Icon添加图标
   
     最后界面设计大概这样
   

5.2 功能设计

1. 串口初始化
     先创建一个初始化函数Serial_init()

private void Serial_init()
{
//    int i;
    
//    for (i = 300; i <= 38400; i = i*2)//单个添加
    {
//        comboBox2.Items.Add(i.ToString());  //添加波特率列表
    }

    //批量添加波特率列表
    string[] baud = { "43000", "56000", "57600", "115200", "128000", "230400", "256000", "460800" };
    comboBox2.Items.AddRange(baud);

    //设置默认值
    comboBox1.Text = "COM1";
    comboBox2.Text = "115200";
    comboBox3.Text = "8";
    comboBox4.Text = "None";
    comboBox5.Text = "1";
}

  添加函数get_Serial_port()来获取电脑的串口

private void get_Serial_port()
{
	//获取电脑当前可用串口并添加到选项列表中
    //comboBox1.Items.AddRange(System.IO.Ports.SerialPort.GetPortNames());
    string[] ports = System.IO.Ports.SerialPort.GetPortNames(); //获得可用的串口
    for (int i = 0; i < ports.Length; i++)
    {
        comboBox1.Items.Add(ports[i]);
    }
    comboBox1.SelectedIndex = comboBox1.Items.Count > 0 ? 0 : -1;//如果里面有数据,显示第0个
}

  双击UI空白处，在Form1.cs里会生成Form1_Load()函数，然后将get_Serial_port()和Serial_init()添加进来

2. 打开串口
     双击UI界面“打开串口”（Button1），进入按键事件

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    try
    {
        if (button1.Text == "打开串口")
        {
            serialPort1.PortName = comboBox1.Text;//获取要打开的串口
            serialPort1.BaudRate = int.Parse(comboBox2.Text);//获得波特率
            serialPort1.DataBits = int.Parse(comboBox3.Text);//获得数据位
                                                             //设置停止位
            if (comboBox5.Text == "1")
            {
                serialPort1.StopBits = StopBits.One;
            }
            else if (comboBox5.Text == "1.5")
            {
                serialPort1.StopBits = StopBits.OnePointFive;
            }
            else if (comboBox5.Text == "2")
            {
                serialPort1.StopBits = StopBits.Two;
            }
            //设置奇偶校验
            if (comboBox4.Text == "None")
            {
                serialPort1.Parity = Parity.None;
            }
            else if (comboBox4.Text == "奇校验")
            {
                serialPort1.Parity = Parity.Odd;
            }
            else if (comboBox4.Text == "偶校验")
            {
                serialPort1.Parity = Parity.Even;
            }
            serialPort1.Open();//打开串口
            button1.Text = "关闭串口";
            button1.BackColor = Color.Firebrick;
        }
        else
        {
            //关闭串口
            serialPort1.Close();//关闭串口
            button1.Text = "打开串口"; //按钮显示打开
            button1.BackColor = Color.ForestGreen;
        }
    }
    catch (Exception err)
    {
        MessageBox.Show("打开失败" + err.ToString(), "提示！");
    }

}

3. 发送
     首先需要将字符串转化16进制，可以用正则表达式

private byte[] strToHexbytes(string str)
{
    str = str.Replace(" ", "");//清除空格
    byte[] buff;
    if ((str.Length % 2) != 0)
    {
        buff = new byte[(str.Length + 1) / 2];
        try
        {
            for (int i = 0; i < buff.Length; i++)
            {
                buff[i] = Convert.ToByte(str.Substring(i * 2, 2), 16);
            }
            buff[buff.Length - 1] = Convert.ToByte(str.Substring(str.Length - 1, 1).PadLeft(2, '0'), 16);
            return buff;
        }
        catch (Exception err)
        {
            MessageBox.Show("含有f非16进制的字符", "提示");
            return null;
        }
    }
    else
    {
        buff = new byte[str.Length / 2];
        try
        {
            for (int i = 0; i < buff.Length; i++)
            {
                buff[i] = Convert.ToByte(str.Substring(i * 2, 2), 16);
            }
        }
        catch (Exception err)
        {
            {
                MessageBox.Show("含有非16进制的字符", "提示");
                return null;
            }
        }
    }
    return buff;
}

  串口发送有两种方法，一种是字符串发送WriteLine，一种是Write（），可以发送一个字符串或者16进制发送，其中字符串发送WriteLine默认已经在末尾添加换行符；先双击“发送”（Button2）

private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Task.Run(() => {
        send_();
    });
}

string data_;
//发送数据  
private void send_()
{
    data_ = textBox2.Text.ToString();
    try
    {
        if (data_.Length != 0)
        {
            data_ += " ";
            if (checkBox2.Checked) //16进制发送
            {
                serialPort1.Write(Encoding.Default.GetString(strToHexbytes(data_)));
            }
            else
            {
                serialPort1.Write(data_);     
            }
        }

    }
    catch (Exception) { }
}

4. 接收
     在使用串口接收之前要先为串口注册一个Receive事件，相当于单片机中的串口接收中断，然后在中断内部对缓冲区的数据进行读取，如图，双击DataReceived，就会跳转到响应代码部分：
   
     在接收之前需要注意，这里的数据全部是byte型数据，接收文本框显示的内容都是以字符串形式呈现的，所以先添加16进制的方法

private string byteToHexstr(byte[] buff)
{
    string str = "";
    try
    {
        if (buff != null)
        {
            for (int i = 0; i < buff.Length; i++)
            {
                str += buff[i].ToString("x2");
                str += " ";//两个之间用空格
            }
            return str;
        }
    }
    catch (Exception)
    {
        return str;
    }
    return str;
}

  最后在serialPort1_DataReceived()进行接收数据处理

private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{
    int len = serialPort1.BytesToRead; //获取可以读取的字节数

    byte[] buff = new byte[len];
    serialPort1.Read(buff, 0, len);//把数据读取到数组中
    string reslut = Encoding.Default.GetString(buff);
    //将byte值根据为ASCII值转为string
    Invoke((new Action(() =>
    {
        if (checkBox1.Checked)//16进制转化
        {
            textBox1.AppendText(" " + byteToHexstr(buff));
        }
        else
        {
            textBox1.AppendText(" " + reslut);
        }
    }
    )));
}

5. 清空接收
     双击“清空接收”（Button3），修改如下。此时项目结束

private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
{
    textBox1.Clear(); 
}   

六、项目打包成安装包

6.1 前提准备

1. 生成项目文件
     首先将Debug版本变成Release版本，进行编译

• Debug (调试)：不进行优化，便于程序员调试应用程序。
• Release (发布)：进行完全优化，减少代码大小，提高运行速度。
  

2. 安装扩展.
     点击扩展->管理扩展，在搜索框里搜索Visual studio Installer，点击安装
   
     也可以去插件官网下载安装：Microsoft Visual Studio Installer Projects 2022 - Visual Studio Marketplace

注意：安装需要关闭Visual Studio，如果安装失败重启一下电脑

6.2 打包步骤

1. 新建Setup Project项目
     右击解决方案->添加->新建项目
   
     搜索Setup Project
   
     新建项目文件夹
   

2. 添加项目文件
     首先右击Application Folder->Add->文件
   
     然后将工程目录Relese里的文件全部添加进来
   

3. 创建桌面文件
     对.exe文件右击创建桌面文件
   
     然后将生成的文件拖到User’s Desktop里
   
     点击桌面文件可以在属性里修改Name
   
     找一个ico文件添加进来，然后点击Icon添加图标
   

4. 生成工程
     点击解决方案app，在属性里可以修改信息，其中Manufacturer不填会报错
   
     右击找到属性
   
     然后在Prerequisites添加组件
   
     右击生成，就可以在文件夹里生成安装文件