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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：
| 属性 | 作用 |
|---|---|
| Name | 窗体/空间的名称 |
| WindowState | 获取或设置窗体的窗口状态，取值有Normal（正常）、Minimized（最小化）、Maximized（最大化） |
| Text | 窗口标题栏中的文字 |
| Size | 窗体的尺寸 |
| MaximizeBox | 获取或设置窗体标题栏右上角是否有最大化按钮，默认为 True |
| MinimizeBox | 获取或设置窗体标题栏右上角是否有最小化按钮，默认为 True |
| BackColor | 获取或设置窗体的背景色 |
| BackgroundImage | 获取或设置窗体的背景图像 |
| FormBorderStyle | 窗体边框的样式 |
| Enabled | 获取或设置窗体是否可用 |
| Font | 获取或设置窗体上文字的字体 |
| ForeColor | 获取或设置窗体上文字的颜色 |
| Icon | 获取或设置窗体上显示的图标 |
| Location | 窗体在屏幕上的位置 |
| BackgroundImageLayout | 获取或设置图像布局，取值有 5 种，即 None（图片居左显示）、Tile（图像重复，默认值）、Stretch（拉伸）、Center（居中）、Zoom（按比例放大到合适大小） |
| StartPosition | 获取或设置窗体运行时的起始位置，取值有 5 种，即 Manual（窗体位置由 Location 属性决定）、CenterScreen（屏幕居中）、WindowsDefaultLocation（ Windows 默认位置）、WindowsDefaultBounds（Windows 默认位置，边界由 Windows 决定）、CenterParent（在父窗体中居中） |
4.2 事件
在属性点击事件，常见的事件为：
| 事件名称 | 描述 |
|---|---|
| Load | 窗体加载时触发 |
| Click | 在窗体上单击时触发 |
| MouseDoubleClick | 鼠标双击事件 |
| MouseMove | 鼠标在窗体上移动时触发 |
| KeyPress | 键盘按键被按下时触发 |
| FormClosing | 窗体即将关闭时触发 |
| Resize | 窗体尺寸改变时触发 |
| KeyDown | 键盘按下事件 |
| KeyUp | 键盘释放事件 |
| FormClosing | 窗体关闭事件，关闭窗体时发生 |
| FormClosed | 窗体关闭事件，关闭窗体后发生 |
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：
| 方法 | 作用 |
|---|---|
| Show() | 显示窗体 |
| Hide() | 隐藏窗体 |
| Close() | 关闭窗体 |
| Activate() | 激活窗体并给予它焦点 |
| Invalidate() | 强制重新绘制窗体 |
| ShowDialog() | 以对话框模式显示窗体 |
| CenterToParent() | 使窗体在父窗体边界内居中 |
| CenterToScreen() | 使窗体在当前屏幕上居中 |
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
- 常用属性：
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）
- 常用属性：SelectionMode（单选/多选模式）
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
- 常用属性：
4.5 布局
自动布局
选中多个控件，就可以在工具栏进行对齐排列
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
- 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
首先新建一个项目，命名SerialPort
5.1 UI界面设计
容器控件（Panel）
用容器给功能分组
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
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；
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
按钮控件（Button）
在Text里修改按钮名称
复选框控件（CheckBox）
串口组件（SerialPort）
添加串口组件后就可以调用串口的功能
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
- 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
- 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！"); } } - 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) { } } - 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); } } ))); } - 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
- 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。
- 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
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
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
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
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
