C#上位机开发

目录

  • 一、上位机简介
  • 二、C#语法
  • 三、新建VS工程
  • 四、WinForm控件
    • 4.1 属性
    • 4.2 事件
    • 4.3 窗体方法
    • 4.4 常用控件
    • 4.5 布局
  • 五、Serial上位机
    • 5.1 UI界面设计
    • 5.2 功能设计
  • 六、项目打包成安装包
    • 6.1 前提准备
    • 6.2 打包步骤


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
在这里插入图片描述
  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
在这里插入图片描述

  打开解决方案,双击Program.cs可以打开主函数MainApplication.Run(new Form1())就是循环执行应用。
在这里插入图片描述
  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ButtonTextBox控件,单击Button,在右侧属性Text可以修改文字
在这里插入图片描述
  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

在这里插入图片描述
  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
在这里插入图片描述

四、WinForm控件

4.1 属性

在这里插入图片描述
  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

在这里插入图片描述
  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
  • 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
    在这里插入图片描述

  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
    在这里插入图片描述
  1. 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 ClientSizeint 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
    在这里插入图片描述

  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
    在这里插入图片描述

  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;
    在这里插入图片描述

  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
    在这里插入图片描述
      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
    在这里插入图片描述
  • 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
  1. 按钮控件(Button
      在Text里修改按钮名称
    在这里插入图片描述

  2. 复选框控件(CheckBox
    在这里插入图片描述

  3. 串口组件(SerialPort
      添加串口组件后就可以调用串口的功能
    在这里插入图片描述

  4. 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
    在这里插入图片描述
      在属性列表里找到Form1属性,然后在Icon添加图标
    在这里插入图片描述
      最后界面设计大概这样
    在这里插入图片描述

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()Serial_init()添加进来
在这里插入图片描述

  1. 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!");}}
  1. 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) { }
}
  1. 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:
    在这里插入图片描述
      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stringInvoke((new Action(() =>{if (checkBox1.Checked)//16进制转化{textBox1.AppendText(" " + byteToHexstr(buff));}else{textBox1.AppendText(" " + reslut);}})));
}
  1. 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。
    在这里插入图片描述
  1. 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
    在这里插入图片描述
      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
    在这里插入图片描述
      搜索Setup Project
    在这里插入图片描述
      新建项目文件夹
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  2. 添加项目文件
      首先右击Application Folder->Add->文件
    在这里插入图片描述
      然后将工程目录Relese里的文件全部添加进来
    在这里插入图片描述

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

  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
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      右击找到属性
    在这里插入图片描述
      然后在Prerequisites添加组件
    在这里插入图片描述
      右击生成,就可以在文件夹里生成安装文件
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