Python串口通讯详解

Python串口通讯详解

引言

在现代科技领域，串口通讯是一种非常常见和重要的通讯方式。无论是单片机与计算机之间的通讯，还是设备与计算机之间的通讯，都可以通过串口来实现。在此，我们将深入探讨如何使用Python进行串口通讯，包括串口的基本知识、串口的配置和常用的串口通讯协议。本文将详细介绍Python提供的串口通讯库和相关的代码示例。希望通过阅读本文，读者可以对Python串口通讯有一个全面的了解，并能够运用到实际项目中。

一、什么是串口

串口（Serial Port）是计算机用于与外部设备进行通讯的一种常见接口。它提供了一种标准化的物理和逻辑接口，用于在计算机和外部设备之间传输数据。串口通讯是一种基于串行传输的通讯方式，通过一根数据线依次传输数据位（bit），每个数据位都由起始位（Start Bit）、数据位（Data Bit）、校验位（Parity Bit）和停止位（Stop Bit）组成。串口通讯相对于并行通讯来说，可以节省硬件资源，但传输速率较慢。

二、Python串口通讯库

Python提供了多个串口通讯库，常用的有pyserial、serial等，本文将以pyserial库为例进行介绍。

1. 安装pyserial库

在使用pyserial库前，需要先安装它。可以通过pip命令来安装，打开命令行工具，执行以下命令:

pip install pyserial

2. 导入pyserial库

安装完成后，可以在Python程序中导入pyserial库，开始使用串口通讯功能。通过以下代码进行导入：

import serial

3. 串口的基本操作

pyserial库提供了丰富的函数和类，用于对串口进行配置和操作。下面介绍几个常用的基本操作方法：

(1) 打开串口

使用Serial类的构造函数可以打开一个串口，并进行相关配置。以下是打开一个COM1串口的示例代码：

ser = serial.Serial('COM1', 9600)

其中，’COM1’是串口的名称，可以根据实际情况修改；9600是串口的波特率，也可以根据实际需求进行修改。

(2) 读取数据

使用Serial类的read()函数可以从串口中读取指定长度的数据。以下是读取一个字节数据的示例代码：

data = ser.read(1)

其中，1是读取数据的长度，可以根据实际需求进行修改。

(3) 写入数据

使用Serial类的write()函数可以向串口中写入数据。以下是向串口中写入数据的示例代码：

ser.write(b'Hello World!')

其中，b’Hello World!’是待发送的数据，可以根据实际需求进行修改。

(4) 关闭串口

使用Serial类的close()函数可以关闭已打开的串口。以下是关闭串口的示例代码：

ser.close()

4. 串口的配置

除了基本操作以外，还可以使用pyserial库来配置串口的各种参数，以满足不同的通讯需求。下面介绍几个常用的配置方法：

(1) 波特率

通过Serial类的baudrate属性可以设置波特率。以下是设置波特率为9600的示例代码：

ser.baudrate = 9600

(2) 数据位

通过Serial类的bytesize属性可以设置数据位。以下是设置数据位为8位的示例代码：

ser.bytesize = serial.EIGHTBITS

(3) 校验位

通过Serial类的parity属性可以设置校验位。以下是设置校验位为无校验的示例代码：

ser.parity = serial.PARITY_NONE

(4) 停止位

通过Serial类的stopbits属性可以设置停止位。以下是设置停止位为1位的示例代码：

ser.stopbits = serial.STOPBITS_ONE

(5) 超时设置

通过Serial类的timeout属性可以设置读取超时时间。以下是设置超时时间为1秒的示例代码：

ser.timeout = 1

当读取数据时，如果在超时时间内没有读取到数据，将返回空。

三、串口通讯协议

在实际项目中，通常需要根据具体需求设计和实现串口通讯协议，以确保数据的正确传输和解析。下面介绍几种常见的串口通讯协议：

1. RS232协议

RS232（Recommended Standard 232）是一种串行通讯协议，是IT领域中使用最广泛的串行接口标准之一。它定义了电气特性和机械接口，并规定了通讯的数据格式、通信控制信号等。RS232协议常用于计算机和外设、单片机和计算机之间的通讯。

2. Modbus协议

Modbus是一种串行通讯协议，用于在工业环境中实现设备之间的通讯。它定义了一种简单的通信方式，采用主从结构，支持一对多的通讯方式。Modbus协议具有良好的兼容性和可扩展性，被广泛应用于工业自动化领域。

3. DMX512协议

DMX512（Digital Multiplex 512）是一种用于舞台灯光控制的串行通讯协议。它采用点对点方式进行通讯，支持多个通道的数据传输。DMX512协议广泛应用于舞台照明系统、演唱会和大型活动等场合。

四、实例演示

下面通过一个简单的实例演示如何使用Python进行串口通讯。假设有一个设备通过串口与计算机连接，需要向设备发送指令，并读取设备返回的数据。

首先，需要导入pyserial库：

import serial

然后，通过Serial类的构造函数打开串口：

ser = serial.Serial('COM1', 9600)

接下来，使用Serial类的write()函数向串口中发送指令：

ser.write(b'ReadData\r\n')

然后，使用Serial类的readline()函数读取设备返回的数据：

data = ser.readline()

最后，关闭串口：

ser.close()

在这个示例中，我们通过串口向设备发送了一个指令”ReadData”，然后读取设备返回的数据。需要注意的是，读取数据的时候我们使用了readline()函数，这是因为设备返回的数据通常是以换行符结束的。

运行上述代码后，可以获取到设备返回的数据，并进行相应的逻辑处理和展示。

五、总结

本文介绍了Python串口通讯的基本知识和pyserial库的使用方法。通过阅读本文，我们了解了什么是串口、Python串口通讯库的安装和导入、串口的基本操作和配置、常见的串口通讯协议，以及通过一个实例演示了如何使用Python进行串口通讯。