USB串口通信及pyusb库的应用|极客教程

USB串口通信及pyusb库的应用

USB（Universal Serial Bus）是一种用于在计算机和外部设备之间传输数据的通用接口标准。在实际应用中，我们通常会使用USB串口进行设备间的通信，比如连接传感器、打印机、扫描仪等外部设备。

在Python中，我们可以使用pyusb库来实现USB串口通信。pyusb是一个Python语言实现的USB库，用于控制USB设备。通过使用pyusb库，我们可以在Python程序中方便地对USB设备进行读写操作。

安装pyusb库

在使用pyusb库之前，我们需要先安装它。可以通过pip工具来安装pyusb库，命令如下：

pip install pyusb

安装完成后，我们就可以开始使用pyusb库进行USB串口通信了。

USB设备的识别

在使用pyusb库与USB设备通信之前，我们需要先确认USB设备在系统中的标识信息，包括设备的厂商ID（Vendor ID）和产品ID（Product ID）。这两个信息可以帮助我们正确地辨识和连接到USB设备。

我们可以使用lsusb命令来查看系统中已连接的USB设备的信息。下面以连接到计算机上的Arduino开发板为例，展示lsusb命令的输出：

Bus 001 Device 003: ID 2341:0043 XYZ Corporation Arduino Uno

在这个输出中，2341是Arduino Uno的厂商ID，0043是产品ID。

使用pyusb库进行USB串口通信

接下来，我们将演示如何使用pyusb库来与USB设备进行通信。在这个示例中，我们将通过USB串口与Arduino开发板进行通信，来实现一个简单的LED控制。

首先，我们需要创建一个Python脚本，导入pyusb库，并定义USB设备的厂商ID和产品ID：

import usb.core
import usb.util

# 定义USB设备的厂商ID和产品ID
VENDOR_ID = 0x2341
PRODUCT_ID = 0x0043

接下来，我们需要编写一个函数来连接到USB设备，并打开设备的端点：

def connect_to_arduino():
    # 查找指定厂商ID和产品ID的USB设备
    dev = usb.core.find(idVendor=VENDOR_ID, idProduct=PRODUCT_ID)

    if dev is None:
        raise ValueError("Device not found")

    # 打开设备
    dev.set_configuration()

    # 获取设备的端点
    cfg = dev.get_active_configuration()
    interface_number = cfg[(0, 0)].bInterfaceNumber
    alternate_setting = usb.control.get_interface(interface_number)
    intf = usb.util.find_descriptor(
        cfg, bInterfaceNumber = interface_number,
        bAlternateSetting = alternate_setting
    )

    out_endpoint = usb.util.find_descriptor(
        intf,
        custom_match = lambda e: \
            usb.util.endpoint_direction(e.bEndpointAddress) == \
            usb.util.ENDPOINT_OUT
    )

    in_endpoint = usb.util.find_descriptor(
        intf,
        custom_match = lambda e: \
            usb.util.endpoint_direction(e.bEndpointAddress) == \
            usb.util.ENDPOINT_IN
    )

    assert out_endpoint is not None and in_endpoint is not None

    return dev, out_endpoint, in_endpoint

接下来，我们编写一个函数来发送指令到Arduino开发板：

def send_command(dev, out_endpoint, command):
    dev.write(out_endpoint.bEndpointAddress, command)

最后，我们编写一个函数来接收Arduino开发板发送的数据：

def receive_data(dev, in_endpoint):
    return dev.read(in_endpoint.bEndpointAddress, in_endpoint.wMaxPacketSize)

现在，我们可以调用以上定义的函数来实现LED控制的功能。下面是一个完整的Python脚本示例：

import usb.core
import usb.util

VENDOR_ID = 0x2341
PRODUCT_ID = 0x0043

def connect_to_arduino():
    dev = usb.core.find(idVendor=VENDOR_ID, idProduct=PRODUCT_ID)

    if dev is None:
        raise ValueError("Device not found")

    dev.set_configuration()

    cfg = dev.get_active_configuration()
    interface_number = cfg[(0, 0)].bInterfaceNumber
    alternate_setting = usb.control.get_interface(interface_number)
    intf = usb.util.find_descriptor(
        cfg, bInterfaceNumber = interface_number,
        bAlternateSetting = alternate_setting
    )

    out_endpoint = usb.util.find_descriptor(
        intf,
        custom_match = lambda e: \
            usb.util.endpoint_direction(e.bEndpointAddress) == \
            usb.util.ENDPOINT_OUT
    )

    in_endpoint = usb.util.find_descriptor(
        intf,
        custom_match = lambda e: \
            usb.util.endpoint_direction(e.bEndpointAddress) == \
            usb.util.ENDPOINT_IN
    )

    assert out_endpoint is not None and in_endpoint is not None

    return dev, out_endpoint, in_endpoint

def send_command(dev, out_endpoint, command):
    dev.write(out_endpoint.bEndpointAddress, command)

def receive_data(dev, in_endpoint):
    return dev.read(in_endpoint.bEndpointAddress, in_endpoint.wMaxPacketSize)

if __name__ == "__main__":
    dev, out_endpoint, in_endpoint = connect_to_arduino()

    while True:
        # 发送指令控制LED灯
        command = input("Enter command (1 for on, 0 for off): ")
        send_command(dev, out_endpoint, command.encode('utf-8'))

        # 接收Arduino的返回数据
        data = receive_data(dev, in_endpoint)
        print(f"Received data: {data}")

在上述代码中，我们与Arduino开发板建立USB串口通信，并通过发送指令来控制LED的开关状态。我们不断循环发送指令，并接收Arduino开发板发送的数据。