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用 Python 玩转串口(基于 pySerial)

阳宾实
2023-12-01

引言

对于嵌入式设备,串口可谓是最常用的接口。在裸机编程中,串口通常用于输出程序的运行或调试信息;在嵌入式操作系统中,串口通常会作为系统的控制台接口。如果掌握了Python操作串口的方法,那我们就可以利用Python强大的数据处理能力,快速开发出许多好用的工具。

串口的基本操作

在使用 Python 之前,我们先回想一下平时我们是如何使用串口的。总结来说,无非就是下面几个步骤:
首先,我们需要确定要使用的串口号。
其次,配置波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、DTR/DSR、RTS/CTS 和 XON/XOFF。
第三,打开串口。
第四,收发数据。
第五,关闭串口。
接下来,我们就来研究下用 Python 怎么实现上面的这些步骤。

初识 pySerial

pySerial 是 Python 中用于操作串口的第三方模块,它支持 Windows、Linux、OSX、BSD等多个平台。如果要使用 pySerial 模块,首先必须保证 Python 版本高于 Python 2.7 或者 Python 3.4。另外,如果你是用的是 Windows 系统,那必须使用 Win7 及以上的版本。
pySerial 的安装很简单,只需要执行一条命令:pip install pyserial
安装完成后,只需要在 Python 代码中使用 import serial 语句导入该模块即可。

确定串口号

import serial
import serial.tools.list_ports

# 获取所有串口设备实例。
# 如果没找到串口设备,则输出:“无串口设备。”
# 如果找到串口设备,则依次输出每个设备对应的串口号和描述信息。
ports_list = list(serial.tools.list_ports.comports())
if len(ports_list) <= 0:
    print("无串口设备。")
else:
    print("可用的串口设备如下:")
    for comport in ports_list:
        print(list(comport)[0], list(comport)[1])

运行结果:

可用的串口设备如下:
COM4 蓝牙链接上的标准串行 (COM4)
COM6 蓝牙链接上的标准串行 (COM6)
COM5 蓝牙链接上的标准串行 (COM5)
COM18 Prolific PL2303GT USB Serial COM Port (COM18)
COM17 Prolific USB-to-Serial Comm Port (COM17)
COM3 蓝牙链接上的标准串行 (COM3)

配置串口 & 打开串口

pySerial 配置和打开串口有两种方式,第一种方式是在调用函数接口打开串口时传入配置参数,第二种方式是先配置参数,然后再打开串口。这两种方式操作的效果一样,此处我们只介绍第一种。

# 方式1:调用函数接口打开串口时传入配置参数
import serial

ser = serial.Serial("COM17", 115200)    # 打开COM17,将波特率配置为115200,其余参数使用默认值
if ser.isOpen():                        # 判断串口是否成功打开
    print("打开串口成功。")
    print(ser.name)    # 输出串口号
else:
    print("打开串口失败。")

在使用 serial.Serial() 创建串口实例时,可以传入的参数很多,常用的参数如下(默认值用红色标记):

  • port - 串口设备名或 None
  • baudrate - 波特率,可以是50, 75, 110, 134, 150, 200, 300, 600, 1200, 1800, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800, 500000, 576000, 921600, 1000000, 1152000, 1500000, 2000000, 2500000, 3000000, 3500000, 4000000。
  • bytesize - 数据位,可取值为:FIVEBITS, SIXBITS, SEVENBITS, EIGHTBITS
  • parity - 校验位,可取值为:PARITY_NONE, PARITY_EVEN, PARITY_ODD, PARITY_MARK, PARITY_SPACE。
  • stopbits - 停止位,可取值为:STOPBITS_ONE, STOPBITS_ONE_POINT_FIVE, STOPBITS_TOW。
  • xonxoff - 软件流控,可取值为 True, False
  • rtscts - 硬件(RTS/CTS)流控,可取值为 True, False
  • dsr/dtr - 硬件(DSR/DTR)流控,可取值为 True, False
  • timeout - 读超时时间,可取值为 None, 0 或者其他具体数值(支持小数)。当设置为 None 时,表示阻塞式读取,一直读到期望的所有数据才返回;当设置为 0 时,表示非阻塞式读取,无论读取到多少数据都立即返回;当设置为其他数值时,表示设置具体的超时时间(以秒为单位),如果在该时间内没有读取到所有数据,则直接返回。
  • write_timeout: 写超时时间,可取值为 None, 0 或者其他具体数值(支持小数)。参数值起到的效果参考 timeout 参数。
import serial

# 打开 COM17,将波特率配置为115200,数据位为7,停止位为2,无校验位,读超时时间为0.5秒。
ser = serial.Serial(port="COM17",
                    baudrate=115200,
                    bytesize=serial.SEVENBITS,
                    parity=serial.PARITY_NONE,
                    stopbits=serial.STOPBITS_TWO,
                    timeout=0.5) 

关闭串口

关闭串口很简单,直接调用 close() 方法即可。

import serial

ser = serial.Serial("COM17", 115200)    # 打开 COM17,将波特率配置为115200,其余参数使用默认值
if ser.isOpen():                        # 判断串口是否成功打开
    print("打开串口成功。")
else:
    print("打开串口失败。")

ser.close()
if ser.isOpen():                        # 判断串口是否关闭
    print("串口未关闭。")
else:
    print("串口已关闭。")

发送数据 write()

关于write() 方法,需要了解如下几点:
① write() 方法只能发送 bytes 类型的数据,所以需要对字符串进行 encode 编码。
② write() 方法执行完成后,会将发送的字节数作为返回值。
③ 在打开串口时,可以为 write() 方法配置超时时间

import serial

# 打开 COM17,将波特率配置为115200.
ser = serial.Serial(port="COM17", baudrate=115200)

# 串口发送 ABCDEFG,并输出发送的字节数。
write_len = ser.write("ABCDEFG".encode('utf-8'))
print("串口发出{}个字节。".format(write_len))

ser.close()

读取数据 read()

关于 read() 方法,需要了解如下几点:
① read() 方法默认一次读取一个字节,可以通过传入参数指定每次读取的字节数。
② read() 方法会将读取的内容作为返回值,类型为 bytes。
③ 在打开串口时,可以为 read() 方法配置超时时间。

import serial

# 打开 COM17,将波特率配置为115200, 读超时时间为1秒
ser = serial.Serial(port="COM17", baudrate=115200, timeout=1)

# 读取串口输入信息并输出。
while True:
    com_input = ser.read(10)
    if com_input:   # 如果读取结果非空,则输出
        print(com_input)

ser.close()

总结

以上就是对 pySerial 模块使用方法的简单总结,如果想要了解更多 pySerial 细节,可以参考 pySerial官方文档

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