全網最適合入門的面向對象編程教程：04 類和對象的 Python 實現-為自定義類添加方法（PySerial 庫接收串口數據）

本文我們主要講解了如何為自定義類添加方法，pyseria 庫的基本使用（串口數據收發、serial.Serial 類的屬性和方法），VSPDPro 虛擬串口軟件使用方法等，并使用自定義的串口類和 PC 主機進行串口數據收發。

全網最適合入門的面向對象編程教程：04 類和對象的 Python 實現-為自定義類添加方法（PySerial 庫接收串口數據）

摘要：

本文我們主要講解了如何為自定義類添加方法，pyseria 庫的基本使用（串口數據收發、serial.Serial 類的屬性和方法），VSPDPro 虛擬串口軟件使用方法等，并使用自定義的串口類和 PC 主機進行串口數據收發。

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文檔和代碼獲取

可訪問如下鏈接進行對文檔下載：

https://github.com/leezisheng/Doc

本文檔主要介紹如何使用 Python 進行面向對象編程，需要讀者對 Python 語法和單片機開發具有基本了解。相比其他講解 Python 面向對象編程的博客或書籍而言，本文檔更加詳細、側重于嵌入式上位機應用，以上位機和下位機的常見串口數據收發、數據處理、動態圖繪制等為應用實例，同時使用 Sourcetrail 代碼軟件對代碼進行可視化閱讀便于讀者理解。

相關示例代碼獲取鏈接如下：https://github.com/leezisheng/Python-OOP-Demo

正文

可以看到上一小節，我們為 SerialClass 類添加了串口設備名、波特率、數據位等串口相關的屬性，但是注意到面向對象編程的重點在于不同對象之間的交互。我們感興趣的是，觸發某些行為可以使屬性發生變化或與外界產生交互。在類中定義函數就相當于定義類的方法，回想一下我們在單片機上使用串口時往往進行打開串口、發送數據、接收數據和關閉串口等操作，在 PC 端串口操作與單片機上類似。這里我們先為類添加方法，具體實現先省略，代碼如下：

class SerialClass:

    _# 注意：特殊方法“__init__”前后分別有兩個下劃線！！！_
    def __init__(self,port,baudrate,bytesize,parity,stopbits):
        self.devport        = port
        self.devbaudrate    = baudrate
        self.devbytesize    = bytesize
        self.devparity      = parity
        self.devstopbits    = stopbits

    _# 打開串口_
    def OpenSerial(self):
        _# __TODO:__打開串口方法待完成_
        pass

    _# 關閉串口_
    def CloseSerial(self):
        _# __TODO:__打開串口方法待完成_
        pass

    _# 串口讀取_
    def ReadSerial(self):
        _# __TODO:__串口讀取方法待完成_
        pass

    _# 串口寫入_
    def WriteSerial(self):
        _# __TODO:__串口寫入方法待完成_
        pass

這時，我們可以利用 dir(obj)方法獲得類的對象實例的所有屬性和方法名，dir(obj)返回一個 list。我們使用 for 循環打印，代碼如下：

_# serdev是SerialClass類的一個實例化對象_
for item in dir(serdev):
    print(item)

可以看到，我們已經給串口類添加了具體方法，這里，你可能會問，那這些方法具體該怎么實現呢？難道說要我們調操作系統的驅動函數讀取串口、造輪子對數據解析？當然不可能，Python 強大的第三方庫什么都有，這不，它來了：

pyserial，一個實用的串口通信 python 庫

pySerial 是 Python 中用于操作串口的第三方模塊，它支持 Windows、Linux、OSX、BSD 等多個平臺。如果要使用 pySerial 模塊，首先必須保證 Python 版本高于 Python 2.7 或者 Python 3.4。另外，如果你是用的是 Windows 系統，那必須使用 Win7 及以上的版本。

pySerial 的安裝很簡單，只需要執行一條命令：pip install pyserial。安裝完成后，只需要在 Python 代碼中使用** import serial **語句導入該模塊即可。

pySerial 中主要的類就是 class serial.Serial，官方文檔說明如下：

常用參數含義如下：

參數名稱	含義
port	定義設備名稱
baudrate	波特率：波特率是指串口通信中每秒鐘傳輸的符號數，單位是波特（baud）。它決定了數據傳輸的速度和效率。在串口通信中，收發雙方必須使用相同的波特率才能正常通信。典型值為：9600, 19200, 38400, 57600, 115200。
bytesize	數據位：數據位是指在每個數據包中傳輸的實際數據位數。它表示每個數據包中攜帶的有效信息量。常見的數據位長度有 5 位、7 位和 8 位。典型值為： FIVEBITS, SIXBITS, SEVENBITS, EIGHTBITS。
parity	設置校驗位，奇偶校驗是一種錯誤檢測方式，用于檢查數據傳輸過程中是否出現錯誤，可選擇偶校驗或奇校驗。典型值為：PARITY_NONE, PARITY_EVEN, PARITY_ODD PARITY_MARK, PARITY_SPACE。
stopbits	停止位是指在數據包的末尾添加的一個額外的位，用于標識一個數據包的結束。停止位的長度可以是 1 位、1.5 位或 2 位。典型值為： STOPBITS_ONE, STOPBITS_ONE_POINT_FIVE, STOPBITS_TWO。
timeout	設置讀取超時值（以秒為單位）：可選參數為-0、None、x。
write_timeout	設置寫入超時值（以秒為單位）：可選參數為-0、None、x。timeout = None：永遠等待/直到收到請求的字節數。timeout = 0：非阻塞模式，任何情況下立即返回，返回零個或多個，最多可達請求的字節數。

serial.Serial 類常用方法如下：

方法名稱	作用
serial.open()	打開串口
serial.close()	關閉串口
serial.isOpen()	判斷串口是否打開
serial.write(data)	寫串口數據 data
serial.read(size)	讀串口 size 個數據
serial.flushInput()	清除輸入緩沖區數據
serial.flushOutput()	中止當前輸出并清除輸出緩沖區數據
serial.inWaiting()	判斷當前接收的數據
serial.readline()	讀一行數據，以/n 結束，要是沒有/n 就一直讀，阻塞

接下來看我們的示例代碼：

class SerialClass:
    def __init__(self,devport,devbaudrate,devbytesize,devparity,devstopbits):
        _# 直接傳入serial.Serial()類_
        self.dev             = serial.Serial()
        self.dev.port        = devport
        self.dev.baudrate    = devbaudrate
        self.dev.bytesize    = devbytesize
        self.dev.parity      = devparity
        self.dev.stopbits    = devstopbits

    def OpenSerial(self):
        self.dev.open()

    def CloseSerial(self):
        self.dev.close()

    def ReadSerial(self):
        _# 非阻塞方式按行讀取_
        data = self.dev.readline()
        _# 收到為二進制數據，用utf-8編碼將二進制數據解碼為unicode字符串_
        _# 字符串轉為int類型_
        data = int(data.decode('utf-8', 'replace'))
        return data

    def WriteSerial(self,write_data):
        _# 非阻塞方式寫入_
        self.dev.write(write_data.encode())
        _# write的輸入參數必須是bytes 格式，_
        _# 字符串數據需要encode()函數將其編碼為二進制數據_
        _# \r\n表示換行回車_
        self.dev.write('\r\n'.encode())

這里可以看到，為方便講解，我們直接調用 pyserial 庫中函數完成串口的打開關閉和讀寫等功能：

在初始化函數中，我們定義 self.dev 屬性為串口設備，用其接收串口對象，相當于 self.dev 就是 serial.Serial 類的實例對象，其后用其他入參給 self.dev 設置串口通信參數，完成串口設備對象的創建；
在打開串口和關閉串口函數中，我們使用 self.dev.open()、self.dev.close()語句，相當于直接調用 serial.open()和 serial.close()方法；
重點就在收發函數中，需要特別注意的有兩點：

① 串口接收到的是二進制數據，如果接收到的 data 全是英文，就需要用 utf-8 編碼將二進制數據解碼為 unicode 字符串。如果 data 里包含中文，則最好以 gb18030 編碼將二進制數據解碼為 unicode 字符串。同時，有時候由于帶中文，或者由于串口的傳輸線纜出現接觸不良等原因，會產生錯誤或者亂碼，如果直接解碼，就會報錯，為了能夠順暢的解碼串口打印，避免這種情況發送，decode 的參數里加上“replace”即可。它實現的作用是，如果解碼的過程中遇到錯誤，會自動以問號?代替解碼失敗的字符。

② 在串口發送中，pyserial 的文檔注明了，write 的輸入參數必須是 bytes 格式的（也就是二進制數據），python3 里對字符串和二進制數據流有明確的區分，文本總是 unicode 編碼儲存的，由 str 類型表示。二進制數據則由 bytes 類型表示，所以字符串數據需要 encode()函數將其編碼為二進制數據，然后才可以順利發送。

串口類的方法已然寫好，接下來如果進行測試呢？我們需要買一個單片機和 usb 轉 ttl 模塊連接電腦，進行串口類的方法測試？（當然不是，開個玩笑）

在寫與單片機通信的上位機軟件時，如果使用單片機的串口來實際調試，那么我們至少還需要一個 USB 轉串口，這樣才能讓單片機和電腦串口通訊，接著我們還需要在單片機上運行程序和串口相關的程序，以便我們知道數據傳輸的狀態，這無疑加大的開發的難度。這里，我們使用虛擬串口軟件即可，虛擬串口軟件是一種模擬物理串行接口的軟件，它完全復制了硬件 COM 接口的功能，并且將被操作系統和串行應用程序識別為真實端口。現實生活中，虛擬串口用處很多。比如：你的應用程序檢測串行輸入數據的時候，方便調試。還比如：多個有應用程序之間使用串口通信。

這里我們使用 VSPDProv6.9 軟件，創建虛擬串口，軟件下載安裝教程點擊鏈接：https://www.xue51.com/soft/9349.html

這里我們創建兩個相互連接的串口 com11 和 com17，虛擬的串口需要成對創建，來指明他們的連接關系，就好比各種連接線的公投和母頭一樣。我們建立好虛擬串口連接以后，就可以使用它們來通訊了，我們可以選擇任意一個串口助手軟件來與我們寫的 python 串口類進行通信。這里，我們選擇 xcom 軟件進行測試，xcom 軟件的安裝下載教程可以點擊鏈接： https://blog.csdn.net/qq_41573860/article/details/103796913

打開 xcom 軟件，我們先進行相關串口參數的配置，具體如下圖所示：

此時，我們在 Python 程序中，創建串口設備實例，連接 com17，代碼如下：

_# 生成串口類的實例_
serdev = SerialClass(devport     = "COM17",
                     devbaudrate = 115200,
                     devbytesize = serial.EIGHTBITS,    _# 數據位長度為8位_
                     devparity   = serial.PARITY_NONE,  _# 無奇偶校驗_
                     devstopbits = serial.STOPBITS_ONE  _# 1位停止位_
                    )

我們首先嘗試使用 Python 完成串口發送功能，這里我們定義了一個 count 計數變量，初始值為 0，每次發送完成后遞增，循環 100 次后關閉串口，代碼如下：

serdev.OpenSerial()
count = 0
while True:
    # 必須使用全局變量，不然每次循環都是一個新的count
    # 關于原因可以自行查看變量的生存期和作用域相關知識點
    count = count + 1
    serdev.WriteSerial(str(count))
    if(count == 100):
        break
serdev.CloseSerial()
print("device close")

運行結果如下：

接下來，我們嘗試使用 Python 完成串口接收功能，我們在 xcom 中定時發送，在 Python 中輪詢接收并打印接收的數據，這里我們導入 time 庫，打印接收時間。time 庫是 Python 中處理時間的標準庫，是最基礎的時間處理庫。time 庫主要用于計時和獲取系統時間，time.ctime()函數用于獲取當前世界統一時間，形式為“星期-月份-當月號-時-分-秒-年份”。

示例代碼和配置如下：

import time
while True:
    data = serdev.ReadSerial()
    print("serdev recieve %d"%data)
    print("recieve time:"+str(time.ctime()))

運行結果如下：

posted @ 2024-06-29 02:12 FreakStudio 閱讀(273) 評論(0) 收藏舉報

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