Python串口通訊詳解

一、串口通訊基礎概念

串口通訊是在計算機內部和外界設備通信時，利用串口（serial port）進行數據傳輸的一種通訊方式。串口是計算機通訊接口之一，在計算機硬件中一般指常見的RS232串口（其他類型如RS485、RS422等串口較為少用）。

串口通訊涉及到的概念包括波特率、數據位、停止位、奇偶校驗位。波特率用於表示傳輸速率，也就是每秒鐘發送的數據字節數。數據位指的是每個數據字節所包含的二進制位數，常見的有7位、8位。停止位用於表示每個數據字節之間的停止時間，常見的有1位和2位。奇偶校驗位用於識別數據傳輸中的錯誤。

二、Python通過PySerial實現串口通訊

Python中有許多第三方庫可用於串口通訊，其中最常用的就是PySerial。PySerial是Python下操作串口通訊的模塊，安裝方法為：

pip install pyserial

使用PySerial模塊，需要從serial模塊中導入Serial類，通過該類的實例化對象來完成串口的打開、讀寫和關閉等操作。具體操作方法如下：

import serial

# 打開串口
ser = serial.Serial('COM1', 9600)

# 向串口發送數據
ser.write(b'hello')

# 讀取串口數據
data = ser.read(10)

# 關閉串口
ser.close()

三、利用Python實現串口通訊

接下來，我們可以基於PySerial模塊，來實現一個簡單的串口通訊程序。具體代碼如下：

import serial

ser = serial.Serial('COM1', 9600) # 打開串口
print('串口已打開')

try:
    while True:
        data = ser.readline().decode()  # 讀入串口數據
        if data:
            print('接收到數據：', data.strip())  # 顯示串口數據
except KeyboardInterrupt:
    pass

ser.close()  # 關閉串口
print('串口已關閉')

在這個示例代碼中，我們通過循環可以不斷從串口中讀取數據，並將其進行實時顯示。如果要向串口中發送數據，也可以通過調用Serial類的write()方法實現。

四、應用實例：串口控制LED燈

最後，我們來嘗試將Python串口通訊運用到具體項目中，通過串口控制LED燈的開關。

步驟如下：

1. 硬件連接：將串口的TX連接到控制板的RX，RX連接到TX。將控制板的高電平與LED正極相連接，負極與GND相接。
2. 編寫控制板程序：編寫控制板程序，解析接收到的串口指令，控制LED的開關。
3. 編寫Python程序：在PC上使用Python編寫串口發送程序，向控制板發送開關指令。

控制板程序代碼如下（Arduino）：

int ledPin = 13;

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // 串口初始化
  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // 將LED接口設為輸出
}

void loop() {
  while (Serial.available()) {  // 判斷串口是否有數據
    char command = Serial.read();  // 讀入數據
    if (command == '1') {  // 控制開關
      digitalWrite(ledPin, HIGH);
      Serial.write("LED已打開\n");
    } else if (command == '0') {
      digitalWrite(ledPin, LOW);
      Serial.write("LED已關閉\n");
    }
  }
}

Python程序代碼如下：

import serial
import time

ser = serial.Serial('COM1', 9600) # 打開串口
print('串口已打開')

try:
    while True:
        command = input('請輸入指令：')
        ser.write(command.encode())  # 發送控制指令
        time.sleep(1)  # 等待設備響應
    
except KeyboardInterrupt:
    pass

ser.close()  # 關閉串口
print('串口已關閉')

在執行完上述兩個程序後，即可通過Python程序向控制板發送指令，從而控制LED的開關狀態。