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第十六章 串口通信
16.1 串口通信基础
串口通信主要通过DB9接口，适用于短距离（<10米）。关键参数包括：
- 波特率：每秒传输bit数，如9600。
- 数据位：信息包中的有效数据位数。
- 停止位：单个包的最后一位，通常为1或2位。
- 奇偶校验位：检错方式，分偶、奇校验。
16.1.1 QtSerialPort模块简介
QtSerialPort是QT5的附加模块，为硬件和虚拟串口提供接口。它简化串口应用开发，提供配置、I/O操作等功能。
使用QtSerialPort，需包含以下头文件：
#include <QSerialPortInfo>
#include <QSerialPort>并在.pro文件中添加：
QT += serialportQSerialPort类用于访问串口，
QSerialPortInfo用于获取串口信息。
可通过setPort()或setPortName()设置要访问的串口。
使用open()和close()打开和关闭串口。
串口打开后，可使用setBaudRate()等函数重新配置。
waitForReadyRead()和waitForBytesWritten()用于阻塞操作。
16.1.2 QSerialPort 成员函数
构造函数：
// 构造一个未初始化的QSerialPort对象，可选指定父对象
QSerialPort::QSerialPort(QObject *parent = nullptr) // 构造并初始化QSerialPort对象，指定端口名和可选的父对象
QSerialPort::QSerialPort(const QString &name, QObject *parent = nullptr) // 构造并初始化QSerialPort对象，根据QSerialPortInfo指定端口信息和可选的父对象
QSerialPort::QSerialPort(const QSerialPortInfo &serialPortInfo, QObject *parent = nullptr)关键方法：
bool atEnd() const：检查是否有数据可读。
qint64 bytesAvailable() const：返回可读数据字节数。
qint64 bytesToWrite() const：返回可写数据字节数。
void close()：关闭串口。
void setPort(const QSerialPortInfo &serialPortInfo)：设置串口信息。
void setPortName(const QString &name)：设置串口名。
//波特率改变时触发信号
[signal] void baudRateChanged(qint32 baudRate, //新的波特率
QSerialPort::Directions directions) //波特率用于哪方
/*检查是否有数据可读,无数据可读返回true*/
[virtual] bool QSerialPort::atEnd() const;/*波特率改变后，信号触发*/
[signal] void QSerialPort::baudRateChanged(qint32 baudRate, //新的波特率QSerialPort::Directions directions) //波特率用于哪方
/*
QSerialPort::AllDirections //默认,表示读写方向都应用此波特率
QSerialPort::Input //仅用于输入方向
QSerialPort::Output //仅用于输出方向
*//*返回可读数据的字节数*/
[virtual] qint64 QSerialPort::bytesAvailable() const;/*返回可写数据的字节数*/
[virtual] qint64 QSerialPort::bytesToWrite() const;/*关闭串口*/
[virtual] void QSerialPort::close();/*设置串口端口信息为 serialPortInfo*/
void QSerialPort::setPort(const QSerialPortInfo &serialPortInfo);/*设置串口名为name*/
void QSerialPort::setPortName(const QString &name);16.2 QSerialPortInfo
16.2.1 QSerialPortInfo 简介
QSerialPortInfo 类用于提供系统中已有串口设备的信息。可通过其静态成员函数获取代表各串口的 QSerialPortInfo 对象链表。每个对象包含端口的详细信息，如端口名、系统位置、描述、制造商等，并可用于配置 QSerialPort 对象。
16.2.2 QSerialPortInfo 成员函数
构造函数
QSerialPortInfo(const QSerialPort &port);
QSerialPortInfo(const QString &name);
QSerialPortInfo(const QSerialPortInfo &other);静态成员函数
static QList<QSerialPortInfo> availablePorts(); // 返回可用串口链表
static QList<qint32> standardBaudRates(); // 返回标准波特率链表成员函数
QString description() const; // 返回串口描述
bool hasProductIdentifier() const; // 是否有生产编码
bool hasVendorIdentifier() const; // 是否有制造商编码
bool isBusy() const; // 串口是否正忙
QString manufacturer() const; // 返回制造商名称
QString portName() const; // 返回串口名称
quint16 productIdentifier() const; // 返回生产编码
QString serialNumber() const; // 返回序列号
QString systemLocation() const; // 返回系统位置
quint16 vendorIdentifier() const; // 返回制造商编码
void swap(QSerialPortInfo &other); // 交换两个对象16.3 实现简易串口
打开/关闭串口：
当点击“打开串口”按钮时，配置串口参数并尝试打开串口。如果成功，禁用串口配置ComboBox，启用发送按钮，并更改按钮文本为“关闭串口”。
同时连接串口的 readyRead信号到 readData槽函数。
当点击“关闭串口”按钮时（即串口已打开状态），关闭串口，重新启用串口配置ComboBox，更改按钮文本为“打开串口”，并禁用发送按钮。
数据发送与接收：
点击发送按钮时，将发送文本框中的内容以Latin1编码写入串口。
点击清空接收/发送数据按钮时，清空相应的文本框内容。
当串口有数据可读时，readData槽函数被调用，读取所有可用数据，并将其追加到接收文本框中。
#ifndef MAINWINDOW_H // 防止头文件重复包含，如果已定义MAINWINDOW_H则不再次包含
#define MAINWINDOW_H // 包含必要的Qt库头文件
#include <QMainWindow> // 主窗口类
#include <QSerialPort> // 串口通信类
#include <QSerialPortInfo> // 串口信息类，用于获取系统中可用的串口信息
#include <QList> // 用于存储串口信息列表
#include <QDebug> // 用于调试输出 // Ui命名空间，包含UI类的声明（通常由Qt Designer生成）
namespace Ui {
class MainWindow;
} // MainWindow类，继承自QMainWindow
class MainWindow : public QMainWindow { Q_OBJECT // 使用Qt的宏，允许该类使用信号和槽机制 public: // 构造函数，explicit关键字防止隐式转换 explicit MainWindow(QWidget *parent = 0); // 析构函数 ~MainWindow(); private slots: // 私有槽函数，用于处理UI按钮点击事件 void on_btn_openConsole_clicked(); // 打开控制台按钮点击事件处理 void on_btn_send_clicked(); // 发送按钮点击事件处理 void on_btn_clearRecv_clicked(); // 清空接收区按钮点击事件处理 void on_btn_clearSend_clicked(); // 清空发送区按钮点击事件处理 void readData(); // 读取串口数据 private: // Ui类的指针，用于访问UI元素 Ui::MainWindow *ui; // QSerialPort类的指针，用于串口通信 QSerialPort *serial;
}; #endif // MAINWINDOW_H // 结束头文件保护#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h" // 定义一个静态常量字符串，用于表示“不可用”或“无数据”的情况
static const char blankString[] = QT_TRANSLATE_NOOP("SettingsDialog", "N/A"); // MainWindow类的构造函数实现
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) : QMainWindow(parent), // 调用基类的构造函数 ui(new Ui::MainWindow) { // 初始化UI类的指针 ui->setupUi(this); // 设置UI界面 // 初始化串口类的指针 serial = new QSerialPort; // 用于存储串口描述、制造商、序列号等信息的字符串 QString description; QString manufacturer; QString serialNumber; // 获取系统中可用的串口信息列表 QList<QSerialPortInfo> serialPortInfos = QSerialPortInfo::availablePorts(); // 输出当前系统可以使用的串口个数 qDebug() << "Total numbers of ports: " << serialPortInfos.count(); // 遍历所有可用的串口信息，并将其添加到ComboBox中 for (const QSerialPortInfo &serialPortInfo : serialPortInfos) { QStringList list; // 用于存储串口信息的字符串列表 description = serialPortInfo.description(); // 获取串口描述 manufacturer = serialPortInfo.manufacturer(); // 获取制造商信息 serialNumber = serialPortInfo.serialNumber(); // 获取序列号 // 将串口的相关信息添加到列表中，如果信息为空则使用blankString代替 list << serialPortInfo.portName() << (!description.isEmpty() ? description : blankString) << (!manufacturer.isEmpty() ? manufacturer : blankString) << (!serialNumber.isEmpty() ? serialNumber : blankString) << serialPortInfo.systemLocation() << (serialPortInfo.vendorIdentifier() ? QString::number(serialPortInfo.vendorIdentifier(), 16) : blankString) << (serialPortInfo.productIdentifier() ? QString::number(serialPortInfo.productIdentifier(), 16) : blankString); // 将串口名称作为第一项，其余信息作为关联数据添加到ComboBox中 ui->comboBox_serialPort->addItem(list.first(), list); } // 添加一个自定义选项到串口ComboBox中 ui->comboBox_serialPort->addItem(tr("custom")); // 设置波特率的ComboBox选项 ui->comboBox_baudRate->addItem(QStringLiteral("9600"), QSerialPort::Baud9600); ui->comboBox_baudRate->addItem(QStringLiteral("19200"), QSerialPort::Baud19200); ui->comboBox_baudRate->addItem(QStringLiteral("38400"), QSerialPort::Baud38400); ui->comboBox_baudRate->addItem(QStringLiteral("115200"), QSerialPort::Baud115200); ui->comboBox_baudRate->addItem(tr("Custom")); // 设置数据位的ComboBox选项 ui->comboBox_dataBits->addItem(QStringLiteral("5"), QSerialPort::Data5); ui->comboBox_dataBits->addItem(QStringLiteral("6"), QSerialPort::Data6); ui->comboBox_dataBits->addItem(QStringLiteral("7"), QSerialPort::Data7); ui->comboBox_dataBits->addItem(QStringLiteral("8"), QSerialPort::Data8); ui->comboBox_dataBits->setCurrentIndex(3); // 默认选择8数据位 // 设置奇偶校验位的ComboBox选项 ui->comboBox_parity->addItem(tr("None"), QSerialPort::NoParity); ui->comboBox_parity->addItem(tr("Even"), QSerialPort::EvenParity); ui->comboBox_parity->addItem(tr("Odd"), QSerialPort::OddParity); ui->comboBox_parity->addItem(tr("Mark"), QSerialPort::MarkParity); ui->comboBox_parity->addItem(tr("Space"), QSerialPort::SpaceParity); // 设置停止位的ComboBox选项 ui->comboBox_stopBit->addItem(QStringLiteral("1"), QSerialPort::OneStop); ui->comboBox_stopBit->addItem(QStringLiteral("2"), QSerialPort::TwoStop); // 设置流控的ComboBox选项 ui->comboBox_flowBit->addItem(tr("None"), QSerialPort::NoFlowControl); ui->comboBox_flowBit->addItem(tr("RTS/CTS"), QSerialPort::HardwareControl); ui->comboBox_flowBit->addItem(tr("XON/XOFF"), QSerialPort::SoftwareControl); // 初始禁用发送按钮 ui->btn_send->setEnabled(false);
} // MainWindow类的析构函数实现
MainWindow::~MainWindow() { delete ui; // 释放UI类的指针所指向的内存
} // 打开串口按钮的槽函数实现
void MainWindow::on_btn_openConsole_clicked() { qDebug() << ui->btn_openConsole->text(); // 输出按钮的当前文本 if (ui->btn_openConsole->text() == tr("打开串口")) { // 配置串口参数 serial->setPortName(ui->comboBox_serialPort->currentText()); // 设置串口名称 serial->setBaudRate(ui->comboBox_baudRate->currentText().toInt()); // 设置波特率 serial->setDataBits(QSerialPort::Data8); // 设置数据位 serial->setParity(QSerialPort::NoParity); // 设置奇偶校验位 serial->setStopBits(QSerialPort::OneStop); // 设置停止位 serial->setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl); // 设置流控 // 尝试打开串口 if (serial->open(QIODevice::ReadWrite)) { // 禁用串口配置相关的ComboBox ui->comboBox_baudRate->setEnabled(false); ui->comboBox_dataBits->setEnabled(false); ui->comboBox_flowBit->setEnabled(false); ui->comboBox_parity->setEnabled(false); ui->comboBox_serialPort->setEnabled(false); ui->comboBox_stopBit->setEnabled(false); // 启用发送按钮 ui->btn_send->setEnabled(true); // 更改按钮文本 ui->btn_openConsole->setText(tr("关闭串口")); // 连接串口的readyRead信号到readData槽函数 connect(serial, &QSerialPort::readyRead, this, &MainWindow::readData); } } else { // 关闭串口 serial->close(); // 关闭串口连接 // 重新启用串口配置相关的ComboBox ui->comboBox_baudRate->setEnabled(true); ui->comboBox_dataBits->setEnabled(true); ui->comboBox_flowBit->setEnabled(true); ui->comboBox_parity->setEnabled(true); ui->comboBox_serialPort->setEnabled(true); ui->comboBox_stopBit->setEnabled(true); // 更改按钮文本 ui->btn_openConsole->setText(tr("打开串口")); // 禁用发送按钮 ui->btn_send->setEnabled(false); }
} // 发送数据按钮的槽函数实现
void MainWindow::on_btn_send_clicked() { // 将发送文本框中的内容以Latin1编码写入串口 serial->write(ui->textEdit_send->toPlainText().toLatin1());
} // 清空接收数据按钮的槽函数实现
void MainWindow::on_btn_clearRecv_clicked() { ui->textEdit_recv->clear(); // 清空接收文本框的内容
} // 清空发送数据按钮的槽函数实现
void MainWindow::on_btn_clearSend_clicked() { ui->textEdit_send->clear(); // 清空发送文本框的内容
} // 读取串口数据的槽函数实现
void MainWindow::readData() { QByteArray buf; // 定义一个字节数组用于存储读取到的数据 qDebug() << "readData: " << endl; // 输出调试信息 buf = serial->readAll(); // 从串口读取所有可用数据 if (!buf.isEmpty()) { // 如果读取到的数据不为空 QString str = ui->textEdit_recv->toPlainText(); // 获取接收文本框的当前内容 str += tr(buf); // 将读取到的数据追加到字符串中（注意：这里tr的使用可能是不必要的，除非需要翻译字节数组的内容） ui->textEdit_recv->clear(); // 清空接收文本框的内容 ui->textEdit_recv->append(str); // 将更新后的字符串添加到接收文本框中 }
}
