基于Python語(yǔ)言的串行通信實(shí)現(xiàn)方法分析

史記征 崔俊

摘要：在單片機(jī)、嵌入式等課程的教學(xué)過程中，串行通信是最基礎(chǔ)、最重要的知識(shí)點(diǎn)之一。在以往的教學(xué)中，常使用串口調(diào)試助手作為聯(lián)調(diào)工具，由于其源代碼不開源，不利于學(xué)生對(duì)串行通信原理的理解。該文利用Python語(yǔ)言第三方庫(kù)設(shè)計(jì)、開發(fā)串口調(diào)試上位機(jī)，并實(shí)現(xiàn)與CC2530單片機(jī)進(jìn)行串行通信，有利于老師的教學(xué)和學(xué)生對(duì)串行通信知識(shí)的掌握。

關(guān)鍵詞：串行通信;Python語(yǔ)言;CC2530單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TP393? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）16-0024-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線，按二進(jìn)制位對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信，在電子類課程中有較為廣泛的應(yīng)用。

1 Python語(yǔ)言中串行通信背景

1.1 Python語(yǔ)言的特點(diǎn)

吉多·范羅蘇姆（ Guido Van Rossum）作為Python語(yǔ)言的設(shè)計(jì)發(fā)明者，于1990年發(fā)布了Python的第一個(gè)版本。作為一種計(jì)算機(jī)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，Python具有如下特點(diǎn)：

1）易于學(xué)習(xí)

Python的編程思維簡(jiǎn)單，注重邏輯、輕于語(yǔ)法，庫(kù)資源豐富，保留字較少、易于理解。

2）易于閱讀

Python代碼沒有使用其他語(yǔ)言通常用來訪問變量、定義代碼塊和進(jìn)行模式匹配的命令式符號(hào)，而是采用強(qiáng)制縮進(jìn)的編碼方式，具有極佳的可讀性。

3）免費(fèi)、開源

Python是FLOSS （自由/開放源碼軟件）之一。使用Python是免費(fèi)的，甚至可以對(duì)它做改動(dòng)。

4）高級(jí)語(yǔ)言

使用Python語(yǔ)言編程時(shí)，無須考慮諸如管理程序內(nèi)存等底層的細(xì)節(jié)，只需集中精力關(guān)注程序的主要邏輯即可。

5）可移植性

由于Python語(yǔ)言具有開源的特點(diǎn)，Python代碼的移植非常方便，可以在各種不同的操作系統(tǒng)上運(yùn)行。

6）面向?qū)ο?/p>

Python不但支持面向過程編程，也支持面向?qū)ο缶幊?/p>

7）解釋性

Python作為一種解釋型編程語(yǔ)言，在開發(fā)過程中不存在編譯環(huán)節(jié)。

8）可擴(kuò)展可嵌入性

在Python中，部分程序可以使用其他語(yǔ)言編寫，如C/C++。

1.2 Python語(yǔ)言版本

Python發(fā)展至今，經(jīng)歷了多個(gè)版本的更迭，目前仍然保留的版本主要是基于Python2.X和Python3.X。Python3.X 是未來的趨勢(shì)，有許多重要的類庫(kù)都已經(jīng)停止對(duì)Python2.X的更新，只保留對(duì)Python3.X的更新。

1.3 串行通信API

Python進(jìn)行串行通信主要使用serial庫(kù)和tkinter庫(kù)。serial庫(kù)封裝了對(duì)串口的訪問，在支持的平臺(tái)上有統(tǒng)一的接口，支持不同的字節(jié)大小、停止位、校驗(yàn)位和流控設(shè)置。tkinter是Python的標(biāo)準(zhǔn)GUI庫(kù)，使用tkinter可以快速的創(chuàng)建GUI應(yīng)用程序。本文利用tkinter庫(kù)進(jìn)行串口通信上位機(jī)界面開發(fā)。

2 Python語(yǔ)言在串行通信中的應(yīng)用

2.1 第三方庫(kù)安裝

Python第三方庫(kù)最常用的安裝方式是通過pip命令。作為Python的內(nèi)置命令，pip需要通過命令行執(zhí)行。本文所需庫(kù)的安裝命令如下：pip install serial。

2.2 上位機(jī)程序代碼

利用Python語(yǔ)言編寫串行通信上位機(jī)代碼，以實(shí)現(xiàn)如圖1所示界面，通過界面上的組件與下位機(jī)進(jìn)行聯(lián)調(diào)。

2.3 下位機(jī)CC2530程序代碼

2.4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)結(jié)果分析

聯(lián)調(diào)數(shù)據(jù)的格式為“燈編號(hào)開|關(guān)#”，D3燈編號(hào)是1，D4燈編號(hào)是2，D5燈編號(hào)是3，D6燈編號(hào)是4，0代表關(guān)燈，1代表開燈。如打開D3燈的命令是“11#”，關(guān)閉D3燈的命令是“10#”。在圖1上位機(jī)界面的聯(lián)調(diào)數(shù)據(jù)輸入框中輸入“XY#”，X的取值范圍是1、2、3、4，Y的取值范圍0、1，然后依次點(diǎn)擊打開串口、發(fā)送數(shù)據(jù)按鈕即可控制開發(fā)板上四個(gè)LED燈的亮滅。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文利用Python語(yǔ)言第三方庫(kù)、CC2530開發(fā)板，實(shí)現(xiàn)了串口通信上位機(jī)開發(fā)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等功能。基于Python語(yǔ)言的串口通信系統(tǒng)具有易于編程、操作簡(jiǎn)單、通信誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)相關(guān)課程的教學(xué)過程中加以應(yīng)用，有助于學(xué)習(xí)者對(duì)串口通信原理的理解。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】