基于Python語言的串行通信實現方法分析

史記征 崔俊

摘要：在單片機、嵌入式等課程的教學過程中，串行通信是最基礎、最重要的知識點之一。在以往的教學中，常使用串口調試助手作為聯調工具，由于其源代碼不開源，不利于學生對串行通信原理的理解。該文利用Python語言第三方庫設計、開發串口調試上位機，并實現與CC2530單片機進行串行通信，有利于老師的教學和學生對串行通信知識的掌握。

關鍵詞：串行通信;Python語言;CC2530單片機

中圖分類號：TP393? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）16-0024-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

串行通信是指使用一條數據線，按二進制位對數據進行依次傳輸，每一位數據占據一個固定的時間長度。其只需要少數幾條線就可以在系統間交換信息，特別適用于計算機與計算機、計算機與外設之間的遠距離通信，在電子類課程中有較為廣泛的應用。

1 Python語言中串行通信背景

1.1 Python語言的特點

吉多·范羅蘇姆（ Guido Van Rossum）作為Python語言的設計發明者，于1990年發布了Python的第一個版本。作為一種計算機高級程序設計語言，Python具有如下特點：

1）易于學習

Python的編程思維簡單，注重邏輯、輕于語法，庫資源豐富，保留字較少、易于理解。

2）易于閱讀

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

3）免費、開源

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

4）高級語言

使用Python語言編程時，無須考慮諸如管理程序內存等底層的細節，只需集中精力關注程序的主要邏輯即可。

5）可移植性

由于Python語言具有開源的特點，Python代碼的移植非常方便，可以在各種不同的操作系統上運行。

6）面向對象

Python不但支持面向過程編程，也支持面向對象編程

7）解釋性

Python作為一種解釋型編程語言，在開發過程中不存在編譯環節。

8）可擴展可嵌入性

在Python中，部分程序可以使用其他語言編寫，如C/C++。

1.2 Python語言版本

Python發展至今，經歷了多個版本的更迭，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，有許多重要的類庫都已經停止對Python2.X的更新，只保留對Python3.X的更新。

1.3 串行通信API

Python進行串行通信主要使用serial庫和tkinter庫。serial庫封裝了對串口的訪問，在支持的平臺上有統一的接口，支持不同的字節大小、停止位、校驗位和流控設置。tkinter是Python的標準GUI庫，使用tkinter可以快速的創建GUI應用程序。本文利用tkinter庫進行串口通信上位機界面開發。

2 Python語言在串行通信中的應用

2.1 第三方庫安裝

Python第三方庫最常用的安裝方式是通過pip命令。作為Python的內置命令，pip需要通過命令行執行。本文所需庫的安裝命令如下：pip install serial。

2.2 上位機程序代碼

利用Python語言編寫串行通信上位機代碼，以實現如圖1所示界面，通過界面上的組件與下位機進行聯調。

2.3 下位機CC2530程序代碼

2.4 系統聯調結果分析

聯調數據的格式為“燈編號開|關#”，D3燈編號是1，D4燈編號是2，D5燈編號是3，D6燈編號是4，0代表關燈，1代表開燈。如打開D3燈的命令是“11#”，關閉D3燈的命令是“10#”。在圖1上位機界面的聯調數據輸入框中輸入“XY#”，X的取值范圍是1、2、3、4，Y的取值范圍0、1，然后依次點擊打開串口、發送數據按鈕即可控制開發板上四個LED燈的亮滅。

3 結束語

本文利用Python語言第三方庫、CC2530開發板，實現了串口通信上位機開發、系統聯調等功能。基于Python語言的串口通信系統具有易于編程、操作簡單、通信誤碼率低等優點，在單片機相關課程的教學過程中加以應用，有助于學習者對串口通信原理的理解。

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【通聯編輯：謝媛媛】