用 Python 玩转串口（基于 pySerial）

引言

对于嵌入式设备，串口可谓是最常用的接口。在裸机编程中，串口通常用于输出程序的运行或调试信息；在嵌入式操作系统中，串口通常会作为系统的控制台接口。如果掌握了Python操作串口的方法，那我们就可以利用Python强大的数据处理能力，快速开发出许多好用的工具。

串口的基本操作

在使用 Python 之前，我们先回想一下平时我们是如何使用串口的。总结来说，无非就是下面几个步骤：
首先，我们需要确定要使用的串口号。
其次，配置波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、DTR/DSR、RTS/CTS 和 XON/XOFF。
第三，打开串口。
第四，收发数据。
第五，关闭串口。
接下来，我们就来研究下用 Python 怎么实现上面的这些步骤。

初识 pySerial

pySerial 是 Python 中用于操作串口的第三方模块，它支持 Windows、Linux、OSX、BSD等多个平台。如果要使用 pySerial 模块，首先必须保证 Python 版本高于 Python 2.7 或者 Python 3.4。另外，如果你是用的是 Windows 系统，那必须使用 Win7 及以上的版本。
pySerial 的安装很简单，只需要执行一条命令：pip install pyserial
安装完成后，只需要在 Python 代码中使用 import serial 语句导入该模块即可。

确定串口号

import serial
import serial.tools.list_ports

# 获取所有串口设备实例。
# 如果没找到串口设备，则输出：“无串口设备。”
# 如果找到串口设备，则依次输出每个设备对应的串口号和描述信息。
ports_list = list(serial.tools.list_ports.comports())
if len(ports_list) <= 0:
    print("无串口设备。")
else:
    print("可用的串口设备如下：")
    for comport in ports_list:
        print(list(comport)[0], list(comport)[1])

运行结果：

可用的串口设备如下：
COM4 蓝牙链接上的标准串行 (COM4)
COM6 蓝牙链接上的标准串行 (COM6)
COM5 蓝牙链接上的标准串行 (COM5)
COM18 Prolific PL2303GT USB Serial COM Port (COM18)
COM17 Prolific USB-to-Serial Comm Port (COM17)
COM3 蓝牙链接上的标准串行 (COM3)

配置串口 & 打开串口

pySerial 配置和打开串口有两种方式，第一种方式是在调用函数接口打开串口时传入配置参数，第二种方式是先配置参数，然后再打开串口。这两种方式操作的效果一样，此处我们只介绍第一种。

# 方式1：调用函数接口打开串口时传入配置参数
import serial

ser = serial.Serial("COM17", 115200)    # 打开COM17，将波特率配置为115200，其余参数使用默认值
if ser.isOpen():                        # 判断串口是否成功打开
    print("打开串口成功。")
    print(ser.name)    # 输出串口号
else:
    print("打开串口失败。")

在使用 serial.Serial() 创建串口实例时，可以传入的参数很多，常用的参数如下（默认值用红色标记）：

• port - 串口设备名或 None。
• baudrate - 波特率，可以是50, 75, 110, 134, 150, 200, 300, 600, 1200, 1800, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800, 500000, 576000, 921600, 1000000, 1152000, 1500000, 2000000, 2500000, 3000000, 3500000, 4000000。
• bytesize - 数据位，可取值为：FIVEBITS, SIXBITS, SEVENBITS, EIGHTBITS。
• parity - 校验位，可取值为：PARITY_NONE, PARITY_EVEN, PARITY_ODD, PARITY_MARK, PARITY_SPACE。
• stopbits - 停止位，可取值为：STOPBITS_ONE, STOPBITS_ONE_POINT_FIVE, STOPBITS_TOW。
• xonxoff - 软件流控，可取值为 True, False。
• rtscts - 硬件（RTS/CTS）流控，可取值为 True, False。
• dsr/dtr - 硬件（DSR/DTR）流控，可取值为 True, False。
• timeout - 读超时时间，可取值为 None, 0 或者其他具体数值（支持小数）。当设置为 None 时，表示阻塞式读取，一直读到期望的所有数据才返回；当设置为 0 时，表示非阻塞式读取，无论读取到多少数据都立即返回；当设置为其他数值时，表示设置具体的超时时间（以秒为单位），如果在该时间内没有读取到所有数据，则直接返回。
• write_timeout: 写超时时间，可取值为 None, 0 或者其他具体数值（支持小数）。参数值起到的效果参考 timeout 参数。

import serial

# 打开 COM17，将波特率配置为115200，数据位为7，停止位为2，无校验位，读超时时间为0.5秒。
ser = serial.Serial(port="COM17",
                    baudrate=115200,
                    bytesize=serial.SEVENBITS,
                    parity=serial.PARITY_NONE,
                    stopbits=serial.STOPBITS_TWO,
                    timeout=0.5) 

关闭串口

关闭串口很简单，直接调用 close() 方法即可。

import serial

ser = serial.Serial("COM17", 115200)    # 打开 COM17，将波特率配置为115200，其余参数使用默认值
if ser.isOpen():                        # 判断串口是否成功打开
    print("打开串口成功。")
else:
    print("打开串口失败。")

ser.close()
if ser.isOpen():                        # 判断串口是否关闭
    print("串口未关闭。")
else:
    print("串口已关闭。")

发送数据 write()

关于write() 方法，需要了解如下几点：
① write() 方法只能发送 bytes 类型的数据，所以需要对字符串进行 encode 编码。
② write() 方法执行完成后，会将发送的字节数作为返回值。
③ 在打开串口时，可以为 write() 方法配置超时时间

import serial

# 打开 COM17，将波特率配置为115200.
ser = serial.Serial(port="COM17", baudrate=115200)

# 串口发送 ABCDEFG，并输出发送的字节数。
write_len = ser.write("ABCDEFG".encode('utf-8'))
print("串口发出{}个字节。".format(write_len))

ser.close()

读取数据 read()

关于 read() 方法，需要了解如下几点：
① read() 方法默认一次读取一个字节，可以通过传入参数指定每次读取的字节数。
② read() 方法会将读取的内容作为返回值，类型为 bytes。
③ 在打开串口时，可以为 read() 方法配置超时时间。

import serial

# 打开 COM17，将波特率配置为115200, 读超时时间为1秒
ser = serial.Serial(port="COM17", baudrate=115200, timeout=1)

# 读取串口输入信息并输出。
while True:
    com_input = ser.read(10)
    if com_input:   # 如果读取结果非空，则输出
        print(com_input)

ser.close()

总结

以上就是对 pySerial 模块使用方法的简单总结，如果想要了解更多 pySerial 细节，可以参考 pySerial官方文档。