QT开发--串口通信

news2024/12/31 5:39:32

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 += serialport

        QSerialPort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  
    }  
}

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