摘要：

本文我们主要讲解了如何为自定义类添加方法，pyseria库的基本使用（串口数据收发、serial.Serial类的属性和方法），VSPDPro虚拟串口软件使用方法等，并使用自定义的串口类和PC主机进行串口数据收发。

文档和代码获取：

本文档主要介绍如何使用 Python 进行面向对象编程，需要读者对 Python 语法和单片机开发具有基本了解。相比其他讲解 Python 面向对象编程的博客或书籍而言，本文档更加详细、侧重于嵌入式上位机应用，以上位机和下位机的常见串口数据收发、数据处理、动态图绘制等为应用实例，同时使用 Sourcetrail代码软件对代码进行可视化阅读便于读者理解。

正文

可以看到上一小节，我们为SerialClass类添加了串口设备名、波特率、数据位等串口相关的属性，但是注意到面向对象编程的重点在于不同对象之间的交互。我们感兴趣的是，触发某些行为可以使属性发生变化或与外界产生交互。在类中定义函数就相当于定义类的方法，回想一下我们在单片机上使用串口时往往进行打开串口、发送数据、接收数据和关闭串口等操作，在PC端串口操作与单片机上类似。这里我们先为类添加方法，具体实现先省略，代码如下：

class SerialClass:  # 注意：特殊方法“__init__”前后分别有两个下划线！！！  def __init__(self,port,baudrate,bytesize,parity,stopbits):  self.devport        = port  self.devbaudrate    = baudrate  self.devbytesize    = bytesize  self.devparity      = parity  self.devstopbits    = stopbits  # 打开串口  def OpenSerial(self):  # TODO:打开串口方法待完成  pass  # 关闭串口  def CloseSerial(self):  # TODO:打开串口方法待完成  pass  # 串口读取  def ReadSerial(self):  # TODO:串口读取方法待完成  pass  # 串口写入  def WriteSerial(self):  # TODO:串口写入方法待完成  pass

这时，我们可以利用dir(obj)方法获得类的对象实例的所有属性和方法名，dir(obj)返回一个list。我们使用for循环打印，代码如下：

# serdev是SerialClass类的一个实例化对象 for item in dir(serdev):  print(item)

可以看到，我们已经给串口类添加了具体方法，这里，你可能会问，那这些方法具体该怎么实现呢？难道说要我们调操作系统的驱动函数读取串口、造轮子对数据解析？当然不可能，Python强大的第三方库什么都有，这不，它来了：

pyserial，一个实用的串口通信python库

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。

pySerial中主要的类就是class serial.Serial，官方文档说明如下：

常用参数含义如下：

参数名称	含义
port	定义设备名称
baudrate	波特率：波特率是指串口通信中每秒钟传输的符号数，单位是波特（baud）。它决定了数据传输的速度和效率。在串口通信中，收发双方必须使用相同的波特率才能正常通信。 典型值为：9600, 19200, 38400, 57600, 115200。
bytesize	数据位：数据位是指在每个数据包中传输的实际数据位数。它表示每个数据包中携带的有效信息量。常见的数据位长度有5位、7位和8位。 典型值为：FIVEBITS, SIXBITS, SEVENBITS, EIGHTBITS。
parity	设置校验位，奇偶校验是一种错误检测方式，用于检查数据传输过程中是否出现错误，可选择偶校验或奇校验。 典型值为：PARITY_NONE, PARITY_EVEN, PARITY_ODD PARITY_MARK, PARITY_SPACE。
stopbits	停止位是指在数据包的末尾添加的一个额外的位，用于标识一个数据包的结束。停止位的长度可以是1位、1.5位或2位。 典型值为：STOPBITS_ONE, STOPBITS_ONE_POINT_FIVE, STOPBITS_TWO。
timeout	设置读取超时值（以秒为单位）：可选参数为-0、None、x。
write_timeout	设置写入超时值（以秒为单位）：可选参数为-0、None、x。 timeout = None：永远等待/直到收到请求的字节数。 timeout = 0：非阻塞模式，任何情况下立即返回，返回零个或多个，最多可达请求的字节数。

serial.Serial类常用方法如下：

方法名称	作用
serial.open()	打开串口
serial.close()	关闭串口
serial.isOpen()	判断串口是否打开
serial.write(data)	写串口数据data
serial.read(size)	读串口size个数据
serial.flushInput()	清除输入缓冲区数据
serial.flushOutput()	中止当前输出并清除输出缓冲区数据
serial.inWaiting()	判断当前接收的数据
serial.readline()	读一行数据，以/n结束，要是没有/n就一直读，阻塞

接下来看我们的示例代码：

class SerialClass:  def __init__(self,devport,devbaudrate,devbytesize,devparity,devstopbits):  # 直接传入serial.Serial()类  self.dev             = serial.Serial()  self.dev.port        = devport  self.dev.baudrate    = devbaudrate  self.dev.bytesize    = devbytesize  self.dev.parity      = devparity  self.dev.stopbits    = devstopbits  def OpenSerial(self):  self.dev.open()  def CloseSerial(self):  self.dev.close()  def ReadSerial(self):  # 非阻塞方式按行读取  data = self.dev.readline()  # 收到为二进制数据，用utf-8编码将二进制数据解码为unicode字符串  # 字符串转为int类型  data = int(data.decode('utf-8', 'replace'))  return data  def WriteSerial(self,write_data):  # 非阻塞方式写入  self.dev.write(write_data.encode())  # write的输入参数必须是bytes 格式，  # 字符串数据需要encode()函数将其编码为二进制数据  # \r\n表示换行回车  self.dev.write('\r\n'.encode())

这里可以看到，为方便讲解，我们直接调用pyserial库中函数完成串口的打开关闭和读写等功能：

• 在初始化函数中，我们定义self.dev属性为串口设备，用其接收串口对象，相当于self.dev就是serial.Serial类的实例对象，其后用其他入参给self.dev设置串口通信参数，完成串口设备对象的创建；

• 在打开串口和关闭串口函数中，我们使用self.dev.open()、self.dev.close()语句，相当于直接调用serial.open()和serial.close()方法；

• 重点就在收发函数中，需要特别注意的有两点：

①串口接收到的是二进制数据，如果接收到的data全是英文，就需要用utf-8 编码将二进制数据解码为unicode字符串。如果data里包含中文，则最好以 gb18030编码将二进制数据解码为unicode字符串。

同时，有时候由于带中文，或者由于串口的传输线缆出现接触不良等原因，会产生错误或者乱码，如果直接解码，就会报错，为了能够顺畅的解码串口打印，避免这种情况发送，decode的参数里加上“replace”即可。它实现的作用是，如果解码的过程中遇到错误，会自动以问号?代替解码失败的字符。

②在串口发送中，pyserial的文档注明了，write的输入参数必须是bytes 格式的（也就是二进制数据），python3里对字符串和二进制数据流有明确的区分，文本总是unicode编码储存的，由str类型表示。二进制数据则由bytes类型表示，所以字符串数据需要encode()函数将其编码为二进制数据，然后才可以顺利发送。

串口类的方法已然写好，接下来如果进行测试呢？我们需要买一个单片机和usb转ttl模块连接电脑，进行串口类的方法测试？（当然不是，开个玩笑）

在写与单片机通信的上位机软件时，如果使用单片机的串口来实际调试，那么我们至少还需要一个USB转串口，这样才能让单片机和电脑串口通讯，接着我们还需要在单片机上运行程序和串口相关的程序，以便我们知道数据传输的状态，这无疑加大的开发的难度。这里，我们使用虚拟串口软件即可，虚拟串口软件是一种模拟物理串行接口的软件，它完全复制了硬件 COM 接口的功能，并且将被操作系统和串行应用程序识别为真实端口。现实生活中，虚拟串口用处很多。比如：你的应用程序检测串行输入数据的时候，方便调试。还比如：多个有应用程序之间使用串口通信。

这里我们创建两个相互连接的串口com11和com17，虚拟的串口需要成对创建，来指明他们的连接关系，就好比各种连接线的公投和母头一样。我们建立好虚拟串口连接以后，就可以使用它们来通讯了，我们可以选择任意一个串口助手软件来与我们写的python串口类进行通信。

打开xcom软件，我们先进行相关串口参数的配置，具体如下图所示：

此时，我们在Python程序中，创建串口设备实例，连接com17，代码如下：

# 生成串口类的实例 serdev = SerialClass(devport     = "COM17",  devbaudrate = 115200,  devbytesize = serial.EIGHTBITS, # 数据位长度为8位  devparity   = serial.PARITY_NONE, # 无奇偶校验  devstopbits = serial.STOPBITS_ONE # 1位停止位  )

我们首先尝试使用Python完成串口发送功能，这里我们定义了一个count计数变量，初始值为0，每次发送完成后递增，循环100次后关闭串口，代码如下：

serdev.OpenSerial() count = 0 while True:  # 必须使用全局变量，不然每次循环都是一个新的count  # 关于原因可以自行查看变量的生存期和作用域相关知识点  count = count + 1  serdev.WriteSerial(str(count))  if(count == 100):  break serdev.CloseSerial() print("device close")

运行结果如下：

接下来，我们尝试使用Python完成串口接收功能，我们在xcom中定时发送，在Python中轮询接收并打印接收的数据，这里我们导入time库，打印接收时间。time库是Python中处理时间的标准库，是最基础的时间处理库。time库主要用于计时和获取系统时间，time.ctime()函数用于获取当前世界统一时间，形式为“星期-月份-当月号-时-分-秒-年份”。

示例代码和配置如下：

import time while True:  data = serdev.ReadSerial()  print("serdev recieve %d"%data)  print("recieve time:"+str(time.ctime()))

运行结果如下：