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基于Python语言的串行通信实现方法分析

范文

史记征崔俊

摘要：在单片机、嵌入式等课程的教学过程中，串行通信是最基础、最重要的知识点之一。在以往的教学中，常使用串口调试助手作为联调工具，由于其源代码不开源，不利于学生对串行通信原理的理解。该文利用Python语言第三方库设计、开发串口调试上位机，并实现与CC2530单片机进行串行通信，有利于老师的教学和学生对串行通信知识的掌握。

关键词：串行通信;Python语言;CC2530单片机

中图分类号：TP393? ? ?文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）16-0024-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

串行通信是指使用一条数据线，按二进制位对数据进行依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信，在电子类课程中有较为广泛的应用。

1 Python语言中串行通信背景

1.1 Python语言的特点

吉多·范罗苏姆（ Guido Van Rossum）作为Python语言的设计发明者，于1990年发布了Python的第一个版本。作为一种计算机高级程序设计语言，Python具有如下特点：

1）易于学习

Python的编程思维简单，注重逻辑、轻于语法，库资源丰富，保留字较少、易于理解。

2）易于阅读

Python代码没有使用其他语言通常用来访问变量、定义代码块和进行模式匹配的命令式符号，而是采用强制缩进的编码方式，具有极佳的可读性。

3）免费、开源

Python是FLOSS （自由/开放源码软件）之一。使用Python是免费的，甚至可以对它做改动。

4）高级语言

使用Python语言编程时，无须考虑诸如管理程序内存等底层的细节，只需集中精力关注程序的主要逻辑即可。

5）可移植性

由于Python语言具有开源的特点，Python代码的移植非常方便，可以在各种不同的操作系统上运行。

6）面向对象

Python不但支持面向过程编程，也支持面向对象编程

7）解释性

Python作为一种解释型编程语言，在开发过程中不存在编译环节。

8）可扩展可嵌入性

在Python中，部分程序可以使用其他语言编写，如C/C++。

1.2 Python语言版本

Python发展至今，经历了多个版本的更迭，目前仍然保留的版本主要是基于Python2.X和Python3.X。Python3.X 是未来的趋势，有许多重要的类库都已经停止对Python2.X的更新，只保留对Python3.X的更新。

1.3 串行通信API

Python进行串行通信主要使用serial库和tkinter库。serial库封装了对串口的访问，在支持的平台上有统一的接口，支持不同的字节大小、停止位、校验位和流控设置。tkinter是Python的标准GUI库，使用tkinter可以快速的创建GUI应用程序。本文利用tkinter库进行串口通信上位机界面开发。

2 Python语言在串行通信中的应用

2.1 第三方库安装

Python第三方库最常用的安装方式是通过pip命令。作为Python的内置命令，pip需要通过命令行执行。本文所需库的安装命令如下：pip install serial。

2.2 上位机程序代码

利用Python语言编写串行通信上位机代码，以实现如图1所示界面，通过界面上的组件与下位机进行联调。

2.3 下位机CC2530程序代码

2.4 系统联调结果分析

联调数据的格式为“灯编号开|关#”，D3灯编号是1，D4灯编号是2，D5灯编号是3，D6灯编号是4，0代表关灯，1代表开灯。如打开D3灯的命令是“11#”，关闭D3灯的命令是“10#”。在图1上位机界面的联调数据输入框中输入“XY#”，X的取值范围是1、2、3、4，Y的取值范围0、1，然后依次点击打开串口、发送数据按钮即可控制开发板上四个LED燈的亮灭。

3 结束语

本文利用Python语言第三方库、CC2530开发板，实现了串口通信上位机开发、系统联调等功能。基于Python语言的串口通信系统具有易于编程、操作简单、通信误码率低等优点，在单片机相关课程的教学过程中加以应用，有助于学习者对串口通信原理的理解。

参考文献：

[1] 李全利. 单片机原理及接口技术[M]. 北京：高等教育出版社， 2009： 182-186.

[2] 王弘博，孙传庆. Mark Summerfield.Python3程序开发指南[M]. 2版. 北京：人民邮电出版社， 2015.

[3] 曾维鹏，蔡莉莎，林尔敏. 基于VC++及Proteus的上、下位机串口通信仿真技术[J]. 镇江高专学报， 2013（10）： 74-76.

[4] 金海琴，陈兴，翟林鹏. 基于Modbus协议的串行通信的应用[J]. 电子设计工程， 2013， 21（8）： 157-160.

【通联编辑：谢媛媛】

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