全網最適合入門的面向對象編程教程：04 類和對象的 Python 實現-為自定義類添加方法（PySerial 庫接收串口數據）

摘要：

本文我們主要講解瞭如何為自定義類添加方法，pyseria 庫的基本使用（串口數據收發、serial.Serial 類的屬性和方法），VSPDPro 虛擬串口軟體使用方法等，並使用自定義的串口類和 PC 主機進行串口數據收發。

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文檔和代碼獲取

可訪問如下鏈接進行對文檔下載：

https://github.com/leezisheng/Doc

本文檔主要介紹如何使用 Python 進行面向對象編程，需要讀者對 Python 語法和單片機開發具有基本瞭解。相比其他講解 Python 面向對象編程的博客或書籍而言，本文檔更加詳細、側重於嵌入式上位機應用，以上位機和下位機的常見串口數據收發、數據處理、動態圖繪製等為應用實例，同時使用 Sourcetrail 代碼軟體對代碼進行可視化閱讀便於讀者理解。

相關示例代碼獲取鏈接如下：https://github.com/leezisheng/Python-OOP-Demo

正文

可以看到上一小節，我們為 SerialClass 類添加了串口設備名、波特率、數據位等串口相關的屬性，但是註意到面向對象編程的重點在於不同對象之間的交互。我們感興趣的是，觸發某些行為可以使屬性發生變化或與外界產生交互。在類中定義函數就相當於定義類的方法，回想一下我們在單片機上使用串口時往往進行打開串口、發送數據、接收數據和關閉串口等操作，在 PC 端串口操作與單片機上類似。這裡我們先為類添加方法，具體實現先省略，代碼如下：

class SerialClass:

    _# 註意：特殊方法“__init__”前後分別有兩個下劃線！！！_
    def __init__(self,port,baudrate,bytesize,parity,stopbits):
        self.devport        = port
        self.devbaudrate    = baudrate
        self.devbytesize    = bytesize
        self.devparity      = parity
        self.devstopbits    = stopbits

    _# 打開串口_
    def OpenSerial(self):
        _# __TODO:__打開串口方法待完成_
        pass

    _# 關閉串口_
    def CloseSerial(self):
        _# __TODO:__打開串口方法待完成_
        pass

    _# 串口讀取_
    def ReadSerial(self):
        _# __TODO:__串口讀取方法待完成_
        pass

    _# 串口寫入_
    def WriteSerial(self):
        _# __TODO:__串口寫入方法待完成_
        pass

這時，我們可以利用 dir(obj)方法獲得類的對象實例的所有屬性和方法名，dir(obj)返回一個 list。我們使用 for 迴圈列印，代碼如下：

_# serdev是SerialClass類的一個實例化對象_
for item in dir(serdev):
    print(item)

可以看到，我們已經給串口類添加了具體方法，這裡，你可能會問，那這些方法具體該怎麼實現呢？難道說要我們調操作系統的驅動函數讀取串口、造輪子對數據解析？當然不可能，Python 強大的第三方庫什麼都有，這不，它來了：

pyserial，一個實用的串口通信 python 庫

pySerial 是 Python 中用於操作串口的第三方模塊，它支持 Windows、Linux、OSX、BSD 等多個平臺。如果要使用 pySerial 模塊，首先必須保證 Python 版本高於 Python 2.7 或者 Python 3.4。另外，如果你是用的是 Windows 系統，那必須使用 Win7 及以上的版本。

pySerial 的安裝很簡單，只需要執行一條命令：pip install pyserial。安裝完成後，只需要在 Python 代碼中使用** import serial **語句導入該模塊即可。

pySerial 中主要的類就是 class serial.Serial，官方文檔說明如下：

常用參數含義如下：

serial.Serial 類常用方法如下：

接下來看我們的示例代碼：

class SerialClass:
    def __init__(self,devport,devbaudrate,devbytesize,devparity,devstopbits):
        _# 直接傳入serial.Serial()類_
        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):
        _# 非阻塞方式按行讀取_
        data = self.dev.readline()
        _# 收到為二進位數據，用utf-8編碼將二進位數據解碼為unicode字元串_
        _# 字元串轉為int類型_
        data = int(data.decode('utf-8', 'replace'))
        return data

    def WriteSerial(self,write_data):
        _# 非阻塞方式寫入_
        self.dev.write(write_data.encode())
        _# write的輸入參數必須是bytes 格式，_
        _# 字元串數據需要encode()函數將其編碼為二進位數據_
        _# \r\n表示換行回車_
        self.dev.write('\r\n'.encode())

這裡可以看到，為方便講解，我們直接調用 pyserial 庫中函數完成串口的打開關閉和讀寫等功能：

• 在初始化函數中，我們定義 self.dev 屬性為串口設備，用其接收串口對象，相當於 self.dev 就是 serial.Serial 類的實例對象，其後用其他入參給 self.dev 設置串口通信參數，完成串口設備對象的創建；
• 在打開串口和關閉串口函數中，我們使用 self.dev.open()、self.dev.close()語句，相當於直接調用 serial.open()和 serial.close()方法；
• 重點就在收發函數中，需要特別註意的有兩點：

① 串口接收到的是二進位數據，如果接收到的 data 全是英文，就需要用 utf-8 編碼將二進位數據解碼為 unicode 字元串。如果 data 里包含中文，則最好以 gb18030 編碼將二進位數據解碼為 unicode 字元串。同時，有時候由於帶中文，或者由於串口的傳輸線纜出現接觸不良等原因，會產生錯誤或者亂碼，如果直接解碼，就會報錯，為了能夠順暢的解碼串口列印，避免這種情況發送，decode 的參數裡加上“replace”即可。它實現的作用是，如果解碼的過程中遇到錯誤，會自動以問號?代替解碼失敗的字元。

② 在串口發送中，pyserial 的文檔註明瞭，write 的輸入參數必須是 bytes 格式的（也就是二進位數據），python3 里對字元串和二進位數據流有明確的區分，文本總是 unicode 編碼儲存的，由 str 類型表示。二進位數據則由 bytes 類型表示，所以字元串數據需要 encode()函數將其編碼為二進位數據，然後才可以順利發送。

串口類的方法已然寫好，接下來如果進行測試呢？我們需要買一個單片機和 usb 轉 ttl 模塊連接電腦，進行串口類的方法測試？（當然不是，開個玩笑）

在寫與單片機通信的上位機軟體時，如果使用單片機的串口來實際調試，那麼我們至少還需要一個 USB 轉串口，這樣才能讓單片機和電腦串口通訊，接著我們還需要在單片機上運行程式和串口相關的程式，以便我們知道數據傳輸的狀態，這無疑加大的開發的難度。這裡，我們使用虛擬串口軟體即可，虛擬串口軟體是一種模擬物理串列介面的軟體，它完全複製了硬體 COM 介面的功能，並且將被操作系統和串列應用程式識別為真實埠。現實生活中，虛擬串口用處很多。比如：你的應用程式檢測串列輸入數據的時候，方便調試。還比如：多個有應用程式之間使用串口通信。

這裡我們使用 VSPDProv6.9 軟體，創建虛擬串口，軟體下載安裝教程點擊鏈接：https://www.xue51.com/soft/9349.html

這裡我們創建兩個相互連接的串口 com11 和 com17，虛擬的串口需要成對創建，來指明他們的連接關係，就好比各種連接線的公投和母頭一樣。我們建立好虛擬串口連接以後，就可以使用它們來通訊了，我們可以選擇任意一個串口助手軟體來與我們寫的 python 串口類進行通信。這裡，我們選擇 xcom 軟體進行測試，xcom 軟體的安裝下載教程可以點擊鏈接： https://blog.csdn.net/qq_41573860/article/details/103796913

打開 xcom 軟體，我們先進行相關串口參數的配置，具體如下圖所示：

此時，我們在 Python 程式中，創建串口設備實例，連接 com17，代碼如下：

_# 生成串口類的實例_
serdev = SerialClass(devport     = "COM17",
                     devbaudrate = 115200,
                     devbytesize = serial.EIGHTBITS,    _# 數據位長度為8位_
                     devparity   = serial.PARITY_NONE,  _# 無奇偶校驗_
                     devstopbits = serial.STOPBITS_ONE  _# 1位停止位_
                    )

我們首先嘗試使用 Python 完成串口發送功能，這裡我們定義了一個 count 計數變數，初始值為 0，每次發送完成後遞增，迴圈 100 次後關閉串口，代碼如下：

serdev.OpenSerial()
count = 0
while True:
    # 必須使用全局變數，不然每次迴圈都是一個新的count
    # 關於原因可以自行查看變數的生存期和作用域相關知識點
    count = count + 1
    serdev.WriteSerial(str(count))
    if(count == 100):
        break
serdev.CloseSerial()
print("device close")

運行結果如下：

接下來，我們嘗試使用 Python 完成串口接收功能，我們在 xcom 中定時發送，在 Python 中輪詢接收並列印接收的數據，這裡我們導入 time 庫，列印接收時間。time 庫是 Python 中處理時間的標準庫，是最基礎的時間處理庫。time 庫主要用於計時和獲取系統時間，time.ctime()函數用於獲取當前世界統一時間，形式為“星期-月份-當月號-時-分-秒-年份”。

示例代碼和配置如下：

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

運行結果如下：