QT开发（五十）——QT串口编程基础

一、QtSerialPort简介

1、串口通信基础

目前使用最广泛的串口为DB9接口，适用于较近距离的通信。一般小于10米。DB9接口有9个针脚。

串口通信的主要参数如下：

A、波特率：衡量通信速度的参数，表示每秒钟传送的bit的个数。例如9600波特表示每秒钟发送9600个bit。

B、数据位：衡量通信中实际数据位的参数，当计算机发送一个信息包，实际包含的有效数据位个数。

C、停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1和2位。

D、奇偶校验位：串口通信中一种检错方式。常用的检错方式有：偶、奇校验。

2、QtSerialPort模块简介

QtSerialPort模块是QT5中附加模块的一个模块，为硬件和虚拟的串口提供统一的接口。

串口由于其简单和可靠，目前在像嵌入式系统、机器人等工业中依旧用得很多。使用QtSerialPort模块，开发者可以大大缩短开发串口相关的应用程的周期。

Qt SerialPort提供了基本的功能，包括配置、I/O *** 作、获取和设置RS-232引脚的信号。

Qt SerialPort模块暂不支持以下特性：

A、终端的特性，例如回显，控制CR/LF等等

B、文本模式段饥

C、读或写 *** 作的超时和延时配置

D、当RS-232引脚信号变化通知

#include <QtSerialPort/QtSerialPort>

要链接QtSerialPort模块，需要在.pro文件中添加如下内容：

QT += serialport

二、QSerialPort

1、QSerialPort简介仔贺

QSerialPort提供了访问串口的接口函数。使用辅助类QSerialPortInfo可以获取可用的串口信息。将QSerialPortInfo辅助类对象做为参数，使用setPort()或setPortName()函数可以设置要访问的串口设备。

设置好端口后，可以使用open()函数以只读、只写或读写的模式打开使用。

注意，串口使用独占方式打开。

使用close()函数关闭串口并且取消IO *** 作。

串口成功打开后，QSerialPort会尝试确定串握戚返口的当前配置并初始化。可以使用setBaudRate()、setDataBits()、setParity()、setStopBits()和setFlowControl()函数重新配置端口设置。

有一对名为QSerialPort::dataTerminalReady、QSerialPort::requestToSend的属性

QSerialPort提供了中止正在调用线程直到信号触发的一系列函数。这些函数用于阻塞串口。

waitForReadyRead()：阻塞调用，直到有新的数据可读

waitForBytesWritten()：阻塞调用，直到数据以及写入串口

阻塞串口编程与非阻塞串口编程完全不同。阻塞串口不会要求时间循环并且通常会简化代码。然而，在GUI程序中，为了避免冻结用户界面，阻塞串口编程只能用于非GUI线程。

QSerialPort也能使用QTextStream和QDataStream的流 *** 作符。在试图使用流 *** 作符>>读时，需要确保有足够可用的数据。

2、QSerialPort成员函数

QSerialPort::QSerialPort(QObject *parent = Q_NULLPTR)

QSerialPort::QSerialPort(const QString &name, QObject *parent = Q_NULLPTR)

QSerialPort::QSerialPort(const QSerialPortInfo &serialPortInfo, QObject *parent = Q_NULLPTR)

[virtual] bool QSerialPort::atEnd() const

[signal] void QSerialPort::baudRateChanged(qint32 baudRate, QSerialPort::Directions directions)

[virtual] qint64 QSerialPort::bytesAvailable() const

[virtual] qint64 QSerialPort::bytesToWrite() const

[virtual] void QSerialPort::close()

void QSerialPort::setPort(const QSerialPortInfo &serialPortInfo)

void QSerialPort::setPortName(const QString &name)

三、QSerialPortInfo

1、QSerialPortInfo简介

QSerialPortInfo类提供已有串口设备的信息。使用QSerialPortInfo类的静态成员函数生成QSerialPortInfo对象的链表。链表中的每个QSerialPortInfo对象代表一个串口，每个串口可以使用端口名、系统定位、描述、制造商查询。QSerialPortInfo类对象也可以用做QSerialPort类的setPort()成员函数的参数。

2、QSerialPortInfo成员函数

QSerialPortInfo::QSerialPortInfo(const QSerialPort &port)

QSerialPortInfo::QSerialPortInfo(const QString &name)

QSerialPortInfo::QSerialPortInfo(const QSerialPortInfo &other)

[static] QList<QSerialPortInfo>QSerialPortInfo::availablePorts()

QString QSerialPortInfo::description() const

bool QSerialPortInfo::hasProductIdentifier() const

bool QSerialPortInfo::hasVendorIdentifier() const

bool QSerialPortInfo::isBusy() const

QString QSerialPortInfo::manufacturer() const

QString QSerialPortInfo::portName() const

quint16 QSerialPortInfo::productIdentifier() const

QString QSerialPortInfo::serialNumber() const

[static] QList<qint32>QSerialPortInfo::standardBaudRates()

void QSerialPortInfo::swap(QSerialPortInfo &other)

QString QSerialPortInfo::systemLocation() const

quint16 QSerialPortInfo::vendorIdentifier() const

3、QSerialPortInfo显示串口信息实例

Blocking Master 展示了如何在工作线程中使好正用QSerialPort的同步(synchronous)API为串行接口创建应用程序。

MasterThread是一个QThread子类，提供用于调度对从属服务器的请求的API。 此类提供了用于响应和报告错误的信号。 可以调用 transaction() 方法以使用所需的槐岩请求启动新的主事务。 结果由 response() 信号提供。 如果出现任何问题，将发出 error() 或 timeout() 信号。

注意， transaction() 方法是在主线程中调用的，而请求是在MasterThread线程中提供的。 MasterThread数据成员在不同的线程中并发读取和写入，因此 QMutex 类用于同步访问。

transaction() 方法存储串行端口名称，超时和请求数据。 可以使用 QMutexLocker 锁定互斥锁以保护此数据。 线程可以启动，除非它已经在运行。 稍后将讨论 wakeOne() 方法。

在 run() 函数中，首先是锁定 QMutex 对象，然后使用成员数据获取串行端口名称，超时和请求数据。 完成此 *** 作后，将释放 QMutex 锁。

在任何情况下都不应在获取数据的过程中同时调用 transaction() 方法。 注意，虽然QString类是可重入的，但它不是线程安全的。 因此，建议不要在请求线程中读取串行端口名称，而在另一个线程中超时或请求数据。 MasterThread类一次只能处理一个请求。

在进入循环之前，将在 run() 方法中的堆栈上构造 QSerialPort 对象：

这样就可以在运行循环时创建对象。 这也意味着所有对象方法都在 run() 方法的范围内执行。

在循环内部检查当前事务的串行端口名称是否已更改。 如果已更改，则重新打开串行端口，然后重新配置。

循环将继续请求数据，写入串行端口并等待，直到所有数据都被传输为止。

警告：至于阻塞传输，应在每次write方法调用之后使用 waitForBytesWritten() 方法。 这将处理所有I / O例程，而不是Qt事件循环。

如果传输数据时发生超时错误，则发出 timeout() 信号。

成功请求后，有一个等待期的响应，然后再次读取。

警告：至于阻塞替代方法，应在每次 read() 调用之前使用 waitForReadyRead() 方法。 这将处理铅袜御所有I / O例程，而不是Qt事件循环。

如果接收数据时发生超时错误，则发出timeout（）信号。

成功完成事务后，response（）信号包含从从应用程序接收的数据：

之后，线程进入睡眠状态，直到出现下一个事务。 线程在使用成员唤醒后读取新数据，并从头开始运行循环。

一、文件下载

文件下载地址：

也可以下载我上传到网盘上的：

二、文件内容介绍

1.下载到的文件为qextserialport-1.2win-alpha ，解压并打开后其内容如下。

（点击图片可以查看清晰大图）

下面分别介绍：

（1）doc文件夹中的文件内容是QextSerialPort类和QextBaseType的简单的说明，我们可携侍以使用记事本程序将它们打开。

（2）examples文件夹中是几个例子程序，可以看一下它的源码，不过想运行它们好像会出很多问题啊。

（3）html文件夹中是QextSerialPort类的使用文档。

（4）然后就是剩下的几个文件了。其中qextserialenumerator.cpp及qextserialenumerator.h文件中定

义的QextSerialEnumerator类是用来获取平台上可用的串口信息的。不过，这个类好像并不怎么好用，而且它不是我们关注的重点，所以下面

就不再介绍它了。

（5）qextserialbase.cpp和qextserialbase.h文件定义了一个QextSerialBase

类，win_qextserialport.cpp和win_qextserialport.h文件定义了一个Win_QextSerialPort

类，posix_qextserialport.cpp和posix_qextserialport.h文件定义了一个

Posix_QextSerialPort类，qextserialport.cpp和qextserialport.h文件定义了一个

QextSerialPort类。这个QextSerialPort类就是我们上面所说的那个，它是所有这些类的子类，是最高的抽象，它屏蔽了平台特征，

使得在任何平台上都可以使用辩塌吵它。

2.几个类的简单介绍。

下面是这几个类的关系图。

可以看到它们都继承自QIODevice类，所以该类的一些函数我们也可以直接来使用。图中还有一个QextBaseType类，其实它只是一个标

识，没有具体的内容，它用来表示Win_QextSerialPort或Posix_QextSerialPort

中的一个类，因为在QextSerialPort类中使用了条件编译，所以QextSerialPort类既可以继承自

Win_QextSerialPort类，也可以继承自Posix_QextSerialPort类，所以使用了QextBaseType来表示。这一点

我们可以在qextserialport.h文件中看到衫滚。再说QextSerialPort类，其实它只是为了方便程序的跨平台编译，使用它可以在不同的

平台上，根据不同的条件编译继承不同的类。所以它只是一个抽象，提供了几个构造函数而已，并没有具体的内容。在qextserialport.h文件中的

条件编译内容如下：

#ifdef_TTY_POSIX_

#include“posix_qextserialport.h”

#define QextBaseTypePosix_QextSerialPort

#else

#include“win_qextserialport.h”

#define QextBaseTypeWin_QextSerialPort

#endif

所以，其实我们没有必要使用这个类，直接使用Win_QextSerialPort或Posix_QextSerialPort就可以了。当然如果

你想使用这个类，实现同样的源程序可以直接在Windows和Linux下编译运行，那么一定要注意在Linux下这里需要添加

#define _TTY_POSIX_ 。而我们这里为了使得程序更明了，所以没有使用该类，下面也就不再介绍它了。

QextSerialBase类继承自QIODevice类，它提供了 *** 作串口所必需的一些变量和函数等，而

Win_QextSerialPort和Posix_QextSerialPort均继承自QextSerialBase

类，Win_QextSerialPort类添加了Windows平台下 *** 作串口的一些功能，Posix_QextSerialPort类添加了

Linux平台下 *** 作串口的一些功能。所以说，在Windows下我们使用Win_QextSerialPort类，在Linux下我们使用

Posix_QextSerialPort类。

3.在QextSerialBase类中还涉及到了一个枚举变量QueryMode。

它有两个值Polling和EventDriven

。QueryMode指的是读取串口的方式，下面我们称为查询模式，我们将Polling称为查询方式Polling，将EventDriven称为事件驱动方式。

事件驱动方式EventDriven就是使用事件处理串口的读取，一旦有数据到来，就会发出readyRead()信号，我们可以关联该信号来读取串口的数据。在事件驱动的方式下，串口的读写是异步的，调用读写函数会立即返回，它们不会冻结调用线程。

而查询方式Polling则不同，读写函数是同步执行的，信号不能工作在这种模式下，而且有些功能也无法实现。但是这种模式下的开销较小。我们需要自己建立定时器来读取串口的数据。

在Windows下支持以上两种模式，而在Linux下只支持Polling模式。

三、小结。

这里讲了这么多，最后要说的只是，我们在Qt中使用这个类编写串口程序，根据平台的不同只需要分别使用四个文件。

在Windows下是：

qextserialbase.cpp和qextserialbase.h

以及win_qextserialport.cpp和win_qextserialport.h

在Linux下是：

qextserialbase.cpp和qextserialbase.h

以及posix_qextserialport.cpp和posix_qextserialport.h

而在Windows下我们可以使用事件驱动EventDriven方式，也可以使用查询Polling方式，但是在Linux下我们只能使用查询Polling方式。

第二部分 在Windows下编写串口通信程序

我们的环境是Windowsxp，Qt4.6.3及Qt Creator2.0。

第一，下面我们首先使用事件驱动来实现串口通信。

1.新建工程。

我们在QtCreator中新建Qt Gui工程，命名为myCom，Base Class选择QWidget。

2.添加文件。

我们将那四个文件添加到工程文件夹中。如下图。

然后我们将这四个文件添加到工程中，在Qt

Creator的工程列表中的工程文件夹上点击鼠标右键，在d出的菜单中选择“AddExisting Files”菜单。如下图。

我们在d出的对话框中选中四个文件，按下“打开”按钮即可，如下图。

最终工程文件列表如下图。

3.更改界面。

我们将界面设计如下。

其中的TextBrowser 部件用来显示接收到的数据，Line Edit部件用来输入要发送的数据，Push

Button按钮用来发送数据。我们保持各部件的属性为默认值即可。

4. 我们在widget.h文件中进行对象及函数声明。

添加头文件包含：#include“win_qextserialport.h”

然后在private中声明对象：Win_QextSerialPort *myCom

声明私有槽函数：

private slots:

voidon_pushButton_clicked()//”发送数据”按钮槽函数

void readMyCom()//读取串口

5.在widget.cpp文件中进行更改。

在构造函数中添加代码，完成后，构造函数内容如下：

Widget::Widget(QWidget*parent) :

QWidget(parent),

ui(newUi::Widget)

{

ui->setupUi(this)

myCom=

new Win_QextSerialPort(“COM1″,QextSerialBase::EventDriven)

//定义串口对象，指定串口名和查询模式，这里使用事件驱动EventDriven

myCom->open(QIODevice::ReadWrite)

//以读写方式打开串口

myCom->setBaudRate(BAUD9600)

//波特率设置，我们设置为9600

myCom->setDataBits(DATA_8)

//数据位设置，我们设置为8位数据位

myCom->setParity(PAR_NONE)

//奇偶校验设置，我们设置为无校验

myCom->setStopBits(STOP_1)

//停止位设置，我们设置为1位停止位

myCom->setFlowControl(FLOW_OFF)

//数据流控制设置，我们设置为无数据流控制

myCom->setTimeout(500)

//延时设置，我们设置为延时500ms,这个在Windows下好像不起作用

connect(myCom,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(readMyCom()))

//信号和槽函数关联，当串口缓冲区有数据时，进行读串口 *** 作

}

实现槽函数：

void Widget::readMyCom()//读取串口数据并显示出来

{

QByteArray

temp = myCom->readAll()

//读取串口缓冲区的所有数据给临时变量temp

ui->textBrowser->insertPlainText(temp)

//将串口的数据显示在窗口的文本浏览器中

}

voidWidget::on_pushButton_clicked() //发送数据

{

myCom->write(ui->lineEdit->text().toAscii())

//以ASCII码形式将数据写入串口

}

6.此时，我们运行程序，效果如下。

可以看到，已经成功完成通信了。

（注：我们这里下位机使用的是单片机，它使用串口与计算机的COM1相连。单片机上运行的程序的功能是，接收到一个字符便向上位机发送一个字符串然后发送接收到的字符。）

两个重要问题的讲解：

一、关于数据接收。

我们想在程序中对接收的数据进行控制，但是readyRead()信号是一旦有数据到来就发射的，不过我们可以使用bytesAvailable()函数来检查已经获得的字节数，从而对数据接收进行控制。

（1）我们在widget.cpp中添加头文件包含：#include

然后在读串口函数中添加一行代码，如下：

void Widget::readMyCom() //读取串口数据并显示出来

{

qDebug()

<<“read:

“<<myCom->bytesAvailable()<<”bytes”

//我们输出每次获得的字节数

QByteArray

temp = myCom->readAll()

ui->textBrowser->insertPlainText(temp)

}

运行程序，效果如下：

可以看到，我们获取的数据并不是一次获得的。

（2）利用上面的结论，我们可以让串口缓冲区拥有了一定的数据后再读取。

void Widget::readMyCom()

{

if(myCom->bytesAvailable()>=8 )

//如果可用数据大于或等于8字节再读取

{

qDebug()

<<“read:

“<<myCom->bytesAvailable()<<”bytes”

QByteArray

temp = myCom->readAll()

ui->textBrowser->insertPlainText(temp)

}

}

运行程序，效果如下：

我们发送了两次数据，可以看到，这样实现了每8个字节读取一次，而最后剩余的不够8个字节的数据将会和后面的数据一起读出。

然后我们将8改为3，发送一次数据，效果如下：

改为7，发送两次数据，效果如下：

改为11，发送两次数据，效果如下：

改为17，发送三次数据，效果如下：

重要结论：我们发送一次数据，应该获得37字节的数据，然后我们对比上面的结果，发现了什么？是的，其实串口每次读取8字节的数据放到缓冲区，只有

数据总数小于8字节时，才会读取小于8字节的数据。为了再次验证我们的结论，我们可以将上面程序中的“>=”改为“==”，那么只有8的倍数才能读

取数据（当然这里37也可以），你可以测试一下。

关于接收数据方面，可以根据你自己的需要再去进行研究和改进，这里只是抛砖引玉。

二、关于发送数据。

我们也可以使用函数获取要发送的数据的大小，这里有个bytesToWrite()可以获取要发送的字节数。例如将发送数据更改如下：

voidWidget::on_pushButton_clicked() //发送数据

{

myCom->write(ui->lineEdit->text().toAscii())

qDebug()

<<“write:

“<<myCom->bytesToWrite()<<”bytes”

//输出要发送的字节数

}

运行后效果如下：

当然，对于要发送的数据的大小我们不是很关心，而且它还有很多方法可以实现，这个还有个bytesWritten()信号函数来获取已经发送的数据的大小，不过好像它不是很好用。这里将它们提出来，只是供大家参考而已。

第二，使用查询方式Polling来实现串口通信。

这里再次说明，Polling方式是不能使用readyRead()信号的，所以我们需要自己设置定时器，来不断地读取缓冲区的数据。

1.我们在widget.h中声明一个定时器对象。

添加头文件包含：#include

添加private变量：QTimer *readTimer

2.我们在widget.cpp文件中的构造函数中更改。

（1）将串口定义更改为：

myCom =

newWin_QextSerialPort(“COM1″,QextSerialBase::Polling)

//定义串口对象，指定串口名和查询模式，这里使用Polling

（2）定义定时器，并将以前的关联更改为定时器的关联。

readTimer = newQTimer(this)

readTimer->start(100)

//设置延时为100ms

connect(readTimer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(readMyCom()))

//信号和槽函数关联，延时一段时间，进行读串口 *** 作

3.此时运行程序，便可以正常收发数据了。

重点：关于延时问题。

上面的程序中可以进行数据的接收了，但是好像中间的延时有点长，要等一会儿才能收到数据，而且即便我们将定时器改为10ms

也不行。问题在哪里呢？其实真正控制串口读写时间的不是我们的定时器，而是延时timeout。我们在构造函数中设置了延时：

myCom->setTimeout(500)

//延时设置，我们设置为延时500ms

我们前面说延时并不起作用，那是因为是在事件驱动的情况下，一旦有数据到来就会触发readyRead()信号，所以延时不起作用。但是现在，真正

控制串口读写数据间隔的就是这个函数。这里值得注意，我们现在所说的串口读写是指底层的串口读写，从上面的程序中我们也可以看到，我们每隔100ms去读

串口，确切地说，应该是去读串口缓冲区。而timeout才是正真的读取串口数据，将读到的数据放入串口缓冲区。所以如果timeout时间很长，即便我

们的定时器时间再短，也是读不到数据的。所以我们这里需要将timeout设置为较小的值，比如10。我们更改代码：

myCom->setTimeout(10)

这样再运行程序，我们就可以很快地获得数据了。

关于数据接收：事件驱动那里的结论依然有用，不过这里更多的是靠读取的时间间隔来控制。

关于发送数据：这时bytesToWrite()函数就不再那么好用了。

第三部分 在Linux下编写串口通信程序

我这里的环境是Ubuntu10.04，Qt 4.6.3和Qt Creator2.0

。上面已经提到，在Linux下只能使用Polling的方式读取串口数据，所以我们将上面Windows下的应用Polling的程序在Linux下重

新编译。我们使用Qt Creator打开该工程，然后进行下面的 *** 作。

1.文件替换。

将工程中的win_qextserialport.cpp和win_qextserialport.h文件替换成posix_qextserialport.cpp和posix_qextserialport.h文件。

（1）我们先删除工程中的win_qextserialport.cpp和win_qextserialport.h文件。

在工程列表中用鼠标右击win_qextserialport.h，然后选择“Remove File”选项。如下图。

在d出的对话框中我们选中“Deletefile permanently”选项，确保删除了工程文件夹中的文件。如下图。

然后我们使用同样的方法删除win_qextserialport.cpp文件。

（2）我们按照Windows下添加文件的方法，向工程中添加posix_qextserialport.cpp和posix_qextserialport.h文件。最终工程文件列表如下。

2.设置编码。

（这是因为两个系统使用的默认编码不同造成的，如果你那里没有该问题，可以跳过这一步）

现在我们打开widget.cpp文件，发现中文出现乱码，而且无法编辑。在编辑器最上面有一个黄色提示条和一个“Select

Encoding”按钮，我们点击该按钮。如下图。

在d出的对话框中我们选择“GB2312”。按下“Reload with Encoding”按钮，中文就可以正常显示了。

3.更改程序。

在widget.h文件中：

将以前的#include“win_qextserialport.h”更改为#include“posix_qextserialport.h”

将以前的Win_QextSerialPort*myCom更改为Posix_QextSerialPort*myCom

在widget.cpp文件中：

将以前的myCom= new

Win_QextSerialPort(“COM1″,QextSerialBase::Polling)

更改为：myCom= new

Posix_QextSerialPort(“/dev/ttyS0″,QextSerialBase::Polling)

（这里一定要注意串口名称的写法。）

4.下面我们运行程序。

这时可能会出现以下提示。

错误是说一个函数的调用出现了问题。我们点击该错误，定位到出错的位置，然后将那个函数中的第一个参数删除即可。如下图。

5.再次运行程序，这时已经可以正常运行了。

6.小结

可以看到将Windows下的串口程序在Linux下重新编译是很简单的，我们只需要替换那两个文件，然后更改一下头文件包含，对象定义和串口名即可。

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