原创 Qt串口通信专题教程

2010-7-17 13:37 5325 1 1 分类: MCU/ 嵌入式

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Qt串口通信专题教程


前言


去年我使用Qt编写串口通信程序时,将自己的学习过程写成了教程(Qt编写串口通信程序全程图文讲解),但是由于时间等原因,我只实现了Windows下的串口通信,并没有去做Linux下的。自从教程发布到网上后,就不断有人提出相关的问题,而其中问的最多的就是,怎样在Linux下实现串口通信。因为有计划安排,而且没有开发板,所以一直没能去研究,也就没能给出很好的解决办法。前些天,网友hqwfreefly 用Qt写了一个叫linucom的Linux下串口调试程序,实现了Linux的串口通信。而且,正好现在我有几天假期,所以就和hqwfreefly合作,将linucom更新为Lincom,并且推出了Windows下的Wincom,然后完成了这篇Qt编写串口通信程序的专题教程,也算完成了我的一个心愿。


查看以前的教程:Qt编写串口通信程序全程图文讲解


查看Wincom和Lincom介绍:Qt跨平台串口通信软件Wincom与Lincom


下载软件,文档和源码:资源下载


 


教程概述


       该教程分三部分讲述,第一部分讲解qextserialport类的一些东东;第二部分讲解在Windows下使用qextserialport类实现串口通信的方法,这里将讲述两种不同的方法;第三部分讲解在Linux下利用qextserialport类实现串口通信的方法。


       在这个教程中我们更注重知识的讲解,而不是界面的设计。关于界面和其他应用问题,你可以查看以前的串口通信教程或者查看一下Wincom软件的源码。


第一部分 Qextserialport类介绍


在Qt中并没有特定的串口控制类,现在大部分人使用的是第三方写的qextserialport类,我们这里也使用了该类。


一、文件下载


文件下载地址:


http://sourceforge.net/projects/qextserialport/files/


也可以下载我上传到网盘上的:


http://good.gd/494307.htm


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)


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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它。


2.几个类的简单介绍。


下面是这几个类的关系图。


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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。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:


/*POSIX CODE*/


#ifdef _TTY_POSIX_


#include “posix_qextserialport.h”


#define QextBaseType Posix_QextSerialPort


 


/*MS WINDOWS CODE*/


#else


#include “win_qextserialport.h”


#define QextBaseType Win_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,它提供了操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平台下操作串口的一些功能,Posix_QextSerialPort类添加了Linux平台下操作串口的一些功能。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Windows xp,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Qt Creator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。


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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,在弹出的菜单中选择“Add Existing Files”菜单。如下图。


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我们在弹出的对话框中选中四个文件,按下“打开”按钮即可,如下图。


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最终工程文件列表如下图。


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3.更改界面。


我们将界面设计如下。


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其中的Text Browser 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:


    void on_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(new Ui::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,进行读串口操作


}


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


}


void Widget::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。


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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 <QDebug>


       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:


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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:


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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:


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改为7,发送两次数据,效果如下:


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改为11,发送两次数据,效果如下:


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改为17,发送三次数据,效果如下:


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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:


void Widget::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:


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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 <QTimer>


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 = new Win_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 = new QTimer(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,进行读串口操作


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Ubuntu 10.04,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,然后进行下面的操作。


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。


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


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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。


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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。


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在弹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。


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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。


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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。


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5.再次运行程序,这时已经可以正常运行了。


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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。


结尾


 


       本教程比较详细的讲述了使用Qt在Windows下和Linux下编写串口通信程序的方法,但是对于串口通信的内容还有很多,我们现在还无法全部涵盖。希望广大网友可以提出宝贵建议,将Wincom软件进行功能扩展,或者将本教程继续更新下去。


       如果你喜欢本教程的写作风格,而且您也是Qt爱好者,您可以访问我们的网站,这里有一系列教程和软件供您参考学习,当然也希望您能为我们的网站添砖加瓦,让我们一起为Qt 及Qt Creator的普及贡献自己的力量。


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