QT技巧之快速搭建串口收发平台

Qt 串口模块（QtSerialPort）是 Qt 框架中用于与串口设备通信的组件，提供了跨平台的串口访问能力。

QtSerialPort 模块包含两个核心类：

1. QSerialPort

   • 提供对串口的配置和数据传输功能（打开 / 关闭串口、读写数据）。
   • 支持异步和同步通信模式。

2. QSerialPortInfo

   • 用于枚举系统中可用的串口设备（如 COM1、/dev/ttyUSB0）。
   • 获取串口详细信息（描述、制造商、序列号等）。

一、环境配置

1. 安装 Qt

   下载并安装 Qt SDK（包含 Qt Creator IDE），推荐 Qt 5.15 或更高版本。

2. 启用串口模块

   在项目的.pro文件中添加：

   QT += serialport

3. 包含必要头文件

   #include <QSerialPort>        // 串口类
   #include <QSerialPortInfo>    // 串口信息类

二、界面设计（UI 文件）

使用 Qt Designer 设计界面，通常包含：

1. 串口设置区：

   • 串口下拉框（选择 COM 口）
   • 波特率下拉框（如 9600、115200）
   • 数据位、停止位、校验位下拉框
   • 打开 / 关闭串口按钮

2. 数据收发区：

   • 接收文本框（显示接收到的数据）
   • 发送文本框（输入要发送的数据）
   • 发送按钮

三、核心代码实现

1. 初始化串口管理类

// mainwindow.h
#include <QMainWindow>
#include <QSerialPort>
#include <QSerialPortInfo>

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class MainWindow; }
QT_END_NAMESPACE

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    MainWindow(QWidget *parent = nullptr);
    ~MainWindow();

private slots:
    void on_pushButton_open_clicked();  // 打开/关闭串口按钮槽函数
    void on_pushButton_send_clicked();  // 发送数据按钮槽函数
    void readData();                   // 读取串口数据的槽函数

private:
    Ui::MainWindow *ui;
    QSerialPort *serialPort;           // 串口对象指针
};

2. 构造函数初始化

// mainwindow.cpp
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    serialPort = new QSerialPort(this);
    
    // 扫描并添加可用串口到下拉框
    foreach (const QSerialPortInfo &info, QSerialPortInfo::availablePorts()) {
        ui->comboBox_port->addItem(info.portName());
    }
    
    // 添加常用波特率选项
    ui->comboBox_baud->addItems({"9600", "115200", "19200", "38400"});
    
    // 设置默认选项
    ui->comboBox_baud->setCurrentText("115200");
    ui->comboBox_dataBits->setCurrentText("8");
    ui->comboBox_stopBits->setCurrentText("1");
    ui->comboBox_parity->setCurrentText("None");
    
    // 连接信号和槽
    connect(serialPort, &QSerialPort::readyRead, this, &MainWindow::readData);
}

3. 打开 / 关闭串口功能

void MainWindow::on_pushButton_open_clicked()
{
    if (serialPort->isOpen()) {
        // 关闭串口
        serialPort->close();
        ui->pushButton_open->setText("打开串口");
        ui->statusBar->showMessage("串口已关闭");
    } else {
        // 设置串口参数
        serialPort->setPortName(ui->comboBox_port->currentText());
        serialPort->setBaudRate(ui->comboBox_baud->currentText().toInt());
        
        // 设置数据位
        switch (ui->comboBox_dataBits->currentText().toInt()) {
            case 5: serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data5); break;
            case 6: serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data6); break;
            case 7: serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data7); break;
            case 8: serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data8); break;
            default: serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data8); break;
        }
        
        // 设置停止位和校验位（类似逻辑）
        // ...
        
        // 尝试打开串口
        if (serialPort->open(QIODevice::ReadWrite)) {
            ui->pushButton_open->setText("关闭串口");
            ui->statusBar->showMessage("串口已打开");
        } else {
            ui->statusBar->showMessage("串口打开失败: " + serialPort->errorString());
        }
    }
}

4. 数据接收功能

void MainWindow::readData()
{
    QByteArray data = serialPort->readAll();
    // 显示接收到的数据
    ui->textEdit_receive->append(data);
}

5. 数据发送功能

void MainWindow::on_pushButton_send_clicked()
{
    if (serialPort->isOpen()) {
        QString sendData = ui->textEdit_send->toPlainText();
        serialPort->write(sendData.toUtf8());
        ui->statusBar->showMessage("数据已发送");
    } else {
        ui->statusBar->showMessage("请先打开串口");
    }
}

四、完整实现示例

以下是一个完整的串口收发平台代码：

// mainwindow.h
#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>
#include <QSerialPort>
#include <QSerialPortInfo>

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class MainWindow; }
QT_END_NAMESPACE

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    MainWindow(QWidget *parent = nullptr);
    ~MainWindow();

private slots:
    void on_pushButton_open_clicked();
    void on_pushButton_send_clicked();
    void readData();

private:
    Ui::MainWindow *ui;
    QSerialPort *serialPort;
};
#endif // MAINWINDOW_H

// mainwindow.cpp
#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    serialPort = new QSerialPort(this);

    // 扫描可用串口
    foreach (const QSerialPortInfo &info, QSerialPortInfo::availablePorts()) {
        ui->comboBox_port->addItem(info.portName());
    }

    // 设置波特率选项
    ui->comboBox_baud->addItems({"9600", "115200", "19200", "38400"});
    ui->comboBox_baud->setCurrentText("115200");

    // 设置数据位选项
    ui->comboBox_dataBits->addItems({"5", "6", "7", "8"});
    ui->comboBox_dataBits->setCurrentText("8");

    // 设置停止位选项
    ui->comboBox_stopBits->addItems({"1", "1.5", "2"});
    ui->comboBox_stopBits->setCurrentText("1");

    // 设置校验位选项
    ui->comboBox_parity->addItems({"None", "Even", "Odd", "Space", "Mark"});
    ui->comboBox_parity->setCurrentText("None");

    // 连接信号和槽
    connect(serialPort, &QSerialPort::readyRead, this, &MainWindow::readData);
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    if (serialPort->isOpen()) {
        serialPort->close();
    }
    delete ui;
}

void MainWindow::on_pushButton_open_clicked()
{
    if (serialPort->isOpen()) {
        serialPort->close();
        ui->pushButton_open->setText("打开串口");
        ui->statusBar->showMessage("串口已关闭");
    } else {
        // 设置串口参数
        serialPort->setPortName(ui->comboBox_port->currentText());
        serialPort->setBaudRate(ui->comboBox_baud->currentText().toInt());

        // 设置数据位
        switch (ui->comboBox_dataBits->currentText().toInt()) {
            case 5: serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data5); break;
            case 6: serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data6); break;
            case 7: serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data7); break;
            case 8: serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data8); break;
            default: serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data8); break;
        }

        // 设置停止位
        if (ui->comboBox_stopBits->currentText() == "1") {
            serialPort->setStopBits(QSerialPort::OneStop);
        } else if (ui->comboBox_stopBits->currentText() == "1.5") {
            serialPort->setStopBits(QSerialPort::OneAndHalfStop);
        } else if (ui->comboBox_stopBits->currentText() == "2") {
            serialPort->setStopBits(QSerialPort::TwoStop);
        }

        // 设置校验位
        if (ui->comboBox_parity->currentText() == "None") {
            serialPort->setParity(QSerialPort::NoParity);
        } else if (ui->comboBox_parity->currentText() == "Even") {
            serialPort->setParity(QSerialPort::EvenParity);
        } else if (ui->comboBox_parity->currentText() == "Odd") {
            serialPort->setParity(QSerialPort::OddParity);
        }

        // 打开串口
        if (serialPort->open(QIODevice::ReadWrite)) {
            ui->pushButton_open->setText("关闭串口");
            ui->statusBar->showMessage("串口已打开");
        } else {
            ui->statusBar->showMessage("串口打开失败: " + serialPort->errorString());
        }
    }
}

void MainWindow::on_pushButton_send_clicked()
{
    if (serialPort->isOpen()) {
        QString sendData = ui->textEdit_send->toPlainText();
        serialPort->write(sendData.toUtf8());
        ui->statusBar->showMessage("数据已发送");
    } else {
        ui->statusBar->showMessage("请先打开串口");
    }
}

void MainWindow::readData()
{
    QByteArray data = serialPort->readAll();
    ui->textEdit_receive->append(data);
}

// main.cpp
#include "mainwindow.h"
#include <QApplication>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    MainWindow w;
    w.show();
    return a.exec();
}

五、关键特性技巧

1. 异步通信

• 通过信号槽机制处理数据接收（推荐方式）：

  connect(&serial, &QSerialPort::readyRead, this, [&]() {
      // 处理接收到的数据
  });

2. 同步通信

• 使用waitForReadyRead()、waitForBytesWritten()等阻塞函数（不推荐在 UI 线程中使用）：

  if (serial.waitForReadyRead(1000)) {
      QByteArray data = serial.readAll();
  }

3. 错误处理

• 通过error()信号或errorString()获取错误信息：

  connect(&serial, &QSerialPort::errorOccurred, this, [](QSerialPort::SerialPortError error) {
      qDebug() << "串口错误:" << error;
  });

4. 超时设置

• 可设置读写超时时间（仅对同步模式有效）：

  serial.setReadBufferSize(1024);  // 设置接收缓冲区大小

六、注意事项

1. 跨平台兼容性 ：

   QtSerialPort 支持 Windows、Linux、macOS 等，但不同系统的串口名称格式不同（如 COM1、/dev/ttyUSB0）。

2. 线程安全 ：

   串口数据接收是异步的，在复杂应用中需注意线程安全问题（可使用信号槽机制）。

3. 性能优化 ：

   大量数据收发时，需考虑缓冲区处理和界面刷新频率，避免 UI 卡顿。