码上通QT实战14--监控页面06-串口设备数据初始化-

1、前言

串口的基本概念

串口（Serial Port）是计算机与外部设备进行串行通信的接口，通过逐位传输数据实现通信。常见的串口标准包括RS-232、RS-422和RS-485。

串口的工作原理

串口通信通过发送和接收数据线（TX/RX）逐位传输数据。数据以帧为单位，包含起始位、数据位、校验位和停止位。波特率（Baud Rate）决定传输速度，常见值有9600、115200等。

串口的硬件接口

DB9接口：9针连接器，常见于RS-232标准。
TTL电平：部分设备使用3.3V或5V电平，需通过电平转换芯片（如MAX232）与RS-232兼容。

串口的软件配置

在操作系统中配置串口需设置以下参数：

波特率
数据位（通常为8位）
校验位（无、奇、偶校验）
停止位（1或2位）

串口的应用场景

工业控制设备（PLC、传感器）
嵌入式系统调试（如单片机通信）
老式外设（调制解调器、打印机）

串口调试工具

Windows：PuTTY、Tera Term
Linux：minicom、screen命令

现代替代方案

USB转串口模块（如FTDI芯片）和无线串口（蓝牙/Wi-Fi）逐渐取代传统串口，但串口仍广泛用于低成本和可靠通信场景。

2、开始干

1、虚拟串口驱动简介

Virtual Serial Port Driver（VSPD）是一款用于创建虚拟串口对的软件，广泛应用于串口通信测试、开发及模拟场景。它能在计算机上生成虚拟的COM端口，并模拟物理串口的通信行为，无需硬件支持。

主要功能

创建虚拟串口对：成对生成虚拟COM端口（如COM1↔COM2），数据可在端口间实时传输。
模拟硬件行为：支持波特率、数据位、校验位等参数配置，兼容大多数串口应用程序。
跨平台支持：部分版本支持通过网络共享虚拟串口，实现远程通信测试。

典型应用场景

软件开发测试：调试串口通信程序时，避免依赖物理设备。
硬件模拟：模拟传感器、PLC等设备的串口数据交互。
教学演示：展示串口通信原理，无需实际硬件连接。

安装与配置步骤

下载安装

从官方或可信来源下载安装包，运行安装程序并遵循提示完成安装，可能需要重启系统。
创建虚拟串口

打开VSPD软件，在界面中选择"Add pair"或类似选项，指定端口号（如COM3和COM4），点击"OK"生成。
配置参数（可选）

部分高级版本允许设置波特率、数据格式等参数，确保与目标应用程序的配置一致。
验证通信

使用串口调试工具（如Putty、Tera Term）分别打开虚拟端口，发送数据测试双向通信是否正常。

注意事项

避免与物理串口冲突，选择未占用的COM端口号。
部分安全软件可能拦截驱动安装，需临时禁用或添加信任。
虚拟串口仅在当前系统生效，关闭软件后端口对自动移除。

2、项目配置文件修改

.pro 文件的作用

Qt项目配置文件（.pro文件）是Qt项目的核心构建配置文件，用于定义项目结构、依赖关系和构建规则。该文件由qmake工具解析，生成适用于不同平台的Makefile或其他构建系统文件。.pro文件的完整语法参考Qt官方文档中的qmake Manual，实际项目中可根据需要组合使用上述配置项。

Qt 中的 SerialPort

Qt 提供了 QSerialPort 类，用于跨平台的串口通信。以下是使用 QSerialPort 的基本方法和常见操作。

可以通过 QSerialPortInfo 获取系统中可用的串口列表：

创建一个 QSerialPort 对象并配置串口参数：

使用 open() 方法打开串口：

写入数据：

读取数据：

使用 close() 方法关闭串口：

QSerialPort 提供了信号用于异步通信：

cpp 复制代码

#include <QCoreApplication>
#include <QSerialPort>
#include <QSerialPortInfo>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QSerialPort serial;
    serial.setPortName("COM1");
    serial.setBaudRate(QSerialPort::Baud9600);
    serial.setDataBits(QSerialPort::Data8);
    serial.setParity(QSerialPort::NoParity);
    serial.setStopBits(QSerialPort::OneStop);
    serial.setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);

    if (!serial.open(QIODevice::ReadWrite)) {
        qDebug() << "Failed to open serial port:" << serial.errorString();
        return -1;
    }

    serial.write("Hello, Serial Port!");
    if (!serial.waitForBytesWritten(1000)) {
        qDebug() << "Write timeout:" << serial.errorString();
    }

    if (serial.waitForReadyRead(1000)) {
        QByteArray response = serial.readAll();
        while (serial.waitForReadyRead(10)) {
            response += serial.readAll();
        }
        qDebug() << "Received:" << response;
    } else {
        qDebug() << "Read timeout:" << serial.errorString();
    }

    serial.close();
    return a.exec();
}

cpp 复制代码

#include "monitorview.h"
#include "ui_monitorview.h"
#include <QSerialPortInfo>
#include <QSerialPort>
#include <SystemUtils.h>

MonitorView::MonitorView(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::MonitorView)
{
    ui->setupUi(this);

    SystemUtils utils;
    utils.SetDropShadowEffect(ui->wdg_link_container,QColor("#33000000"),5);//设置连接设备的阴影效果


    // 设置字体图标
    QFont font=QFont(QString("zx_icons"),9);
    // 监控状态
    ui->lbl_status_title_icon->setFont(font);
    ui->lbl_status_title_icon->setText(QChar(0xe807));
    //串口区域的刷新按钮
    QFont font2=QFont(QString("zx_icons"),11);
    ui->pb_port_refresh->setFont(font2);
    ui->pb_port_refresh->setText(QChar(0xe71e));
    // OLED区域标题
    ui->lbl_oled_title_icon->setFont(font);
    ui->lbl_oled_title_icon->setText(QChar(0xe807));


    //设置1-6号灯珠的图标及大小
    font.setPixelSize(30);
    ui->lbl_light_icon_1->setFont(font);
    ui->lbl_light_icon_1->setText(QChar(0xe9e2));
    ui->lbl_light_icon_2->setFont(font);
    ui->lbl_light_icon_2->setText(QChar(0xe9e2));
    ui->lbl_light_icon_3->setFont(font);
    ui->lbl_light_icon_3->setText(QChar(0xe9e2));
    ui->lbl_light_icon_4->setFont(font);
    ui->lbl_light_icon_4->setText(QChar(0xe9e2));
    ui->lbl_light_icon_5->setFont(font);
    ui->lbl_light_icon_5->setText(QChar(0xe9e2));
    ui->lbl_light_icon_6->setFont(font);
    ui->lbl_light_icon_6->setText(QChar(0xe9e2));

    //加载串口列表
    //使用QSerialPortInfo::availablePorts()方法可以获取系统中所有可用的串口。这个方法返回一个QList<QSerialPortInfo>，其中包含了所有串口的信息
    // 获取所有可用的串口信息 QList<QSerialPortInfo> ports = QSerialPortInfo::availablePorts();
    foreach (const QSerialPortInfo &info, QSerialPortInfo::availablePorts()) {
        ui->cb_port->addItem(info.portName());
    }
    //初始化波特率
    ui->cb_baud->addItem("2400");
    ui->cb_baud->addItem("4800");
    ui->cb_baud->addItem("9600");
    ui->cb_baud->addItem("19200");
    ui->cb_baud->setCurrentText("9600");//设置默认选项

    // 初始化校验位列表
    ui->cb_parity->addItem("No");
    ui->cb_parity->addItem("Odd");
    ui->cb_parity->addItem("Even");
    ui->cb_parity->addItem("Space");
    ui->cb_parity->addItem("Mark");
    ui->cb_parity->setCurrentText("No");//设置默认选项

    // 初始化数据位列表
    ui->cb_data->addItem("5");
    ui->cb_data->addItem("6");
    ui->cb_data->addItem("7");
    ui->cb_data->addItem("8");
    ui->cb_data->setCurrentText("8");//设置默认选项

    // 初始化停止位列表
    ui->cb_stop->addItem("One");
    ui->cb_stop->addItem("OneAndHalf");
    ui->cb_stop->addItem("Two");
    ui->cb_stop->setCurrentText("One");  //设置默认选项

}

MonitorView::~MonitorView()
{
    delete ui;
}

//刷新串口列表
void MonitorView::on_pb_port_refresh_clicked()
{
    //加载串口列表
    ui->cb_port->clear();//清空
    foreach (const QSerialPortInfo &info, QSerialPortInfo::availablePorts()) {
        ui->cb_port->addItem(info.portName());
    }
}

串口波特率

波特率（Baud Rate）是衡量数据传输速率的参数，表示每秒传输的符号数（或信号变化次数），单位为"波特"（Baud）。它与比特率（Bit Rate）不同，后者表示每秒传输的二进制位数（bps）。两者的关系取决于单个符号携带的比特数：

\\text{比特率} = \\text{波特率} \\times \\text{每符号比特数}

例如，若采用4相调制（每个符号代表2比特），波特率为9600 Baud时，比特率为19200 bps。

波特率与通信配置

在串行通信（如UART）中，波特率需双方设备一致才能正确解码数据。常见标准值包括：

1200 Baud
9600 Baud（常用默认值）
19200 Baud
115200 Baud（高速通信）

典型应用场景

低速设备：传感器（如温湿度模块）常用9600 Baud。
高速传输：视频流或无线通信（如5G）采用高阶调制（如64-QAM），提升比特率但波特率较低。
工业协议：Modbus默认波特率为19200 Baud，需避免长距离传输时的信号衰减。

串口校验位

在串口通信中，校验位用于检测数据传输过程中可能出现的错误。校验位通常位于数据位之后，停止位之前，用于验证数据的完整性。

校验位的类型

奇校验（Odd Parity）

校验位设置为使数据位中"1"的总数为奇数。如果数据位中"1"的数量已经是奇数，校验位为"0"；否则为"1"。

偶校验（Even Parity）

校验位设置为使数据位中"1"的总数为偶数。如果数据位中"1"的数量已经是偶数，校验位为"0"；否则为"1"。

无校验（No Parity）

不启用校验位，数据直接传输。

标记校验（Mark Parity）

校验位固定为"1"，通常用于特殊用途。

空格校验（Space Parity）

校验位固定为"0"，通常用于特殊用途。

校验位的应用

校验位主要用于检测单比特错误。如果接收方计算的校验结果与接收到的校验位不匹配，说明数据传输过程中可能出现了错误。

校验位的局限性

校验位只能检测奇数个比特错误。如果传输过程中出现偶数个比特错误，校验位无法检测到错误。因此，在高可靠性要求的场景中，可能需要更复杂的校验机制（如CRC）。

串口数据位

串口通信中的数据位（Data Bits）指每个数据帧中实际传输的有效数据位数，通常为5、6、7或8位。数据位的长度决定了单次传输能携带的信息量，例如8位数据位可传输一个完整的ASCII字符。

数据位的常见配置

5位：早期电传打字机使用，现已较少见。
6位：特定场景或旧设备可能采用。
7位：适用于ASCII字符传输（标准ASCII码为7位）。
8位：最常用配置，支持二进制数据或扩展ASCII字符集。

数据位与其他参数的关系

数据位需与停止位（Stop Bits）、校验位（Parity Bit）协同配置。例如：

无校验位：通常搭配8位数据位和1位停止位（8N1）。
偶校验：可能使用7位数据位，校验位补足第8位。

串口停止位

停止位是串行通信中用于标识一个数据帧结束的信号位。它与起始位、数据位和校验位共同构成完整的通信帧。停止位的长度通常为1、1.5或2个比特时间，具体取决于通信协议的配置。

停止位的常见设置

1位停止位：最常用的配置，适用于大多数标准通信场景。
1.5位停止位：较少使用，主要用于某些特定硬件或历史协议（如老式调制解调器）。
2位停止位：用于对时序容错性要求较高的场景，如长距离通信或高噪声环境。

停止位的作用

确保接收端能够正确识别数据帧的结束。
提供缓冲区，允许接收硬件在下一个起始位前完成数据处理。
与波特率共同决定通信的时序稳定性。

3、刷新按钮

4、运行效果

5、小结

串口（Serial Port）是计算机与外部设备进行串行通信的接口，通过逐位传输数据实现通信。常见的串口标准包括RS-232、RS-422和RS-485。串口的通信参数有：波特率（Baud Rate），数据位（Data Bits），停止位（Stop Bits），校验位（Parity Bit）。

标准配置：波特率115200，数据位8，停止位1，无校验，无流控。
老式设备：波特率9600，数据位7，停止位1，偶校验，硬件流控。

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