<QT学习>串口QSerialPort类同步与异步接收和发送数据

1.功能需求

　　通过QT，编写一个库。库的作用是上层直接调用库的函数，并且传参。库函数根据下位机的通信协议，将数据进行封装。通过串口将数据发送给下位机。下位机获得数据后，会对数据进行解析，再通过串口应答一帧数据。库函数再对数据进行解析，提取上层需要的数据，以返回值的形式传递给上层。

2.实现步骤

　　1.初始化并打开串口

　　2.根据下位机的通信协议，编写相对应的函数对数据进行封装。

　　3.库函数接收到一帧数据后，提取有效数据并返回给上层。

3.代码实现

3.1打开串口

/* 全局变量 */
QSerialPort *serial;


bool OpenCOM(const QString &name)
{
    serial = new QSerialPort();

    //port name
    serial->setPortName(name);

    //open
    serial->open(QIODevice::ReadWrite);
    if(serial->isOpen())
    {
        serial->setBaudRate(115200);
        serial->setDataBits(QSerialPort::Data8);
        serial->setStopBits(QSerialPort::OneStop);
        serial->setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);
    }
    else
    {
        return false;
    }
    return true;

}

　　以上的程序就是实例化一个QSerialPort类的对象。上位机根据实际串口是COM几，以传参的形式传递进来。要先打开串口再对串口进行配置。

　　其中isOpen()用来检测设备是否打开。

　　这里需要说明一下流控制。通讯的双方A和B，假如A给B发送数据时，B反应过慢，A不管不顾的不停发送数据，结果会导致数据丢失。为了防止这种情况发生，可使用流控制（也叫握手）。

　　软件流控制（XON/XOFF）：通讯的一方（B）如果不能及时处理串口数据，会给对方（A）发送XOFF字符，对方接收到这个字符后，会停止发送数据；B不再忙的时候，会给A发送XON字符，A接收到这个字符后，会接着发送数据。软件流控制最大的问题就是不能传输XON和XOFF。

　　硬件流控制（RTS/CTS）：硬件流控制需要按下图连接两个串口设备的RTS和CTS。

　　通讯的一方（B）如果不能及时处理串口数据，会设置自己的RTS为低电平，B的RTS连着对方（A）的CTS，A发现自己的CTS为低电平，将停止发送数据；B不再忙的时候，会设置自己的RTS为高电平，A发现自己的CTS为高电平，将接着发送数据。

　　上面的代码中，设置流控制为无，其含义为：不管对方是否能够反应过来，这边只管发送数据。

if(serial->open(QIODevice::ReadWrite))
{
    //成功打开串口
    serial->setRequestToSend(true);             //设置 RTS 为高电平
    serial->setDataTerminalReady(true);         //设置 DTR 为高电平

}

　　当流控制为硬件时，系统会自动管理RTS和DTR的状态。否则，应该设置RTS和DTR为高电平，通知对方可以发送串口数据了。

3.2 关闭串口

void CloseCom(void)
{
    serial->clear();
    serial->close();
    serial->deleteLater();  //因为之前new了serial这个对象，所以在关闭串口的时候要销毁这个对象。不然会造成内存泄露
}

　　clear()用来清除输入输出缓冲区里面的数据。调用这个函数之前，串口必须已经被打开。

　　close()用来关闭串口设备。跟open相对应。

　　由于我们之前使用new创建了一个对象，会调用构造函数。就必须调用delete来销毁这个对象。这个是C++的规则。QT作为C++的库，也是一样的道理。但是QT可以不用delete，还可以使用deleteLater。从字面上的意思就是后面再删除。　（delete 和 new 必须配对使用(一一对应)：delete少了，则内存泄露，多了麻烦更大。）　

　　deleteLater()并没有将对象立即销毁，而是向主消息循环发送了一个event，下一次主消息循环收到这个event之后才会销毁对象。这样做的好处是可以在这些延迟删除的时间内完成一些操作，坏处就是内存释放会不及时。

3.3数据封装

void Open_Door(int addr, int which_door)
{
    QByteArray tx_buf;

    tx_buf.append(0xAA);
    tx_buf.append(static_cast<char>(addr));
    tx_buf.append(0x01);
    tx_buf.append(static_cast<char>(which_door));
    tx_buf.append(zero);
    tx_buf.append(zero);
    tx_buf.append(zero);
    tx_buf.append(0xFF);

    SendCmd(tx_buf);

}

3.4 通过串口下发数据

QByteArray SendCmd(QByteArray cmd)
{
    serial->write(cmd);
    serial->waitForBytesWritten(50000);

    QByteArray data;

    while(serial->waitForReadyRead(5000))
   {

        data = serial->readAll(); //读取串口数据
        if(!data.isEmpty())
        {
            //读到数据了，退出循环
            return data;

        }

    }

}

　　可以看到这边使用了waitForBytesWritten和waitForReadyRead函数。下面来解释一下这两个函数。

4. 串口发送接收的同步与异步

4.1 异步读取串口数据

　　m_port->readAll（函数QIODevice::readAll）用来读取串口数据。不过，它是异步执行的。什么是异步呢？那就是即使对方还没有发送串口数据，m_port->readAll也会立即返回，而不是傻傻的等着对方发送数据过来后再返回。

　　既然是异步的，那么何时读取串口数据就成为了关键。Qt提供的方案就是使用信号、槽。

connect(m_port,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(slotReadData()));

　　当对方发送串口数据后，将触发m_port的信号QIODevice::readyRead。上面的代码将信号readyRead与槽函数slotReadData连接了起来，因此槽函数slotReadData将被调用，其代码如下：

void Widget::slotReadData()
{
　　QByteArray data;
　　const int nMax = 64 * 1024;

　　for(;;)
　　{
　　　　data = m_port->readAll(); //读取串口数据
　　　　if(data.isEmpty())
　　　　{//没有读取到串口数据就退出循环
　　　　　　break;
　　　　}
　　　　//读取到的串口数据，加入到QByteArray m_dataCom
　　　　m_dataCom.append(data);
　　　　if(m_dataCom.size() > nMax)
　　　　{　　
　　　　　　//防止 m_dataCom 过长
　　　　　　m_dataCom = m_dataCom.right(nMax);
　　　　}
　　}
　　ui->txtRecv->setText(m_dataCom); //将 m_dataCom 显示到文本框
　　ui->txtRecv->moveCursor(QTextCursor::End); //移动文本框内的插入符

}

4.2 发送串口数据

　　m_port->write（函数QIODevice::write）用来发送串口数据，不过它也是异步的。也就是说：代码m_port->write("123");会立即返回，至于数据"123"何时会发送给对方，那是操作系统的事情。操作系统不忙的时候，才会做此项工作。

参考如下代码：

char szData[1024];
memset(szData,'1',sizeof(szData));
szData[sizeof(szData)-1]='\0';
m_port->write(szData);
m_port->close();

　　m_port->write(szData);会把1023字节的'1'发送出去。假如波特率为1200，则这些数据需要9秒才能发送完毕。因为m_port->write是异步执行的，所以m_port->write(szData)只是把数据提交给了操作系统就立即返回了。操作系统克隆了一份串口数据szData，在空闲的时候发送，还没发送完毕m_port->close()就被执行了。结果就是大部分的串口数据丢失。

　　为了保证上述代码不丢失串口数据，需要将异步通讯更改为同步通讯：

char szData[1024];
memset(szData,'1',sizeof(szData));
szData[sizeof(szData)-1]='\0';
m_port->write(szData);
m_port->waitForBytesWritten(10000);
m_port->close();

　　就增加了一行代码m_port->waitForBytesWritten(10000);其含义为：操作系统把串口数据发送出去后，m_port->waitForBytesWritten才会返回。不过，总不能无限制等下去吧？10000就是等待时间的最大值，其单位为毫秒，10000毫秒就是10秒。

4.3 同步读取串口数据

　　异步通讯的效率比较高，但是代码结构比较复杂。有时，需要同步读取。如：给对方发送字符串 Volt，对方回应电压值 5。

代码如下：

m_port->write("Volt");
m_port->waitForBytesWritten(5000);
QByteArray data;

for(;;)
{
    data = m_port->readAll(); //读取串口数据
    if(!data.isEmpty())
    {
        //读到数据了，退出循环
        break;
    }
}

　　通过一个无限循环，将异步读取变成了同步读取。不过，上述代码运行时，CPU占用率将会达到100%（单核CPU）。为此，需要改进代码：

m_port->write("Volt");
m_port->waitForBytesWritten(5000);
QByteArray data;

while(m_port->waitForReadyRead(3000))
{
    data = m_port->readAll(); //读取串口数据
    if(!data.isEmpty())
    {
        //读到数据了，退出循环
        break;
    }
}

　　修改了一行代码m_port->waitForReadyRead(3000)，其含义为等待对方发送串口数据过来。如果对方发送串口数据过来了，它返回true，然后使用m_port->readAll读取串口数据；如果对方在3秒内都没有发送串口数据过来，它返回false，退出循环。

注意：

　　如果使用waitForReadyRead这种同步的方式来读取串口数据，那么就不需要用connect来连接readyRead信号和槽函数。

　　这种方式使用场景是串口发送数据后，数据最好是能立马返回或者是固定多少时间返回。如果串口返回数据的时间不确定，不要用这种方式。还是用connect的异步方式。

5. 知识延伸“波特率”

　　在4.2中有谈到“把1023字节的'1'发送出去。假如波特率为1200，则这些数据需要9秒才能发送完毕”。

　　为什么是9秒呢？

　　首先需要明确几个概念：

波特率：

　　在消息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。

　　所以波特率传输的单位是码元，而码元不是bit。是可以通过不同调制方法在一个符号上负载多个bit信息。

数据帧：

　　电脑串口以及一般使用的开发板串口都是默认8个数据bit，一个停止bit，（起始1bit是必须的）默认无奇偶校验位，无流控。

　　那么实际上一帧数据其实是10bit，而不是8个bit。那么1200的波特率一秒就是能发送120帧数据，因为一帧里面只有1个字符。就是中间的8个有效数据（ASCII中可以转为为字符，8位就是char这种的数据类型）。

比特率：

　　比特率是每秒传输多少bit。以9600bps为例，就是每秒传输9600bit。

　　那么每个bit的时间就是1/9600秒=104.16666666666666666666666666666us，大约0.1ms。因此每个bit紧接着下个bit，不存在额外的间隔，不管是起始bit，数据bit，奇偶bit，停止bit。

　　所以波特率和比特率的传输单位是不同的。前者是码元后者是bit。

posted @ 2020-04-28 17:37 一个不知道干嘛的小萌新阅读(16545) 评论(4) 编辑收藏举报

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