python 串口数据处理 python 串口接收数据

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数据探索家 2024-08-20 11:12:20

文章标签 python 串口数据处理单片机嵌入式硬件 python MicroPython 文章分类 Python 后端开发

MicroPython是为了在嵌入式系统中运行Python 3编程语言而设计的轻量级版本解释器。与常规Python相比，MicroPython解释器体积小(仅100KB左右)，通过编译成二进制Executable文件运行，执行效率较高。它使用了轻量级的垃圾回收机制并移除了大部分Python标准库，以适应资源限制的微控制器。

MicroPython主要特点包括:
1、语法和功能与标准Python兼容,易学易用。支持Python大多数核心语法。
2、对硬件直接访问和控制,像Arduino一样控制GPIO、I2C、SPI等。
3、强大的模块系统,提供文件系统、网络、图形界面等功能。
4、支持交叉编译生成高效的原生代码,速度比解释器快10-100倍。
5、代码量少,内存占用小,适合运行在MCU和内存小的开发板上。
6、开源许可,免费使用。Shell交互环境为开发测试提供便利。
7、内置I/O驱动支持大量微控制器平台，如ESP8266、ESP32、STM32、micro:bit、掌控板和PyBoard等。有活跃的社区。

MicroPython的应用场景包括:
1、为嵌入式产品快速构建原型和用户交互。
2、制作一些小型的可 programmable 硬件项目。
3、作为教育工具,帮助初学者学习Python和物联网编程。
4、构建智能设备固件,实现高级控制和云连接。
5、各种微控制器应用如物联网、嵌入式智能、机器人等。

使用MicroPython需要注意:
1、内存和Flash空间有限。
2、解释执行效率不如C语言。
3、部分库函数与标准版有差异。
4、针对平台优化语法,订正与标准Python的差异。
5、合理使用内存资源,避免频繁分配大内存块。
6、利用原生代码提升速度关键部位的性能。
7、适当使用抽象来封装底层硬件操作。

总体来说,MicroPython让Python进入了微控制器领域，是一项重要的创新，既降低了编程门槛，又提供了良好的硬件控制能力。非常适合各类物联网和智能硬件的开发。

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RP2（Pico）是树莓派基金会推出的一款微控制器开发板，基于自研的 RP2040 芯片，售价仅为 4 美元。它可以用 C/C++ 或 Python 语言编程，适合用于物联网、机器人、音乐等各种应用场景。技术参数：RP2（Pico）的技术参数如下：

1、搭载双核 ARM Cortex M0+ 处理器，运行频率 133 MHz
2、内置 264 KB 的片上 RAM，板载 2 MB 闪存
3、可通过专用 QSPI 总线支持最高 16 MB 的片外闪存
4、DMA 控制器
5、30 个 GPIO 引脚，其中 4 个可用作模拟输入
6、2 个 UART、2 个 SPI 控制器和 2 个 I2C 控制器
7、16 个 PWM 通道
8、USB 1.1 主机和设备支持
9、8 个树莓派可编程 I/O（PIO）状态机，用于自定义外围设备支持
10、支持 UF2 的 USB 大容量存储启动模式，用于拖放式编程

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MicroPython的RP2（Pico） UART（串行总线）是用于在微控制器与其他设备之间进行串行通信的重要接口。

主要特点：

串行通信能力：RP2（Pico） UART支持串行通信协议，如UART（通用异步收发传输）协议。它可以通过单个引脚实现数据的双向传输，使得微控制器能够与其他设备进行可靠的数据交换。

通信速率可调：RP2（Pico） UART支持可调的通信速率，典型的波特率范围为300 bps至1 Mbps。这使得它适用于不同的应用场景，可以根据需求选择合适的通信速率。

支持异步通信：RP2（Pico） UART支持异步通信，其中数据传输不依赖于时钟信号。这使得它能够与不同的设备进行通信，如传感器、显示屏、无线模块等。

应用场景：

与外部设备的数据交换：RP2（Pico） UART可用于与其他外部设备进行数据交换，如传感器、GPS模块、蓝牙模块等。通过UART接口，可以读取来自外部设备的数据，或向其发送控制命令。

与计算机的通信：RP2（Pico） UART可用于与计算机进行通信，实现与上位机的数据传输。通过UART接口，可以将RP2（Pico）与计算机连接，进行数据的发送和接收，实现与计算机的交互。

调试和日志记录：RP2（Pico） UART可用于进行调试和日志记录。通过UART接口，可以将RP2（Pico）的调试信息和日志输出到计算机或其他设备，便于故障排查和系统分析。

需要注意的事项：

通信速率匹配：在使用RP2（Pico） UART进行通信时，需要确保通信速率匹配。RP2（Pico）与外部设备之间的UART通信速率要一致，否则可能导致数据传输错误或通信失败。

引脚配置：在使用RP2（Pico） UART时，需要正确配置相关引脚。通常，UART通信需要使用两个引脚，一个用于数据传输（TX），一个用于数据接收（RX）。确保将这些引脚正确连接并配置为UART功能。

数据格式设置：在进行UART通信时，需要根据通信协议和设备要求设置正确的数据格式，如数据位数、停止位数、校验位等。确保与外部设备之间的数据格式一致，以确保正确的数据传输。

总之，MicroPython的RP2（Pico） UART是用于串行通信的重要接口，具有串行通信能力、通信速率可调和支持异步通信等特点。它适用于与外部设备的数据交换、与计算机的通信以及调试和日志记录等应用场景。在使用RP2（Pico） UART时，需要注意通信速率的匹配、引脚的配置以及数据格式的设置，以确保可靠的数据传输和通信的成功。

以下是几个使用 MicroPython 和 RP2（Pico）通用板的 UART（串行总线）实际运用程序参考代码案例：

案例1：通过 UART 发送数据：

import machine
import time

# 初始化 UART
uart = machine.UART(0, baudrate=9600)

# 发送数据
uart.write("Hello, UART!")

# 延迟等待接收完成
time.sleep(1)

这个程序使用 UART 发送数据。

使用 machine.UART() 初始化一个 UART 对象 uart，参数 0 表示 UART 的编号，baudrate 参数设置波特率为 9600。

通过调用 uart.write() 方法发送数据，参数是要发送的字符串。

使用 time.sleep() 方法实现延迟等待，确保数据发送完成。

案例2：通过 UART 接收数据：

import machine

# 初始化 UART
uart = machine.UART(0, baudrate=9600)

# 接收数据
data = uart.read(10)

# 打印接收到的数据
print("接收到的数据：", data)

这个程序使用 UART 接收数据。

使用 machine.UART() 初始化一个 UART 对象 uart，参数 0 表示 UART 的编号，baudrate 参数设置波特率为 9600。

通过调用 uart.read() 方法接收数据，参数 10 表示要接收的字节数。

将接收到的数据存储在变量 data 中。

通过打印语句输出接收到的数据。

案例3：使用 UART 实现双向通信：

import machine

# 初始化 UART
uart = machine.UART(0, baudrate=9600)

# 发送数据
uart.write("Hello, UART!")

# 接收数据
data = uart.read(10)

# 打印接收到的数据
print("接收到的数据：", data)

这个程序使用 UART 实现双向通信，先发送数据再接收数据。

使用 machine.UART() 初始化一个 UART 对象 uart，参数 0 表示 UART 的编号，baudrate 参数设置波特率为 9600。

通过调用 uart.write() 方法发送数据，参数是要发送的字符串。

通过调用 uart.read() 方法接收数据，参数 10 表示要接收的字节数。

将接收到的数据存储在变量 data 中。

通过打印语句输出接收到的数据。

这样可以实现基本的双向通信功能。请注意，在实际使用中，需要根据具体的硬件设备和通信协议进行相应的配置和处理。

案例4：使用RP2（Pico）UART发送数据

from machine import UART
import time

# 初始化UART对象，设置波特率为9600
uart = UART(1, baudrate=9600)

# 发送数据
uart.write('Hello, World!')

# 延时1秒
time.sleep_ms(1000)

# 关闭UART
uart.deinit()

案例5：使用RP2（Pico）UART接收数据

from machine import UART
import time

# 初始化UART对象，设置波特率为9600
uart = UART(1, baudrate=9600)

# 启动UART接收数据
uart.init(rx=True)

# 延时2秒
time.sleep_ms(2000)

# 读取接收到的数据
received_data = uart.read()
print('Received data:', received_data)

# 关闭UART
uart.deinit()

案例6：使用RP2（Pico）UART实现串口通信

from machine import UART
import time

# 初始化UART对象，设置波特率为9600
uart = UART(1, baudrate=9600)

# 设置接收数据的回调函数
def rx_callback(data):
    print('Received data:', data)

# 设置发送数据的回调函数
def tx_callback(result):
    if result:
        print('Data sent successfully')
    else:
        print('Failed to send data')

# 启动UART接收和发送数据
uart.init(rx=True, tx=True, rts=True, dtr=True, parity=UART.PARITY_NONE, stop=False, timeout=1)
uart.on_recv(rx_callback)
uart.on_send(tx_callback)

# 发送数据
uart.write('Hello, World!')

# 延时2秒
time.sleep_ms(2000)

# 关闭UART
uart.deinit()

案例7：与计算机进行串口通信：

import machine

uart = machine.UART(0, baudrate=9600, tx=machine.Pin(0), rx=machine.Pin(1))

while True:
    if uart.any():
        data = uart.read()
        print(data)
        # 在这里执行对接收到的数据的处理逻辑

上述代码案例中，通过创建UART对象，设置通信波特率为9600，并指定引脚0和1用于数据的发送（TX）和接收（RX）。在主循环中，使用uart.any()检查是否有数据可读，如果有则通过uart.read()读取数据，并进行后续处理逻辑。

案例8：与外部设备进行串口通信：

import machine

uart = machine.UART(1, baudrate=9600, tx=machine.Pin(2), rx=machine.Pin(3))

while True:
    data = b'Hello, World!'
    uart.write(data)
    # 在这里执行其他操作

上述代码案例中，通过创建UART对象，设置通信波特率为9600，并指定引脚2和3用于数据的发送（TX）和接收（RX）。在主循环中，将数据Hello, World!通过uart.write()方法发送给外部设备，可以根据需求修改要发送的数据内容。

案例9：与传感器进行串口通信：

import machine

uart = machine.UART(2, baudrate=9600, tx=machine.Pin(4), rx=machine.Pin(5))

while True:
    uart.write(b'Read')
    machine.sleep_ms(100)
    if uart.any():
        data = uart.read()
        # 在这里执行对接收到的传感器数据的处理逻辑

上述代码案例中，通过创建UART对象，设置通信波特率为9600，并指定引脚4和5用于数据的发送（TX）和接收（RX）。在主循环中，通过uart.write()方法向传感器发送命令，如Read，然后等待一定时间，使用uart.any()检查是否有数据可读，如果有则通过uart.read()读取传感器数据，并进行后续处理逻辑。这些示例代码可以帮助您理解如何使用MicroPython的RP2（Pico） UART进行实际的串口通信。根据具体的应用需求，您可以根据以上示例代码进行修改和扩展，以适应不同的串口通信场景。

请注意，以上案例只是为了拓展思路，可能存在错误或不适用的情况。不同的硬件平台、使用场景和MicroPython版本可能会导致不同的使用方法。在实际编程中，您需要根据您的硬件配置和具体需求进行调整，并进行多次实际测试。

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