使用Pico通过串口与电脑进行硬件控制通信

前几节都是在讲树莓派与外部的元件通信，本节来讲树莓派如何与电脑通信

本篇文章会教大家开发一个这样的上位机软件，用来和Pico通信，文章较长，耐心看完

先看一下树莓派Pico的引脚图吧

我们可以看到上面有UART的引脚，UART又分为TX和RX

UART是串口的一种，可以用来通信，包括单片机和电脑，单片机和单片机，单片机和其它带串口的外设

UART是全双工的，也就是说发送的发送的同时可以接收数据，UART需要三根线，一根TX(发送)，一根RX(接收)和一根GND(共地)

串口模块：

现在的电脑都不带串口了，我们需要一个USB转串口模块来给电脑增加串口能力

如图所示：

网上很容易买到这样的USB转串口模块，只需几块钱，用的是CH340芯片

这个模块一头插电脑，另一头的引脚可以通过杜邦线连接Pico或其它单片机，这些引脚上面都要标注，别插错就可以了

买到模块后找店家要一个驱动，安装驱动后，可以测试下模块是否正常工作，将模块插入电脑，设备管理器里面出现新的串口设备说明驱动安装成功

然后使用一根杜邦线将TXD脚和RXD脚连接起来，这样这个模块发送的数据就会被自己接收到了

连接完成后，打开串口调试助手

里面选择自己的串口号，点击打开，同时将接收区设置中的十六进制显示去掉

在下面的输入窗口中输入数据，点击发送，上面的接收窗口就能收到相同的数据了，说明串口模块工作正常

Pico连接串口：

1号脚是串口的TX

2号脚是串口的RX

3号脚是GND，也要用到

这三个脚接到USB转串口模块的对应引脚上

TX接RX，RX接TX，GND接模块的GND（需要共地才能通信）

连接完成后给Pico编写串口通信代码：

import time

from machine import UART, Pin

led = Pin(25, Pin.OUT)
uart = UART(0, baudrate=9600, bits=8, stop=1)

while True:
    led.toggle()
    time.sleep(1)
    uart.write('hello-world\n')

首先引入UART包，然后初始化一个uart对象

uart需要设置几个参数

第一个是串口号，设置为0代表用Pico上的第一个串口

baudrate设置串口通信的波特率

bits设置通信的数据位为8位

stop设置停止位为1位

代码写完上传到Pico中

然后打开串口助手工具

串口设置要和Pico中的配置保持一致，比如波特率写9600，两边都要写9600

然后打开串口，就能源源不断收到Pico发送的数据了

然后我们来通过Python写一个小工具，用来代替串口调试助手 读取串口数据

Python提供了一个串口操作的包，pyserial

需要先安装这个包

pip install pyserial

然后编写代码，操作串口

import serial

com = serial.Serial("COM4", 9600)
if com.isOpen():
    print("打开串口成功")
    print(com.name)

    try:
        while True:
            read_data = com.read()
            if read_data:
                print(read_data)
    except:
        print('err')
    finally:
        com.close()
else:
    print("打开串口失败")

代码写完后，将串口调试助手的串口操作关闭掉，运行上面的Python脚本，也能源源不断输出Pico发送的数据了

上位机程序：

最后来编写一个上位机程序控制Pico

上位机是一个运行在电脑或手机上的程序，可以操作单片机

我们编写一个Python界面程序来给Pico发送指令，Pico收到指令后执行开灯或者关灯操作

使用PySimpleGui来编写界面

需要先安装包

pip install PySimpleGUI

然后编写如下代码：

import PySimpleGUI as sg
import serial
from serial.rfc2217 import Serial
from serial.tools import list_ports


def get_com_list():
    """
    获取串口列表
    :return: 
    """
    ports = list_ports.comports(include_links=False)
    return [port.device for port in ports]


def get_baudrates_list():
    """
    获取波特率列表
    :return: 
    """
    return [item for item in Serial.BAUDRATES]


if __name__ == '__main__':
    com_list = get_com_list()
    baudrates_list = get_baudrates_list()
    com: serial.Serial = None

    layout = [[sg.Text('通过按钮控制Pico点亮/熄灭LED')],
              [sg.HorizontalSeparator()],
              [sg.Text('串口：'), sg.InputCombo(com_list, readonly=True, key='com'),
               sg.Button('刷新', key='refresh_com_list')],
              [sg.Text('波特率：'), sg.InputCombo(baudrates_list, readonly=True, default_value=115200, key='baudrates')],
              [sg.Button('打开串口', key='open_serial'), sg.Button('关闭串口', key='close_serial')],
              [sg.HorizontalSeparator()],
              [sg.Button('开灯', key='open_led'), sg.Button('关灯', key='close_led')]]

    window = sg.Window('Pico上位机程序v1.0', layout, size=(300, 200))

    while True:
        event, values = window.read()
        if event == sg.WIN_CLOSED:
            break
        elif event == 'refresh_com_list':
            # 刷新串口列表
            com_list = get_com_list()
            window['com'].update(values=com_list)
        elif event == 'open_serial':
            # 打开串口
            selected_com = values['com']
            selected_baudrates = values['baudrates']
            if not selected_com:
                sg.Popup('请选择串口')
            elif not selected_baudrates:
                sg.Popup('请选择波特率')
            else:
                if not com:
                    print(f'open serial: {selected_com}')
                    com = serial.Serial(selected_com, int(selected_baudrates))
        elif event == 'close_serial':
            # 关闭串口
            if com and com.isOpen():
                print('close serial')
                com.close()
                com = None
        elif event == 'open_led':
            if com and com.isOpen():
                print('send open led command')
                com.write(b'open_led\n')
        elif event == 'close_led':
            if com and com.isOpen():
                print('send close led command')
                com.write(b'close_led\n')

    window.close()

上面这段代码会创建这样的窗口：

可以下拉选择串口，然后设置波特率，打开串口后就能发送指令了

这里定义了两个指令

开灯：

open_led\n

关灯：

close_led\n

这两个指令会通过串口发送到Pico设备，Pico收到后判断指令然后执行相应的动作

Pico的代码如下：

import time

from machine import UART, Pin

led = Pin(25, Pin.OUT)
uart = UART(0, baudrate=115200, bits=8, parity=None, stop=1)

uart.write('pico started!\n')

while True:
    time.sleep(1)

    if uart.any():
        command = uart.readline()
        if not command:
            continue

        command_str = command.decode()

        uart.write('recv-{}\n'.format(command_str))

        if command_str.startswith('open_led'):
            led.value(1)
        elif command_str.startswith('close_led'):
            led.value(0)

循环接收串口消息，收到后判断是否为定义的指令

然后执行相应的动作

以上就是一个简单的单片机与上位机通信的案例，大家可以稍加改造完成自己的控制功能