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C++Qt学习笔记——实现一个串口通信界面

news 来源：原创 2025/5/17 5:13:18

C++Qt学习笔记——实现一个串口通信界面

- 一.界面
- 二、项目结构
- 三、头文件
- - 1. 文件头部
  - 2. 类定义
  - 3. 构造函数和析构函数
  - 4. 成员函数
  - - 5. 成员变量
- 四、代码解析
- `ReceiveAeraInit` 函数解析
- SerialHelper 构造函数解析
- - 1. 为什么有两个 `SerialHelper`？
  - 2. 为什么用 `::` 和 `:`？
  - 1. `this` 的作用
  - 2. `connect` 的作用
  - 1. 接收区初始化
  - 2. 发送区初始化
  - 3. 串口配置初始化
  - 4. 串口连接与断开
  - 5. 串口通信实现
  - 6. 动态更新串口列表
  - 7. 主窗口初始化

参考以下视频

一.界面

在这里插入图片描述

二、项目结构

本项目包含以下功能模块：

接收区初始化：用于显示接收到的数据。
发送区初始化：用于输入并发送数据。
串口配置初始化：用于配置串口参数（如波特率、数据位等）。
串口操作：连接和断开串口，以及数据的发送和接收。
动态更新串口列表：定时扫描系统中的串口并更新下拉菜单。

三、头文件

#pragma once

#include <QtWidgets/QMainWindow>
#include "ui_SerialHelper.h"
#include <QPlainTextEdit>
#include <QPushButton>
#include <QComboBox>
#include <QLabel>
#include <QDebug>
#include <QSerialPort>
#include<QSerialPortInfo>
#include<QMessageBox>
class SerialHelper : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    SerialHelper(QWidget *parent = nullptr);
    ~SerialHelper();
    void ReceiveAeraInit(void);
    void SendAeraInit(void);
    void SetupInit(void);
    void BeginUSART(void);
    void USART(void);
    void timerEvent(QTimerEvent*);
private:
    QPlainTextEdit* sendAera;
    QPlainTextEdit* receiveAera;
    QPushButton* sendButton;
    QPushButton* startUSART;
    QPushButton* endUSART;
    QComboBox* port;
    QComboBox* baudRate;
    QComboBox* dataSize;
    QComboBox* stopSize;
    QComboBox* check;
    QComboBox* receiveMode;
    QComboBox* sendMode;
    QSerialPort* serialPort;
    QVector<QString> ports;
};

这段代码是一个基于Qt的串口助手工具的类定义，它声明了SerialHelper类及其成员变量和成员函数。以下是详细解析：

1. 文件头部

#pragma once

#pragma once 是一个预处理器指令，用于防止头文件的重复包含。它确保该头文件在编译过程中只被包含一次，从而避免重复定义问题。

#include <QtWidgets/QMainWindow>
#include "ui_SerialHelper.h"
#include <QPlainTextEdit>
#include <QPushButton>
#include <QComboBox>
#include <QLabel>
#include <QDebug>
#include <QSerialPort>
#include <QSerialPortInfo>
#include <QMessageBox>

这些是必要的头文件：

QtWidgets/QMainWindow：QMainWindow 是Qt提供的一个主窗口类，SerialHelper类继承自它。
ui_SerialHelper.h：这是Qt Designer生成的UI类的头文件，通常包含窗口的界面布局。
其他头文件：提供了Qt中各种控件和功能的类，如QPlainTextEdit（多行文本编辑框）、QPushButton（按钮）、QComboBox（下拉菜单）、QSerialPort（串口通信类）等。

2. 类定义

class SerialHelper : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

class SerialHelper：定义了一个名为SerialHelper的类。
: public QMainWindow：表示SerialHelper类继承自QMainWindow，即SerialHelper是一个主窗口类。
Q_OBJECT：这是一个宏，用于Qt的信号和槽机制，它使得类可以使用信号和槽功能。

3. 构造函数和析构函数

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

SerialHelper(QWidget *parent = nullptr)：构造函数，用于初始化SerialHelper对象。QWidget *parent是一个指向父窗口的指针，默认值为nullptr，表示该窗口没有父窗口。
~SerialHelper()：析构函数，用于清理SerialHelper对象占用的资源。

4. 成员函数

    void ReceiveAeraInit(void);
    void SendAeraInit(void);
    void SetupInit(void);
    void BeginUSART(void);
    void USART(void);
    void timerEvent(QTimerEvent*);

ReceiveAeraInit(void)：初始化接收区域的函数。
SendAeraInit(void)：初始化发送区域的函数。
SetupInit(void)：初始化串口设置区域的函数。
BeginUSART(void)：初始化串口连接和断开按钮的函数。
USART(void)：配置串口参数并打开串口的函数。
timerEvent(QTimerEvent*)：定时器事件处理函数，用于定时更新串口列表。

5. 成员变量

private:
    QPlainTextEdit* sendAera;
    QPlainTextEdit* receiveAera;
    QPushButton* sendButton;
    QPushButton* startUSART;
    QPushButton* endUSART;
    QComboBox* port;
    QComboBox* baudRate;
    QComboBox* dataSize;
    QComboBox* stopSize;
    QComboBox* check;
    QComboBox* receiveMode;
    QComboBox* sendMode;
    QSerialPort* serialPort;
    QVector<QString> ports;

QPlainTextEdit* sendAera：发送区域的文本编辑框。
QPlainTextEdit* receiveAera：接收区域的文本编辑框。
QPushButton* sendButton：发送按钮。
QPushButton* startUSART：串口连接按钮。
QPushButton* endUSART：串口断开按钮。
QComboBox* port：串口号下拉菜单。
QComboBox* baudRate：波特率下拉菜单。
QComboBox* dataSize：数据位下拉菜单。
QComboBox* stopSize：停止位下拉菜单。
QComboBox* check：校验位下拉菜单。
QComboBox* receiveMode：接收模式下拉菜单。
QComboBox* sendMode：发送模式下拉菜单。
QSerialPort* serialPort：串口对象，用于串口通信。
QVector<QString> ports：存储当前系统中可用串口的名称。

四、代码解析

`ReceiveAeraInit` 函数解析

void SerialHelper::ReceiveAeraInit(void) {
    receiveAera = new QPlainTextEdit(this);  // 创建一个 QPlainTextEdit 对象，并将其存储在 receiveAera 成员变量中
    receiveAera->setFixedSize(800, 400);     // 设置接收区的固定大小为 800x400 像素
    receiveAera->move(30, 20);               // 将接收区移动到窗口的 (30, 20) 位置
    receiveAera->setReadOnly(true);          // 设置接收区为只读模式

    QPushButton* clearReceive = new QPushButton(QString::fromLocal8Bit("清空接收区"), this);  // 创建“清空接收区”按钮
    clearReceive->setFixedSize(150, 50);      // 设置按钮的固定大小为 150x50 像素
    clearReceive->move(680, 430);            // 将按钮移动到窗口的 (680, 430) 位置

    connect(clearReceive, &QPushButton::clicked, [&]() {  // 将按钮的点击事件连接到槽函数
        receiveAera->clear();  // 清空接收区的内容
    });
}

SerialHelper 构造函数解析

SerialHelper::SerialHelper(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)  // 继承自QMainWindow
{
    this->setFixedSize(1200, 750);  // 设置窗口的固定大小为1200x750像素
    this->setWindowTitle(QString::fromLocal8Bit("串口助手"));  // 设置窗口标题为“串口助手”
}

1. 为什么有两个 `SerialHelper`？

第一个 SerialHelper：这是类名，表示构造函数所属的类。
第二个 SerialHelper：这是构造函数的名称，表示正在定义的函数。在C++中，构造函数的名称必须与类名相同。

2. 为什么用 `::` 和 `:`？

::（作用域解析运算符）：
- 用于指定某个成员（如函数或变量）属于哪个类。
- 在 SerialHelper::SerialHelper 中，:: 表示 SerialHelper 构造函数属于 SerialHelper 类。
:（初始化列表符号）：
- 用于在构造函数中初始化类的成员变量或调用基类的构造函数。
- 在 : QMainWindow(parent) 中，: 表示初始化列表的开始，QMainWindow(parent) 是调用基类 QMainWindow 的构造函数。

1. `this` 的作用

在 new QPlainTextEdit(this) 中，this 表示当前 SerialHelper 对象。
作为父窗口传递给 QPlainTextEdit，表示 QPlainTextEdit 是 SerialHelper 窗口的一部分。

2. `connect` 的作用

connect(clearReceive, &QPushButton::clicked, [&]() { receiveAera->clear(); });

connect：
- 单词解释：connect 是 Qt 框架中的一个函数，用于连接信号和槽。
- 作用：在这里，connect 将按钮的 clicked 信号连接到一个槽函数。
clearReceive：
- 单词解释：这是按钮对象的变量名。
- 作用：表示“清空接收区”按钮。
&QPushButton::clicked：
- 符号解释：& 是 C++ 中的取地址运算符。
- 作用：在这里，&QPushButton::clicked 表示 QPushButton 类的 clicked 信号。
[&]()：
- 单词解释：[&] 是 C++11 中的 lambda 表达式捕获列表，表示捕获当前作用域的所有变量。
- 作用：在这里，[&] 表示捕获 receiveAera 对象，以便在 lambda 表达式中使用。
receiveAera->clear();：
- 单词解释：clear 是 QPlainTextEdit 类的一个方法，用于清空文本内容。
- 作用：在这里，clear 方法用于清空接收区域的内容。

::：用于指定成员属于哪个类。
:：用于初始化类的成员变量或调用基类的构造函数。
this：表示当前对象，用于将子控件添加到父窗口。
connect：用于连接信号和槽，实现事件驱动编程。
lambda 表达式：用于简化代码，捕获当前作用域的变量。

1. 接收区初始化

接收区是一个只读的文本框，用于显示从串口接收到的数据。我们还添加了一个按钮用于清空接收区内容。

void SerialHelper::ReceiveAeraInit(void) {
    receiveAera = new QPlainTextEdit(this);  // 创建一个文本编辑框
    receiveAera->setFixedSize(800, 400);     // 设置固定大小
    receiveAera->move(30, 20);               // 设置位置
    receiveAera->setReadOnly(true);          // 设置为只读

    QPushButton* clearReceive = new QPushButton(QString::fromLocal8Bit("清空接收区"), this);  // 创建清空按钮
    clearReceive->setFixedSize(150, 50);      // 设置按钮大小
    clearReceive->move(680, 430);            // 设置按钮位置
    connect(clearReceive, &QPushButton::clicked, [&]() {  // 绑定按钮点击事件
        receiveAera->clear();  // 清空接收区
    });
}

2. 发送区初始化

发送区是一个可编辑的文本框，用于输入要发送的数据。我们还添加了一个发送按钮和一个清空发送区的按钮。

void SerialHelper::SendAeraInit(void) {
    sendAera = new QPlainTextEdit(this);  // 创建发送区文本框
    sendAera->setFixedSize(800, 100);     // 设置大小
    sendAera->move(30, 500);              // 设置位置

    sendButton = new QPushButton(QString::fromLocal8Bit("发送"), this);  // 创建发送按钮
    sendButton->setFixedSize(150, 50);     // 设置按钮大小
    sendButton->move(500, 630);           // 设置按钮位置
    sendButton->setDisabled(true);        // 初始状态禁用
    connect(sendButton, &QPushButton::clicked, [&]() {  // 绑定发送按钮点击事件
        QString data = sendAera->toPlainText();  // 获取发送区内容
        if (sendMode->currentText() == "HEX") {  // 如果发送模式为HEX
            QByteArray arr;
            for (int i = 0; i < data.size(); ++i) {
                if (data[i] == ' ') continue;  // 跳过空格
                int num = data.mid(i, 2).toUInt(nullptr, 16);  // 将两个字符转换为一个字节
                ++i;
                arr.append(num);
            }
            serialPort->write(arr);  // 写入串口
        } else {
            serialPort->write(data.toLocal8Bit().data());  // 文本模式直接发送
        }
    });

    QPushButton* clearSend = new QPushButton(QString::fromLocal8Bit("清空发送区"), this);  // 创建清空发送区按钮
    clearSend->setFixedSize(150, 50);  // 设置按钮大小
    clearSend->move(680, 630);         // 设置按钮位置
    connect(clearSend, &QPushButton::clicked, [&]() {  // 绑定按钮点击事件
        sendAera->clear();  // 清空发送区
    });
}

3. 串口配置初始化

串口配置部分包括串口号、波特率、数据位、停止位、校验位等参数的设置。

void SerialHelper::SetupInit(void) {
    port = new QComboBox(this);  // 创建串口号下拉菜单
    baudRate = new QComboBox(this);  // 创建波特率下拉菜单
    dataSize = new QComboBox(this);  // 创建数据位下拉菜单
    stopSize = new QComboBox(this);  // 创建停止位下拉菜单
    check = new QComboBox(this);  // 创建校验位下拉菜单
    receiveMode = new QComboBox(this);  // 创建接收模式下拉菜单
    sendMode = new QComboBox(this);  // 创建发送模式下拉菜单

    // 添加波特率选项
    baudRate->addItem("4800");
    baudRate->addItem("9600");
    baudRate->addItem("19200");
    baudRate->addItem("38400");
    baudRate->addItem("115200");

    // 添加数据位选项
    dataSize->addItem("8");

    // 添加停止位选项
    stopSize->addItem("1");
    stopSize->addItem("1.5");
    stopSize->addItem("2");

    // 添加校验位选项
    check->addItem(QString::fromLocal8Bit("无校验"));
    check->addItem(QString::fromLocal8Bit("奇校验"));
    check->addItem(QString::fromLocal8Bit("偶校验"));

    // 添加接收和发送模式选项
    receiveMode->addItem("HEX");
    receiveMode->addItem(QString::fromLocal8Bit("文本"));
    sendMode->addItem("HEX");
    sendMode->addItem(QString::fromLocal8Bit("文本"));

    // 创建标签并设置位置
    QLabel* portLabel = new QLabel(QString::fromLocal8Bit("串口号"), this);
    QLabel* baudLabel = new QLabel(QString::fromLocal8Bit("波特率"), this);
    QLabel* dataLabel = new QLabel(QString::fromLocal8Bit("数据位"), this);
    QLabel* stopLabel = new QLabel(QString::fromLocal8Bit("停止位"), this);
    QLabel* checkLabel = new QLabel(QString::fromLocal8Bit("校验位"), this);
    QLabel* receiveLabel = new QLabel(QString::fromLocal8Bit("接收格式"), this);
    QLabel* sendLabel = new QLabel(QString::fromLocal8Bit("发送格式"), this);

    // 设置下拉菜单和标签的位置
    QVector<QComboBox*> setups = {port, baudRate, dataSize, stopSize, check, receiveMode, sendMode};
    QVector<QLabel*> labels = {portLabel, baudLabel, dataLabel, stopLabel, checkLabel, receiveLabel, sendLabel};
    for (int i = 0; i < setups.size(); i++) {
        setups[i]->setFixedSize(200, 50);
        setups[i]->move(850, 20 + 80 * i);
        labels[i]->move(1080, 25 + i * 80);
    }
}

4. 串口连接与断开

串口连接和断开功能通过两个按钮实现。连接按钮用于打开串口，断开按钮用于关闭串口。

void SerialHelper::BeginUSART(void) {
    startUSART = new QPushButton(QString::fromLocal8Bit("串口连接"), this);  // 创建连接按钮
    endUSART = new QPushButton(QString::fromLocal8Bit("串口断开"), this);  // 创建断开按钮
    startUSART->setFixedSize(150, 50);
    endUSART->setFixedSize(150, 50);
    startUSART->move(1000, 630);
    endUSART->move(840, 630);
    endUSART->setDisabled(true);  // 初始状态禁用断开按钮

    // 绑定断开按钮点击事件
    connect(endUSART, &QPushButton::clicked, [&]() {
        sendButton->setDisabled(true);  // 禁用发送按钮
        startUSART->setDisabled(false);  // 启用连接按钮
        endUSART->setDisabled(true);  // 禁用断开按钮
        serialPort->close();  // 关闭串口
    });

    // 绑定连接按钮点击事件
    connect(startUSART, &QPushButton::clicked, [&]() {
        QString port1 = port->currentText();  // 获取串口号
        QString baud = baudRate->currentText();  // 获取波特率
        QString data = dataSize->currentText();  // 获取数据位
        QString stop = stopSize->currentText();  // 获取停止位
        QString ch = check->currentText();  // 获取校验位
        QString receive = receiveMode->currentText();  // 获取接收模式
        QString send = sendMode->currentText();  // 获取发送模式

        if (port->currentText() != "") {
            startUSART->setDisabled(true);  // 禁用连接按钮
            endUSART->setDisabled(false);  // 启用断开按钮
            sendButton->setDisabled(false);  // 启用发送按钮
            USART();  // 调用USART函数连接串口
        } else {
            QMessageBox::critical(this, QString::fromLocal8Bit("串口打开失败"), QString::fromLocal8Bit("请确认串口是否正确连接"));
        }
    });
}

5. 串口通信实现

USART函数用于配置串口参数并打开串口。一旦串口打开成功，我们通过QSerialPort::readyRead信号接收数据，并将其显示在接收区。

void SerialHelper::USART(void) {
    QSerialPort::BaudRate Baud;  // 波特率
    QSerialPort::DataBits Data;  // 数据位
    QSerialPort::StopBits Stop;  // 停止位
    QSerialPort::Parity Check;  // 校验位

    QString por = port->currentText();  // 获取串口号
    QString baud = baudRate->currentText();  // 获取波特率
    QString data = dataSize->currentText();  // 获取数据位
    QString stop = stopSize->currentText();  // 获取停止位
    QString ch = check->currentText();  // 获取校验位

    // 根据下拉菜单选择配置串口参数
    if (baud == "4800") Baud = QSerialPort::Baud4800;
    else if (baud == "9600") Baud = QSerialPort::Baud9600;
    else if (baud == "19200") Baud = QSerialPort::Baud19200;
    else if (baud == "38400") Baud = QSerialPort::Baud38400;
    else if (baud == "115200") Baud = QSerialPort::Baud115200;

    if (data == "8") Data = QSerialPort::Data8;

    if (stop == "1") Stop = QSerialPort::OneStop;
    else if (stop == "1.5") Stop = QSerialPort::OneAndHalfStop;
    else if (stop == "2") Stop = QSerialPort::TwoStop;

    if (ch == QString::fromLocal8Bit("无校验")) Check = QSerialPort::NoParity;
    else if (ch == QString::fromLocal8Bit("奇校验")) Check = QSerialPort::OddParity;
    else if (ch == QString::fromLocal8Bit("偶校验")) Check = QSerialPort::EvenParity;

    serialPort = new QSerialPort(this);  // 创建串口对象
    serialPort->setBaudRate(Baud);  // 设置波特率
    serialPort->setPortName(por);  // 设置串口号
    serialPort->setDataBits(Data);  // 设置数据位
    serialPort->setParity(Check);  // 设置校验位
    serialPort->setStopBits(Stop);  // 设置停止位

    // 打开串口
    if (serialPort->open(QSerialPort::ReadWrite)) {
        // 绑定数据接收信号
        connect(serialPort, &QSerialPort::readyRead, [&]() {
            QByteArray data = serialPort->readAll();  // 读取数据
            if (receiveMode->currentText() == "HEX") {  // 如果接收模式为HEX
                QString hex = data.toHex(' ');  // 转换为十六进制字符串
                receiveAera->appendPlainText(hex);  // 显示在接收区
            } else {  // 如果接收模式为文本
                QString str = QString(data);  // 转换为文本
                receiveAera->appendPlainText(str);  // 显示在接收区
            }
        });
    } else {
        QMessageBox::critical(this, QString::fromLocal8Bit("串口打开失败"), QString::fromLocal8Bit("请确认串口是否正确连接"));
    }
}

6. 动态更新串口列表

通过timerEvent函数，我们定时扫描系统中的串口，并更新下拉菜单中的串口列表。

void SerialHelper::timerEvent(QTimerEvent* e) {
    QVector<QString> temp;  // 临时存储当前可用串口

    for (const QSerialPortInfo& info : QSerialPortInfo::availablePorts()) {
        temp.push_back(info.portName());  // 获取所有可用串口的名称
    }
    qSort(temp.begin(), temp.end());  // 对串口名称排序

    if (temp != ports) {  // 如果当前串口列表与之前不同
        this->port->clear();  // 清空下拉菜单
        this->ports = temp;  // 更新串口列表
        for (auto& a : ports) {
            this->port->addItem(a);  // 将新串口名称添加到下拉菜单
        }
    }
}

7. 主窗口初始化

在构造函数中，我们初始化窗口大小、标题，并调用上述初始化函数。

SerialHelper::SerialHelper(QWidget* parent) : QMainWindow(parent) {
    this->setFixedSize(1200, 750);  // 设置窗口大小
    this->setWindowTitle(QString::fromLocal8Bit("串口助手"));  // 设置窗口标题
    ReceiveAeraInit();  // 初始化接收区
    SendAeraInit();  // 初始化发送区
    SetupInit();  // 初始化串口配置
    BeginUSART();  // 初始化串口连接按钮
    this->startTimer(1000);  // 启动定时器，每秒更新串口列表
}