Chapt 4.0 STM32示波器Qt上位机(上)：串口与数据包解析

先进猫咪机器

发布时间 2023.05.23阅读数 2763 评论数 0

本章节将会从建立一个Qt工程开始，一步步演示如何通过代码实现QtSerial模块与STM32单片机通信，之后将数据报解包并通过QtCharts模块显示在屏幕上。此外，本章节还将简单介绍如何通过串口向示波器发送指令，利用上位机改变示波器运行状态。

Part 1：工程建立与基础配置

本节将会介绍如何建立一个Qt工程，并介绍如何添加Qt所需资源，对Qt工程配置文件做一个简单介绍。

Step 1: 建立工程

点击菜单栏“File->New File or Project”，打开新建窗口

选择“Application”窗口下的“Qt Widget Application”模板，建立一个空白的图形化窗口工程。

点击“Choose” 后，会提示输入工程名和存储位置，储存位置尽量选择全英文无空格目录，避免出现奇怪问题。

Tips：虽然Qt会为用户创建一个工程名命名的空白文件夹，但是Qt会在同级目录下产生编译文件，故建议用户为Qt工程建立独立的开发目录，不要直接放在桌面上。

点击“Next”，进入主界面类配置，此页面决定了生成的界面模板中主界面对应C++类的名称，可以保持类名默认。

点击“Next”后，其余选项保持默认，即可自动生成一个空白界面工程。各文件作用如下：

*.pro Qt配置文件

Header C++头文件文件夹

mainwindow.h 主界面对应类的头文件

Sources C++源代码文件夹

main.c 整个程序的程序入口文件

mainwindow.c 主界面对应类的源代码

Forms 存放界面文件

Mainwindow.ui 主界面对应的界面配置文件（代码）

点击界面左下角的绿色运行三角（无debug标志），即可编译生成第一个空白界面工程。

Step 2: 配置工程所需资源

打开*.pro文件，可以看到自动生成的Qt配置文件，各部分功能如下图所示：

在对应代码段之后加入下列语句（加号“+”不可省略），为Qt引入今后开发所需的各个组件。

QT       += charts
QT       += serialport
QT       += network

Tips：如果需要引入外部组件/库，可以使用下列形式添加：

LIBS  += -lwiringPi
LIBS  += -LC:/QtCv_Libs/install/x64/mingw/lib/ -llibopencv_world460.dll

Part 2：串口基础功能开发

本小节将主要介绍串口的基础操作：搜索、打开、读取三步操作，写入操作将从后文控制单片机角度进行介绍。

串口等设备在Linux中主要映射为文件的形式，我们所用的USB串口模块，一般会被映射为

/dev/ttyUSBx

如果需要手动枚举串口设备，可以在终端中输入：

ls /dev/ttyUSB*

Step 1: 编辑界面

串口的基础设置项有：串口设备名、串口速率（波特率）、数据位、停止位、校验位、DTS、RTS等数据，本文所用示波器的数据位、停止位等数据均固定不变，故串口仅需要设置串口设备名、串口速度两个信息。

由于串口速度一般采取固定的几种数值，串口设备也多为几个特定可选项，故采用ComboBox（下拉框）实现串口设备和速度选择。

具体操作步骤如下：

从左侧拖拽“Combo Box”，进入右侧编辑器，选好位置后释放：

双击下拉框或右键选择“Edit Items”

点击左下角的“+”可以添加速率选项，可以添加如下常用波特率：

1200/2400/4800/9600/14400/19200/38400/57600/76800/115200/12800/230400/25600/460800/921600

按照下图排布一个串口界面，并按照右侧名称更改控件名：

Step 2：编辑搜索串口槽函数

Qt中界面操作，例如点击、鼠标移动等操作，都是通过“信号-槽”机制实现，信号-槽与MFC编程中的消息-消息处理函数相似，简单来说“信号”是某种事件的触发信号，而“槽”是触发这个信号后，所对应进入的处理函数（回调函数）。

我们首先为搜索按钮添加槽函数，具体步骤如下：

右键按钮，选择“Go to Slot”选项

在打开的窗口中选择“click()”类型的槽函数（点击按钮触发的槽函数）

此时Qt会跳转至c代码编辑页面，在刚刚添加的槽函数中加入以下代码：

void MainWindow::on_pushButtonSearch_clicked()
{
    ui->comboBoxPort->clear();
    auto Infos=QSerialPortInfo::availablePorts();
    QList<QSerialPortInfo>::iterator info=Infos.begin();
    for(;info!=Infos.end();info++)
    {
        ui->comboBoxPort->addItem(info->portName());
    }
}

此代码的主要作用是：

清空界面上的串口下拉框

调用函数枚举可用串口

遍历串口列表（QList），将串口名更新到界面上的串口下拉框

此时会出现诸多变量类型未定义，需要在h中添加QtSerialPort相关头文件

#include <QDebug> 
#include <QMessageBox>
#include "QtSerialPort/QSerialPort"
#include "QtSerialPort/QSerialPortInfo"

运行验证，点击搜索后可以看到，最上方的串口选择下拉框中出现了几个可选的串口。

Step 2：编辑打开串口槽函数

搜索到串口后需要打开串口，使用完毕后我们需要关闭串口，为了界面简洁，打开和关闭串口操作我们将之封装进同一个按钮操作。

具体代码功能如下步骤添加

在h中的类私有变量列表中添加：

QSerialPort *myserial;

在c中的构造函数中添加：

myserial = new QSerialPort();

修改c中的在构析函数：

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
    if(myserial)
    {
        if(myserial->isOpen()) myserial->close();
        delete myserial;
    }
}

为“Open”按钮添加槽函数，并修改为如下内容

void MainWindow::on_pushButtonOpen_clicked()
{
    if(!myserial->isOpen())
    {
        myserial->setPortName(ui->comboBoxPort->currentText()); //Set PortName
        myserial->setBaudRate(ui->comboBoxSpeed->currentText().toInt()); //Set Port Speed

        QSerialPort::DataBits DataBitMap[4]={QSerialPort::Data5,QSerialPort::Data6,QSerialPort::Data7,QSerialPort::Data8};
        QSerialPort::Parity parityMap[5]={QSerialPort::NoParity, QSerialPort::EvenParity, QSerialPort::OddParity, QSerialPort::SpaceParity, QSerialPort::MarkParity};
        QSerialPort::StopBits stopbMap[3]={QSerialPort::OneStop, QSerialPort::OneAndHalfStop, QSerialPort::TwoStop};
        QSerialPort::FlowControl flowctlMap[3]={QSerialPort::NoFlowControl, QSerialPort::SoftwareControl, QSerialPort::HardwareControl};

        //Set Port Setting
        myserial->setDataBits(DataBitMap[3]);
        myserial->setParity(parityMap[0]);
        myserial->setStopBits(stopbMap[0]);
        myserial->setFlowControl(flowctlMap[0]);

        if(myserial->open(QIODevice::ReadWrite))
        {
            qDebug()<<"Opened serial port "+ui->comboBoxPort->currentText()+".";
            ui->comboBoxPort->setDisabled(true);
            ui->comboBoxSpeed->setDisabled(true);
            ui->pushButtonSearch->setDisabled(true);
            ui->pushButtonOpen->setText("Close");
        }
        else
        {
            qDebug()<<"Open serial port "+ui->comboBoxPort->currentText()+" failed.";
            QMessageBox::warning(this,tr("Cannot Open Port!"),tr("Cannot open this serial port, it may be due to a device malfunction or another program is using this serial port."),QMessageBox::Close);
        }
    }
    else
    {
        qDebug()<<"Close serial port "+ui->comboBoxPort->currentText()+".";
        myserial->close();
        ui->comboBoxPort->setEnabled(true);
        ui->comboBoxSpeed->setEnabled(true);
        ui->pushButtonSearch->setEnabled(true);
        ui->pushButtonOpen->setText("Open");
    }
}

本段代码主要分为2部分，由“!myserial->isOpen()”判断当前串口是否打开，决定开启串口还是关闭串口。

如果当前串口并未开启，则执行：

从界面获取串口名和串口速度

根据界面数据和查找表设置波特率、校验值等信息

尝试开启串口：

如果开启成功则把界面上的控件设置为“禁用”，并将按钮文本改为“Close”

如果开启失败则弹出错误提示框。

如果当前串口已经开启，则执行：

关闭当前串口

把界面上的控件设置为“启用”，并将按钮文本改为“Open”

Step 3：编辑串口收槽函数

串口数据接收存在两种方式：轮询、槽函数，前者需要CPU不断查询是否接收到串口数据，会增大CPU负担；为此我们选择采用槽函数的形式，每次接收到数据自动执行槽函数，减弱CPU负担，降低程序耦合度。

具体代码功能如下步骤添加：

在h中的类私有槽函数声明列表中添加：

void on_SerialRecv(void);

在c中添加槽函数实现：

void MainWindow::on_SerialRecv(void)
{
    if(myserial->isOpen())
    {
        QByteArray QBArecv =myserial->readAll();
        QString Recv="";
        if(1)
        {
            QString Temp;
            foreach(QChar dat,QBArecv)
                Recv+=Temp.sprintf("%02X ",(unsigned int)dat.unicode());
        }
        else Recv+=QString::fromLocal8Bit(QBArecv);
        qDebug()<<Recv;
    }
}

此段代码主要通过“myserial->readAll();”函数，在每一次收到数据时，将串口缓冲区中的数据全部读出，存储至QByteArray中。

为了调试方便，我们遍历QByteArray中的每一个元素，并将之格式化为十六进制形式，通过qDebug函数打印到QDebug缓冲区，效果如下图所示：

Part 3：分割串口数据报

从上文图片中可以看出，每次进入槽函数，系统收到的数据长度并非固定，也不能一次性收入STM32示波器一次测量的所有数据。因此，我们需要将不同时间段内的数据报汇总进同一个存储容器，并通过一些特定的符号标记实现数据报分割与恢复。

一般情况下，一个数据报文至少要包头、包尾、校验数据等诸多标志信息，由于示波器刷新速度很快，单一一次传输失败也不会影响显示效果，故实际使用中我们仅用了一个包尾来分割数据段。

由于示波器测量波形一般为周期性信号，很少出现低频小信号和高频信号瞬时转变，故我们针对示波器数据特征设置了一个不容易被误触发的同步序列（包尾），具体为{0x53,0x59,0x4E,0x43,0x00,0xFF,0x00,0xFF}，如下图所示：

修改串口接收槽函数代码，使之能够拆分串口数据报：

void MainWindow::on_SerialRecv(void)
{
    static QByteArray RecvBuff;
    if(myserial->isOpen())
    {
        QByteArray QBArecv =myserial->readAll();
        RecvBuff.append(QBArecv);
        char SyncArray[]={0x53,0x59,0x4E,0x43,0x00,0xFF,0x00,0xFF};
        QByteArray Sync=QByteArray(SyncArray,8);
        if(RecvBuff.indexOf(Sync)!=-1)
        {
            QByteArray Packed=RecvBuff.left(RecvBuff.indexOf(Sync)+8);
            RecvBuff=RecvBuff.mid(RecvBuff.indexOf(Sync)+8);

            QBArecv=Packed;
            QString Recv="";
            if(1)
            {
                QString Temp;
                foreach(QChar dat,QBArecv)
                    Recv+=Temp.sprintf("%02X ",(unsigned int)dat.unicode());
            }
            else Recv+=QString::fromLocal8Bit(QBArecv);
            qDebug()<<Recv;
            qDebug()<<"Lenth="<<Packed.length();
        }
    }
}

最终呈现效果如下图所示：

可以看到，每次分割出的结果已经是完整的数据报文，而且可以自动计算出报文长度1008Bits

之后对报文内容进行解析，即可得到如下图所示示波器功能（图表实现方式将在下一节介绍）：

Part 4：源码下载

本章节中提到的代码可以从如下链接下载

链接：https://pan.baidu.com/s/10RgnbvdIogN_kPJLKAz_0Q?pwd=Yuki
提取码：Yuki

STM32 qt 旭日X3派示波器

原创文章作者：先进猫咪机器。如若转载，请注明出处：古月居 https://www.guyuehome.com/43202

打赏 0

上一篇：Chapter 3 STM32示波器Qt上位机项目简介及开发环境安装

下一篇：Chapt 4.1 STM32示波器Qt上位机（中）：基础UI开发

Chapt 4.0 STM32示波器Qt上位机(上)：串口与数据包解析

先进猫咪机器

为你推荐

基于ROS平台的移动机器人-1-小车底盘的搭建

精选DIY相机（三）picamera2库手册解读

并联四足机器人项目开源教程（五） --- 四足机器人相关书籍&论文研读

[c++04]delete和delete[]的区别

LeetCode记录03

【四足机器人】从零开始搭建四足机器人mini cheetah仿真环境（零）准备工作

关于作者

先进猫咪机器

6

0

0

2

Chapter 1 旭日X3派平台搭建及基础配置

Chapter 2 旭日X3派进阶使用（软件包管理、代码传输及免密登录）

精选Chapter 3 STM32示波器Qt上位机项目简介及开发环境安装

相关推荐

【SLAM导航机器人零基础实战系列】第2章 ROS入门：（4）如何编写ROS的第一个程序hello_world

低成本3D空间导航/测绘机器人（5）——上位机软件框图以及初步2D-SLAM模块配置

【SLAM导航机器人零基础实战系列】第2章 ROS入门：（2）ROS系统整体架构

【SLAM导航机器人零基础实战系列】第5章树莓派3开发环境搭建：（2）安装ros-kinetic

【从零开始的ROS四轴机械臂控制】（三） - 为机械臂添加摄像头和夹爪、解决gazebo模型抖动、使用gazebo建立sdf模型

《保姆级》手把手教你做一个物联网智能水龙头（一）总体和机械结构设计

热门泡泡

30积分失眠，聊聊自己搞ROS的心得体会吧

ros学习路线

30积分 TF_REPEATED_DATA ignoring data错误

各位大佬，有什么ROS定位算法推荐吗

5积分想买能用ROS2的开发套件。或者开发板

5积分 ros中启动gazebo时报错

给作者打赏

Chapt 4.0 STM32示波器Qt上位机(上)：串口与数据包解析

先进猫咪机器

为你推荐

基于ROS平台的移动机器人-1-小车底盘的搭建

精选DIY相机（三）picamera2库手册解读

并联四足机器人项目开源教程（五） --- 四足机器人相关书籍&论文研读

[c++04]delete和delete[]的区别

LeetCode记录03

【四足机器人】从零开始搭建四足机器人mini cheetah仿真环境（零）准备工作

评论（0）

关于作者

先进猫咪机器

6

0

0

2

Chapter 1 旭日X3派平台搭建及基础配置

Chapter 2 旭日X3派进阶使用（软件包管理、代码传输及免密登录）

精选Chapter 3 STM32示波器Qt上位机项目简介及开发环境安装

相关推荐

【SLAM导航机器人零基础实战系列】第2章 ROS入门：（4）如何编写ROS的第一个程序hello_world

低成本3D空间导航/测绘机器人（5）——上位机软件框图以及初步2D-SLAM模块配置

【SLAM导航机器人零基础实战系列】第2章 ROS入门：（2）ROS系统整体架构

【SLAM导航机器人零基础实战系列】第5章 树莓派3开发环境搭建：（2）安装ros-kinetic

【从零开始的ROS四轴机械臂控制】（三） - 为机械臂添加摄像头和夹爪、解决gazebo模型抖动、使用gazebo建立sdf模型

《保姆级》手把手教你做一个物联网智能水龙头（一）总体和机械结构设计

热门泡泡

30积分 失眠，聊聊自己搞ROS的心得体会吧

ros学习路线

30积分 TF_REPEATED_DATA ignoring data错误

各位大佬，有什么ROS定位算法推荐吗

5积分 想买能用ROS2的开发套件。或者开发板

5积分 ros中启动gazebo时报错

给作者打赏

忘记密码

修改头像

添加你感兴趣的标签

举报类型（必选）

举报详情（选填）

【SLAM导航机器人零基础实战系列】第5章树莓派3开发环境搭建：（2）安装ros-kinetic

30积分失眠，聊聊自己搞ROS的心得体会吧

5积分想买能用ROS2的开发套件。或者开发板