Python使用pyserial库实现串口数据读写基础教程

半杯拿铁

发布时间：2026-10-10| 2人浏览过

原创

在单片机调试、工控设备通信以及各种硬件交互场景中，串口通信（UART/RS-232/RS-485）是最为基础且可靠的通讯方式。Python通过官方维护的第三方库 pyserial，提供了对物理串口、USB转串口芯片的底层控制接口。本文将从安装准备入手，完整演示如何通过 Python 实现串口的打开、参数配置、文本及十六进制字节收发，以及异常处理机制。

一、串口通信机制与通讯架构

串口通信是一种点对点传输协议，数据按照位（bit）在单根发送线（TX）和接收线（RX）上串行流动。计算机通常通过 USB 转串芯片（如 CH340、CP2102、FT232）生成虚拟串口与外设交互。进行有效通信的前提是两端协商好通信参数：波特率（Baudrate）、数据位（Data bits）、停止位（Stop bits）和校验位（Parity）。

图1：Python通过串口与硬件设备交互的拓扑结构

二、环境准备与包安装

在 Python 环境中，通过 pip 工具安装包时需注意包名称是 pyserial，而不是 serial。如果在系统中错误安装了名为 serial 的同名废弃包，会导致接口混乱无法导入。

打开终端或命令行窗口，执行以下命令安装：

pip install pyserial

避坑提示：如果你曾执行过 pip install serial，请先运行 pip uninstall serial，随后重新执行 pip install pyserial。在代码中导入时统一使用 import serial。

三、核心操作实施流程

使用 pyserial 进行串口通讯遵循标准且严格的生命周期：从扫描端口开始，建立连接配置参数，经由数据编码发送与解码接收，并在操作结束时妥善关闭端口释放系统资源。

图2：pyserial 通信生命周期与执行顺序

步骤 1：扫描当前系统可用的串口

在尝试连接前，首先确认系统分配给硬件的具体串口号。不同系统的端口命名规则不同：Windows 下表现为 COM1、COM3 等；Linux 和 macOS 则为 /dev/ttyUSB0 或 /dev/tty.usbserial-*。

import serial.tools.list_ports

ports = serial.tools.list_ports.comports()
if not ports:
    print("未发现可用串口设备")
else:
    for port, desc, hwid in ports:
        print(f"端口: {port} | 描述: {desc} | 硬件标识: {hwid}")

步骤 2：打开串口并配置核心参数

通过实例化 serial.Serial 对象建立连接。核心配置必须与对端硬件约定完全一致：

port：串口名称，如 "COM3"。
baudrate：波特率，常用值为 9600、115200。
bytesize：数据位，默认为 8 位（serial.EIGHTBITS）。
parity：校验位，默认为无校验（serial.PARITY_NONE）。
stopbits：停止位，默认为 1 位（serial.STOPBITS_ONE）。
timeout：读操作超时时间（秒）。如果不设置，程序在未接收到足量数据前将一直阻塞挂起。

四、数据类型与读写核心差异

初学者在使用 pyserial 时最容易遇到的问题是编码类型报错。pyserial 的底层输入输出完全基于 bytes（字节串）对象，不支持直接传递 Python 原生字符串（str）。无论是文本数据还是十六进制命令，都需要在通信层进行恰当的转换。

图3：两种核心数据读写格式转换关系

五、完整代码示例：安全读写与上下文管理

推荐使用 Python 的 with 语句管理串口实例，这样即使程序抛出异常，Python 也会确保在退出上下文时自动调用 ser.close()，避免端口被后台进程长期占用导致下次无法打开。

import time
import serial

# 配置串口参数
PORT_NAME = "COM3"
BAUD_RATE = 115200

try:
    with serial.Serial(port=PORT_NAME, baudrate=BAUD_RATE, timeout=1.0) as ser:
        print(f"成功打开串口: {ser.name}")
        
        # 很多开发板（如 Arduino）在打开串口时会发生复位，建议保留短暂延时
        time.sleep(2)
        
        # 1. 发送文本命令（需要转换为字节，并根据协议添加换行符）
        cmd = "STATUS\r\n"
        ser.write(cmd.encode("utf-8"))
        print(f"已发送指令: {cmd.strip()}")
        
        # 2. 读取一行返回数据
        # readline 会一直读取，直到遇到 \n 或达到设定的 timeout 限制
        response_bytes = ser.readline()
        if response_bytes:
            response_text = response_bytes.decode("utf-8", errors="replace").strip()
            print(f"收到文本响应: {response_text}")
        else:
            print("读取超时，未接收到有效响应")
            
        # 3. 发送十六进制命令帧（例如读取传感器数据）
        hex_cmd = bytes.fromhex("01 03 00 00 00 02 C4 0B")
        ser.write(hex_cmd)
        
        # 读取指定长度（8字节）的响应
        hex_resp = ser.read(8)
        if hex_resp:
            print(f"收到十六进制响应: {hex_resp.hex(' ').upper()}")
            
except serial.SerialException as e:
    print(f"串口通信发生错误: {e}")