Learning Objectives
- 說出鮑率、資料位元、同位元、停止位元的意思，算出 8N1 每秒能傳幾個位元組
- 用 pyserial 開啟序列埠、送出指令、讀回一行回應
- 分辨位元組（bytes）與字串（str），會用 encode() 與 decode() 轉換
- 知道終止字元與逾時的作用，能判斷「讀到空的 b''」的可能原因
最簡單的一條線
序列通訊（serial communication）把資料一個位元接一個位元送出去。電腦的 COM 埠（RS-232）、微控制器的 UART、 很多儀器背後的 DB9 接頭都是這一類。它的線很少、規則簡單，所以到現在還很常見：老儀器、溫度控制器、條碼掃描器、 開發板的除錯輸出都在用。
序列通訊沒有共同的時脈線，雙方要事先約好速度與格式，才能正確地切出每一個位元：
| 參數 | 意思 | 常見值 |
|---|---|---|
| 鮑率（baud rate） | 每秒傳幾個位元（符號） | 9600、19200、115200 |
| 資料位元 | 每個字元幾個位元 | 8 |
| 同位元（parity） | 簡單的錯誤檢查：無（N）、偶（E）、奇（O） | N |
| 停止位元 | 每個字元結尾的「休息」位元 | 1 |
「9600 8N1」就是鮑率 9600、8 個資料位元、無同位元、1 個停止位元，也是儀器最常見的預設值。 每個字元前面還有 1 個起始位元，所以 8N1 傳一個位元組要 1＋8＋1＝10 個位元，9600 鮑率每秒約可傳 960 個位元組。
RS-232 用正負電壓表示 0 與 1（常見範圍是 ±3～±15 V），和微控制器 3.3 V 的 UART 腳位不同，不能直接相接，中間要有轉換晶片或 USB 轉序列轉接線。
pyserial：用 Python 開序列埠
Python 用 pyserial 套件（pip install pyserial，匯入名稱是 serial）控制序列埠：
import serial
ser = serial.Serial("COM3", 9600, timeout=1) # Windows 是 COM3，Linux 常見 /dev/ttyUSB0
ser.write(b"*IDN?\n") # 送出：一定要是位元組（bytes）
reply = ser.readline() # 讀到換行為止，回傳位元組
ser.close()
三個重點：
- 送出與收到的都是位元組（
b"..."），不是字串。字串要用.encode()轉成位元組，收到的位元組用.decode()轉回字串。 - 終止字元：儀器靠一個特殊字元（常見是換行
\n，有些是\r\n或\r）知道「一個指令結束了」，回應也用它結尾。 本課的電錶收\n、回\r\n。 - 逾時（timeout）：
readline()最多等幾秒。時間到還沒收到換行，就回傳目前收到的內容，什麼都沒收到時是空的b''。 不設 timeout 的話，對方不回應時程式會一直卡住。
逐步看：第一次和電錶對話
看下方通訊紀錄：先「開啟序列埠 COM3 9600」，然後 → 送出 *IDN?\n、← 收到電錶的回答。注意第 10 行印出的是位元組（前面有 b、結尾有 \r\n）。
讀到 b'' 的時候
序列通訊最常見的問題是 readline() 回傳空的 b''：程式等到逾時，什麼都沒收到。常見原因：
| 原因 | 發生什麼事 | 怎麼辦 |
|---|---|---|
| 鮑率不一致 | 對方切錯位元，收到的是亂碼，不會回應 | 查儀器的設定選單或手冊，兩邊設成一樣 |
| 少了終止字元 | 對方還在等指令結束 | 指令結尾加上 \n（或手冊規定的字元） |
| 送的不是查詢 | 設定類指令（例如 CONF:VOLT）本來就不會回應 |
只有查詢（結尾有 ?）才讀回應 |
| 接錯埠、線沒接、TX／RX 接反 | 對方根本沒收到 | 用 comports() 確認埠名，檢查接線 |
開啟不存在的埠（例如 COM9）則會直接丟出 serial.SerialException。下一個範例示範前兩種問題。
逐步看：鮑率錯了、終止字元忘了
同樣送 *IDN?，先用錯誤的鮑率，再忘記換行。注意虛擬時間：每次 readline() 等不到回應，就要等滿逾時 0.5 秒。
逐步看：字串與位元組、把讀值轉成數字
先故意把字串直接傳給 write()，看 pyserial 怎麼拒絕；再用 encode() 送出量電阻的指令，把收到的位元組轉成數字。
小測驗：序列通訊的參數
「19200 8N1」中的 N 是什麼意思？
鮑率 115200、8N1，每秒最多大約可以傳多少個位元組？
電腦送出 *IDN?\n，但鮑率設成 115200，電錶是 9600。readline()（timeout＝1）會怎樣？
小測驗：位元組與字串
下面的程式會印出什麼？
raw = b"+2.50000E+00\r\n"
text = raw.decode().strip()
print(len(raw), len(text), float(text) * 2)
下面哪一行能正確送出指令 MEAS:VOLT:DC?？（ser 已經開啟）
重點整理
- 序列通訊雙方要事先約好鮑率與資料格式（常見 9600 8N1）；8N1 每個位元組 10 個位元。
- RS-232 用正負電壓，不能直接接微控制器的 3.3 V UART。
- pyserial：
serial.Serial(埠, 鮑率, timeout=秒)、write(位元組)、readline()、close()；list_ports.comports()列出埠。 - 送出與收到的都是位元組：
"文字".encode()→ 位元組，b"...".decode()→ 字串。 - 指令結尾要有終止字元（常見
\n）；設timeout避免卡住。讀到b''：檢查鮑率、終止字元、是不是查詢、接線。
序列埠要自己處理位元組、終止字元與逾時；下一課先學儀器聽得懂的指令語言 SCPI，第 06 課再用 PyVISA 把這些細節交給 VISA 處理。