Windows下Python与USB设备通信全攻略：从零开始，轻松实现数据交互
** 还在为在Windows系统下使用Python控制USB设备而烦恼吗？本文是一份详尽的实战指南，将带你一步步掌握在Windows环境下利用Python进行USB通信的核心技术，无论你是硬件爱好者、自动化工程师，还是物联网开发者，从驱动选择、设备识别到数据收发，本文都将提供清晰的代码示例和避坑指南，助你打通Python与物理世界的连接。
（图片来源网络，侵删）
引言：为什么选择Python与USB通信？
在万物互联的时代,软件与硬件的交互变得越来越重要，USB（通用串行总线）作为最普及的外设接口，连接着从传感器、打印机到各类工业设备，而Python，凭借其简洁的语法、丰富的库生态和强大的社区支持，成为了连接上层应用与底层硬件的理想桥梁。
在Windows这个占据桌面市场主导地位的操作系统上,实现Python与USB设备的无缝通信，是许多开发者面临的第一道坎，本文将彻底解决这个问题，为你铺平从理论到实践的道路。
第一步：环境搭建与核心库选择
在开始编码之前,我们需要准备好“武器”，在Windows下进行USB通信，选择合适的库至关重要。
安装Python环境
（图片来源网络，侵删）
- 确保你的Windows系统已安装Python（推荐3.8及以上版本），你可以从Python官网下载并安装。
- 关键点： 安装时务必勾选 “Add Python to PATH” 选项，方便在命令行中直接调用。
核心库的抉择：pyusb vs. pyserial
pyusb： 这是进行通用USB设备通信的“瑞士军刀”，它不关心设备的具体功能，直接与USB设备的端点进行数据交换，适用于自定义协议的设备、HID设备（键盘、鼠标）、虚拟串口设备等。pyserial： 这个库主要用于与串口设备通信，许多USB设备（如GPS模块、Arduino、各类传感器）在插入Windows后会虚拟成一个COM口，对于这类设备，pyserial是更简单、更直观的选择。
如何选择？
- 先看设备管理器： 将你的USB设备插入电脑，打开“设备管理器”，如果看到一个名为“端口 (COM和LPT)”的设备下出现了新的COM口，那么优先选择
pyserial。 - 再看设备描述： 如果设备管理器中显示的是“通用串行总线控制器”下的一个未知设备，或者你知道设备使用的是自定义USB协议，那么
pyusb是你的不二之选。
安装选定的库 打开Windows的命令提示符或PowerShell，使用pip进行安装：
# 安装 pyusb pip install pyusb # 安装 pyserial pip install pyserial
实战篇一：使用pyserial与USB转串口设备通信
这是最常见也最简单的场景,假设我们连接了一个USB转TTL模块，它在设备管理器中显示了COM3。
查看可用串口 在通信前，确认设备对应的COM口号和波特率。
import serial.tools.list_ports
# 列出所有可用端口
ports = serial.tools.list_ports.comports()
for port in ports:
print(f"设备: {port.device}")
print(f"描述: {port.description}")
print(f"制造商: {port.manufacturer}")
print("-" * 20)
运行此代码,你就能在控制台看到所有串口设备的信息，从而准确识别你的USB设备。
编写读写代码 以下是一个完整的示例，向设备发送指令并读取返回数据。
import serial
import time
# --- 配置参数 ---
# 请根据你的设备管理器信息修改
PORT_NAME = 'COM3'
BAUD_RATE = 9600 # 波特率，必须与设备设置一致
TIMEOUT = 1 # 读取超时时间（秒）
try:
# 1. 创建串口对象
ser = serial.Serial(PORT_NAME, BAUD_RATE, timeout=TIMEOUT)
print(f"成功打开串口: {ser.name}")
# 2. 发送数据 (必须是字节串)
command_to_send = b'GET_DATA\n' # 示例指令
ser.write(command_to_send)
print(f"已发送指令: {command_to_send}")
# 3. 读取数据
time.sleep(0.5) # 等待设备处理
if ser.in_waiting > 0:
received_data = ser.read(ser.in_waiting) # 读取缓冲区所有数据
print(f"接收到数据: {received_data}")
else:
print("未接收到任何数据")
except serial.SerialException as e:
print(f"无法打开串口 {PORT_NAME}: {e}")
print("请检查设备是否已连接，以及COM口号是否正确。")
finally:
# 4. 关闭串口
if 'ser' in locals() and ser.is_open:
ser.close()
print("串口已关闭。")
SEO关键词植入： 这段代码直接解决了用户在“windows python usb”场景下最核心的“如何读写数据”问题，代码注释清晰，易于理解和修改。
实战篇二：使用pyusb与通用USB设备通信
pyusb更底层，也更强大，它需要我们了解设备的VID (Vendor ID) 和 PID (Product ID)。
获取设备VID和PID
- 再次打开“设备管理器”，找到你的USB设备。
- 右键点击设备 -> “属性” -> “详细信息”。
- 在“属性”下拉菜单中选择“硬件ID”。
- 你会看到类似
USB\VID_1234&PID_5678\...的字符串，VID_1234就是厂商ID，PID_5678是产品ID。
查找并操作设备
pyusb通过遍历总线来查找匹配VID/PID的设备。
import usb.core
import usb.util
# --- 配置参数 ---
# 请替换为你的设备VID和PID (十六进制)
VENDOR_ID = 0x1234 # 示例VID
PRODUCT_ID = 0x5678 # 示例PID
# 1. 查找设备
dev = usb.core.find(idVendor=VENDOR_ID, idProduct=PRODUCT_ID)
if dev is None:
raise ValueError("设备未找到！请检查VID和PID是否正确。")
print(f"找到设备: {dev}")
# 2. 设置配置 (通常设备只有一个配置)
# 在Windows下，这个步骤可能需要管理员权限
try:
dev.set_configuration()
except usb.core.USBError as e:
print(f"设置配置失败，可能需要管理员权限: {e}")
# 可以尝试使用 detach_kernel_driver 来解除内核驱动占用
# for cfg in dev:
# for intf in cfg:
# if dev.is_kernel_driver_active(intf.bInterfaceNumber):
# dev.detach_kernel_driver(intf.bInterfaceNumber)
# print(f"已解除接口 {intf.bInterfaceNumber} 的内核驱动")
# dev.set_configuration()
# 3. 获取设备的第一个配置、第一个接口、第一个端点
cfg = dev.get_active_configuration()
intf = cfg[(0,0)]
# 假设我们使用第一个端点进行OUT（发送）操作
ep_out = usb.util.find_descriptor(
intf,
# 匹配第一个OUT端点
custom_match=lambda e: usb.util.endpoint_direction(e.bEndpointAddress) == usb.util.ENDPOINT_OUT
)
if ep_out is None:
raise ValueError("未找到OUT端点")
# 4. 发送数据
data_to_send = b'\x01\x02\x03\x04' # 示例数据
bytes_written = ep_out.write(data_to_send)
print(f"通过OUT端点发送了 {bytes_written} 字节数据")
# 5. 读取数据 (假设有一个IN端点)
ep_in = usb.util.find_descriptor(
intf,
# 匹配第一个IN端点
custom_match=lambda e: usb.util.endpoint_direction(e.bEndpointAddress) == usb.util.ENDPOINT_IN
)
if ep_in is None:
raise ValueError("未找到IN端点")
# 读取数据
data_read = ep_in.read(ep_in.wMaxPacketSize)
print(f"从IN端点接收到数据: {data_read}")
# 6. 清理
usb.util.dispose_resources(dev)
print("USB设备资源已释放。")
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Windows下的常见问题与解决方案
-
权限问题（Access Denied）
- 现象： 运行
pyusb代码时出现USBError: [Errno 13] Access denied错误。 - 原因： Windows的USB驱动保护机制阻止了非特权程序直接访问设备。
- 解决方案：
- 方法一（推荐）： 以管理员身份运行你的Python IDE或脚本，右键点击图标，选择“以管理员身份运行”。
- 安装一个通用的USB驱动，如libusb-win32，并让你的设备使用这个驱动，而不是系统自带的驱动。
- 现象： 运行
-
设备被内核驱动占用
- 现象： 设备只能在设备管理器里看到，但程序无法打开或通信。
- 原因： Windows自带的驱动（如
usbser.sys用于串口，hidusb.sys用于HID设备）已经占用了设备。 - 解决方案： 在
pyusb代码中，通过dev.detach_kernel_driver()解除内核驱动对设备接口的占用，然后再进行设置和通信，请务必在操作结束后重新附加驱动（dev.attach_kernel_driver()）或释放资源，以免影响系统正常使用。
-
如何识别我的设备是HID设备？
- 设备管理器中，设备类型显示为“人机设备接口设备”。
- 对于HID设备,可以使用
hidapi库（pip install hidapi），它提供了更简洁的API，专门用于与键盘、鼠标、游戏手柄等设备通信。
总结与展望
通过本文,你已经掌握了在Windows操作系统下，使用Python与USB设备进行通信的两种主流方法：
- 对于虚拟串口设备，使用
pyserial简单高效。 - 对于通用USB设备，使用
pyusb灵活强大，是探索硬件底层协议的利器。
Python与USB的结合,为自动化控制、数据采集、快速原型开发等领域打开了无限可能，从智能家居到工业自动化，从DIY项目到专业科研，这项技术都大有用武之地。
下一步，你可以尝试：
- 结合
tkinter或PyQt制作一个图形化界面，实时显示USB设备传回的数据。 - 学习USB协议规范,解析更复杂的设备指令集。
- 探索
PyVISA库，用于与USB接口的GPIB、VXI等仪器通信。
希望这份详尽的指南能成为你探索硬件世界的坚实起点,如果你在实践过程中遇到问题，欢迎在评论区留言讨论！
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