如何编写串口通信程序以实现上述功能？

串口通信是一种常见的硬件通信方式，广泛应用于计算机与其他设备的数据交换。编写串口通信程序通常包括以下几个步骤：

1. **选择编程语言和工具**：根据实际需求和开发环境，选择合适的编程语言和开发工具。常用的语言包括C/C++、Python、Java等。

2. **配置串口参数**：在程序中设置串口的参数，如波特率（Baud rate）、数据位、停止位和校验位等。这些参数需要与通信对方的串口参数相匹配。

3. **打开串口**：使用相应API函数打开串口，获取串口句柄或文件描述符。在Windows中，通常使用`CreateFile`函数；在Linux中，使用`open`函数。

4. **读写串口**：根据选择的编程语言和API，进行串口的读取和写入操作。在读取数据时，可能需要设置超时和等待时间，确保数据正确读取。写入数据时，要注意数据格式和大小。

5. **关闭串口**：完成通信后，关闭串口释放资源。在Windows中，使用`CloseHandle`函数；在Linux中，使用`close`函数。

6. **错误处理和异常管理**：在程序中加入错误检测和异常处理机制，确保程序在遇到错误时能够正确响应并进行异常管理。

以Python为例，可以通过`pyserial`库来实现串口通信：

import serial
import time

# 创建串口连接对象
ser = serial.Serial('COM3', 9600, timeout=1)

# 写入数据
ser.write(b'Hello, Serial Port!\n')

# 等待写入完成
time.sleep(1)

# 读取数据
while True:
    if ser.in_waiting:
        incoming_data = ser.readline()
        print(incoming_data.decode('ascii'))
        break

# 关闭串口
ser.close()

在这个例子中，程序首先创建了一个串口连接对象`ser`，指定了串口号`COM3`和波特率`9600`，并设置了读取超时时间。然后，程序通过`write`方法写入数据，并等待数据写入完成。接下来，使用循环和`in_waiting`属性来检查串口是否有数据可读，如果有，就读取数据并打印出来。最后，关闭串口连接。