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Arduino串口通信

网友: 文档中心 2022-04-28 10:27:56

文章目录

          • 通信类型
          • Arduino串口通信
            • 硬串口
            • 软串口
通信类型

通信是用来在不同电子设备之间交换数据用的技术，其实就是要实现不同电子设备之间的“通讯对话”。

Arduino串口通信

Arduino串口通信

Arduino采用USART通信模式，可以有硬串口，软串口两种实现方式。

通常将Arduino UNO上自带的串口0（RX）、1（TX）称为硬件串口，可与外围串口设备通信。而使用SoftwareSerial类库模拟成的串口，称为软件模拟串口（简称软串口）。如果要连接更多的串口设备，可以使用软串口。

硬串口

硬串口的操作类为HardwareSerial，定义于HardwareSerial.h源文件中，并对用户公开声明了Serial对象，用户在Arduino程序中直接调用Serial，就可实现串口通讯。

常用函数有：

Serial.begin()

  • 描述：开启串口，通常置于setup()函数中。
  • 原型：
    • Serial.begin(speed)
    • Serial.begin(speed, config)
  • 参数：
    • speed：波特率，一般取值9600,115200等。
    • config：设置数据位、校验位和停止位。默认SERIAL_8N1表示8个数据位，无校验位，1个停止位。
  • 返回值：无。

Serial.end()

  • 描述：禁止串口传输。此时串口Rx和Tx可以作为数字IO引脚使用。
  • 原型：Serial.end()
  • 参数：无。
  • 返回值：无。

Serial.print()

  • 描述：串口输出数据，写入字符数据到串口。
  • 原型：
    • Serial.print(val)
    • Serial.print(val, format)
  • 参数：
    • val：打印的值，任意数据类型。
    • config：输出的数据格式。BIN(二进制)、OCT(八进制)、DEC(十进制)、HEX(十六进制)。对于浮点数，此参数指定要使用的小数位数。
  • 示例：
    • Serial.print(78, BIN) 得到 “1001110”
    • Serial.print(78, OCT) 得到 “116”
    • Serial.print(78, DEC) 得到 “78”
    • Serial.print(78, HEX) 得到 “4E”
    • Serial.print(1.23456, 0) 得到 “1”
    • Serial.print(1.23456, 2) 得到 “1.23”
    • Serial.print(1.23456, 4) 得到 “1.2346”
    • Serial.print(‘N’) 得到 “N”
    • Serial.print(“Hello world.”) 得到 “Hello world.”
  • 返回值：返回写入的字节数。

Serial.println()

  • 描述：串口输出数据并换行。
  • 原型：
    • Serial.println(val)
    • Serial.println(val, format)
  • 参数：
    • val：打印的值，任意数据类型。
    • config：输出的数据格式。
  • 返回值：返回写入的字节数。

Serial.available()

  • 描述：判断串口缓冲区的状态，返回从串口缓冲区读取的字节数。
  • 原型：Serial.available()
  • 参数：无。
  • 返回值：可读取的字节数。

Serial.read()

  • 描述：读取串口数据，一次读一个字符，读完后删除已读数据。
  • 原型：Serial.read()
  • 参数：无。
  • 返回值：返回串口缓存中第一个可读字节，当没有可读数据时返回-1，整数类型。

具体操作函数参考

实验1：

String str="";void setup() {  Serial.begin(9600); //set up serial library baud rate to 9600}void loop() {  str = "";  while (Serial.available() > 0)  {    str += char(Serial.read());   // read是剪切，而不是复制    delay(10);  // 延时  }  if (str.length() > 0)  {    Serial.print(F("命令行发送内容："));    Serial.println(str);  }}

实验现象：

Arduino串口通信

实验2：

Arduino串口通信

/** * 通过串口改变Arduino 9号针脚接的LED灯的亮度 */int i,j,val; //定义i、j、val三个整型变量char A[10];  //定义一个无符号数组Avoid setup(){  Serial.begin(9600);  pinMode(9,OUTPUT);}void loop(){  delay(100);  // 等待100ms  j = Serial.available();  // 读取串口寄存器中的信息的帧数  if(j != 0){   // 如果串口寄存器中有数据，那么依次读取这些数据，并存放到数组A中    for(i = 0; i < j; i++){      A[i] = Serial.read();     }    val = strtol(A,NULL,10);  // 将A中的字符转换成十进制数  }  analogWrite(9,val); // 将转换好的val输出给三号端口，驱动LED灯的亮度}

实验分析：

在理解Arduino串口通信前需要知道一些先验知识。

计算机和Arduino的串口接线如下：

Arduino串口通信

在Arduino的USB接口连接一个串口寄存器，用来暂时存放电脑传过来的信息（之后Arduino会根据开发者的程序，从串口寄存器中提取数据，保存到Arduino内存中），在和电脑通过USB串口通信时，默认分配给Arduino UNO的串口寄存器空间可存放63帧的信息。（一帧信息包括帧头、数据和帧尾。）超出得话后面的信息就会挤兑前面的信息，造成信息丢失。

read函数读取串口寄存器中的信息。但是Arduino的主频有16M，也就是每秒运算160万次；而串口通信的速度（也就是前面讲到的波特率）最高一般用到115200，也就是每秒115200个比特，约为14400个字节。所以Arduino读取的速度比串口发送的速度快得多，在读取之前需要加一定的延时。

现在假设我们从电脑上发送了三个帧的数据给到Arduino，这三个帧的内容分别是’a’,‘b’,‘c’。

Arduino串口通信

首先，右侧中步骤1至步骤4这段时间内，信息一帧一帧地进入串口寄存器中，假如我们想要一次性读取所有的信息，那么在步骤1到步骤4的这段时间内我们不能够对信息进行读取，因为这个时候信息还没有完全传送完毕，也就是说所有信息没有全部进入寄存器。假如我们在图6中的步骤2就开始读取寄存器中的信息，那么我们将只能获得’a’这个信息。对于Arduino这个1秒钟运算160万次的芯片来说，串口信息的传送是很慢的，所以我们必须在开头给Arduino设置一个等待时间，这个等待时间一般就设定100ms即可，这就是为什么要加上delay(100)这条命令的原因。

然后，当等待时间结束，这时候我们认为信息已经完全传送完毕。当然，说实话这都是靠猜，我们估计100ms信息传送完毕了，可能信息早在10ms 的时候就传送完毕了，不过没关系，为了保险我们宁可多等待一会儿，反正是毫秒级的时间损失，对于我们来说多等几十毫秒根本感觉不出来，当然你觉得有把握的话也可以把等待时间缩短一些，比如50ms甚至20ms都可以，你可以尝试着用，假如没有出现信息丢失那你完全可以用更短的等待时间。信息完全传送完毕后，我们才开始要把信息从串口寄存器中都读取出来了，也即是步骤5到步骤7的过程。注意，图6中的黑线指向的那个“大箭头”是Arduino内部的一个指针，这个指针时刻监测着串口寄存器，我们随时可以使用命令Serial.available()来调动这个指针，获取传入信息的数量，当然如我们所说，要等信息全部传送完毕后再开始调用，假如我们在步骤2就调用Serial.available()的话，我们只能探测到一个数据。而在图6中的步骤4我们可以看到，总共有三个信息传入了寄存器，所以这个时候调用Serial.available()获得的值是3，然后我们把这个值赋给变量j，于是变量j就代表了寄存器中信息的数量。

最后，还是这个指针，我们可以使用命令Serial.read()来调动这个指针来抓取数据，注意Serial.read()每次可以抓取一帧的信息，每次抓取走信息后，寄存器中原本存放这个信息的空间就空了出来，我的意思是：Serial.read()命令不是复制信息而是剪切信息。好，回过头来说，3个信息每次抓取1个，那么为了抓取寄存器中的所有信息，我们需要抓取3次，于是我们采用了一个 for循环，循环数设定为j，这样就可以自动抓取所有寄存器中的信息了。每次抓取的数据我们将会存储到数组A中，A是我们在程序开头就定义好的一个字符型数组。关于A数组要注意两点：1）必须定义为字符型数组，因为我们讲过电脑串口输入的所有信息都是字符形式传输的，就算是阿拉伯数字也只是一个字符，而不是真的阿拉伯数字；2）A数组的空间大小在定义的时候要给足，假如我们打算每次处理1帧的数据，那么A的空间就要给到1帧或更多；假如我们每次打算处理3帧的数据，那么A的空间就要大于等于3帧。然后我们把“帧”换算成字节来定义A的空间。

软串口

软串口的操作类为SoftwareSerial，定义于SoftwareSerial.h源文件中，但不像硬串口那样，源文件中并没有事先声明软串口对象，Arduino程序中需要手动创建软串口对象。

在使用前需要先声明包含SoftwareSerial.h头文件。

之后调用SoftwareSerial类的构造函数，通过它可指定软串口RX、TX引脚。

SoftwareSerial mySerial= SoftwareSerial(rxPin, txPin)SoftwareSerial mySerial(rxPin, txPin)
  • mySerial：用户自定义软件串口对象
  • rxPin：软串口接收引脚
  • txPin：软串口发送引脚

SoftwareSerial类中定义的成员函数与硬件串口类似，available()、begin()、read()、write()、print()、println()、peek() 等用法相同。

测试代码：

#include  //定义管脚2/3分别为RX,TX.  SoftwareSerial mySerial(2, 3); // RX, TX  void setup()  {    mySerial.begin(9600);  }  void loop()   {     mySerial.println("Hello, world?");     //TX输出   delay(1000);  }

运行程序，会发现串口监视器并没有任何字符串输出，这是为什么？

在硬串口的部分提到过，计算机是通过硬串口TX（1）和RX（0）进行Arduino串口通信的，当我们使用软串口的时候，计算机连接的仍然是这两个引脚。所以即使软串口TX（3）在进行输出，仍然是不会被计算机读取显示的。所以将硬串口TX（1）和软串口TX（3）连接即可，这样软串口TX（3）的输出就会进入到硬串口TX（1）中，进而发送给计算机。

Arduino串口通信

实验现象：

Arduino串口通信

参考：

Arduino菜鸟通俗版解读系列（4）串口通信USART

Arduino菜鸟通俗版解读系列（7）通信类型总结

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