第10章串口通信實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)2024

串口也叫通用異步收發(fā)器（UART），是ArduinoUNO控制板最基本的通信接口，在此前學(xué)習(xí)中，上傳程序或調(diào)用串口監(jiān)視器都是利用串口通信實(shí)現(xiàn)。對(duì)于ArduinoUNO控制板，只有一組串口，使用時(shí)占用數(shù)字端子0（RX）和1（TX）。本章節(jié)我們來學(xué)習(xí)如何使計(jì)算機(jī)與Arduino通過串口進(jìn)行通信，控制LED燈的狀態(tài)。串口通信實(shí)訓(xùn)描述串口通信的定義和在電子設(shè)備中的重要性。串口通信與并行通信的區(qū)別。認(rèn)識(shí)串口通信通過實(shí)際編程練習(xí)，掌握Arduino串口通信的編程技巧。掌握Arduino串口通信編程解釋串口通信中常用的函數(shù)庫(kù)語句及其作用。理解串口通信函數(shù)庫(kù)語句學(xué)習(xí)目標(biāo)1.材料清單硬件知識(shí)名稱電子元件功能描述面包板

用于接線連接元器件電阻220Ω

紅色LED

LED發(fā)光模塊編程輸出控制亮度取值范圍為0～255?？梢杂脭?shù)字端口控制燈的亮滅，也可以用模擬口控制它的亮度。輸入高電平燈亮，低電平則燈滅2.硬件材料介紹

在Ardiuno控制器上，串口都是位于0（RX）和1（TX）的兩個(gè)引腳，Ardiuno的USB口通過一個(gè)轉(zhuǎn)換芯片與這兩個(gè)串口引腳連接。

轉(zhuǎn)換芯片的作用是通過USB接口在所連接的計(jì)算機(jī)上虛擬出一個(gè)用于與Ardiuno通信的串口，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與Ardiuno之間建立串口連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)互傳。

每臺(tái)設(shè)備的串口通常只能連接另外一臺(tái)設(shè)備的串口進(jìn)行通信，進(jìn)行通信的兩臺(tái)設(shè)備的串口對(duì)應(yīng)的發(fā)送端子（TX）和接收端子（RX）需要交叉相連，共用一個(gè)電源地，連接示意圖如圖10-1所示。硬件知識(shí)圖10-1兩臺(tái)設(shè)備串口連接示意圖

上傳程序的過程實(shí)際就是占用串口進(jìn)行通信的過程，因此通信不需另外接線，只需根據(jù)此前所學(xué)，連接一盞LED燈即可，實(shí)訓(xùn)硬件連線圖如圖所示。3.硬件連線硬件知識(shí)021.知識(shí)要點(diǎn)圖形化編程2程序編寫圖形化編程在此前程序基礎(chǔ)上，結(jié)合前面章節(jié)內(nèi)容，修改程序，實(shí)現(xiàn)通過計(jì)算機(jī)發(fā)送字符控制實(shí)現(xiàn)花樣燈效果。3.程序拓展圖形化編程02代碼編程（1）.串口初始化

要想使Ardiuno串口與計(jì)算機(jī)通信，需要先使用Serial.begin()函數(shù)初始化Ardiuno串口通信功能，即Serial.begin(speed)

串口通信波特率指設(shè)定串口通信速率的參數(shù)，串口通信雙方必須使用同樣的波特率方能正常進(jìn)行通信。Ardiuno串口通信通常會(huì)使用以下波特率：300、600、1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600、115200。例如之前實(shí)驗(yàn)在程序初始化時(shí)，設(shè)speed為9600。

波特率的大小衡量通信速度，單位為bit/s，即每秒傳送的比特?cái)?shù)。例如9600波特表示每秒發(fā)送9600bit的數(shù)據(jù)。波特率越大，說明串口通信的速率越高。1.串口通信語句02代碼編程（2）.串口輸出

在串口初始化完成后，便可以使用Serial.print()或Serial.println()函數(shù)向計(jì)算機(jī)或使用串口連接的其他設(shè)備發(fā)送信息了，函數(shù)用法如下：Serial.print(val)；Serial.println(val)；//參數(shù)val是要輸出的數(shù)據(jù)，允許輸出各種數(shù)據(jù)類型Serial.println(val)語句也是使用串口輸出數(shù)據(jù)，不同的是在其輸出完指定的val數(shù)據(jù)后，再輸出一組（/r/n）回車換行符。

串口監(jiān)視器是ArdiunoIDE自帶的一個(gè)小工具，可用來查看串口傳來的信息，也可向連接的設(shè)備發(fā)送信息。為了保證能夠正常的收/發(fā)數(shù)據(jù)，要注意串口監(jiān)視器右下角的波特率設(shè)置，下拉菜單設(shè)置波特率與程序編寫初始化的波特率保持一致。1.串口通信語句02代碼編程（3）.串口輸入

除了輸出，串口也可以接收由計(jì)算機(jī)或串口連接的設(shè)備所發(fā)出的數(shù)據(jù)。接收串口數(shù)據(jù)需要使用Serial.read()函數(shù)，當(dāng)程序調(diào)用時(shí)，每次都會(huì)向Ardiuno返回1字節(jié)數(shù)據(jù)，該返回值便是當(dāng)前串口讀到的數(shù)據(jù)。

程序下載成功后，運(yùn)行串口監(jiān)視器，在上方“發(fā)送”按鈕左側(cè)的文本框中輸入要發(fā)送的信息，如“ardiuno”，則會(huì)看到在輸出了Ardiuno的同時(shí)還出現(xiàn)了亂碼。這些亂碼是由于在串口緩沖區(qū)中沒有可讀數(shù)據(jù)造成的。當(dāng)緩沖區(qū)中沒有可讀數(shù)據(jù)時(shí)，Serial.read()函數(shù)會(huì)返回int型值－1，而int型值－1對(duì)應(yīng)的char型數(shù)據(jù)便是輸出的亂碼。

什么是串口緩沖區(qū)呢？在使用串口時(shí)，Ardiuno會(huì)在SRAM中開辟一段大小為64B的空間，串口接收到的數(shù)據(jù)都會(huì)被暫時(shí)存放在該空間中，稱這個(gè)存儲(chǔ)空間為緩沖區(qū)。

通常在使用串口讀取數(shù)據(jù)時(shí)，為了解決亂碼問題，需要搭配使用Serial.available()函數(shù)，知道緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)，可以搭配if或while語句來使用。1.串口通信語句02代碼編程（3）.串口輸入1.串口通信語句程序下載完成后，打開串口監(jiān)視器，鍵入并發(fā)送任意信息，則會(huì)看到Ardiuno輸出了剛發(fā)送過去的信息，并且不再出現(xiàn)亂碼了，示例代碼如下：程序中使用Serial.read()語句接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行判斷，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)