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Arduino 串行通信(UART)

介绍​

串行通信（UART，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是Arduino与外部设备通信的一种常见方式。它通过两根线（TX和RX）实现数据的发送和接收，是一种简单且广泛使用的通信协议。UART通信是异步的，意味着发送方和接收方不需要共享时钟信号，而是通过预定义的波特率（Baud Rate）来同步数据传输。

在本教程中，我们将深入探讨Arduino的串行通信，包括其工作原理、代码实现以及实际应用场景。

串行通信的工作原理​

UART通信使用两根线：

  • TX（Transmit）：用于发送数据。
  • RX（Receive）：用于接收数据。

数据以字节为单位传输，每个字节由起始位、数据位、可选的奇偶校验位和停止位组成。通信双方需要预先约定波特率，以确保数据传输的同步。

备注

波特率：波特率是指每秒传输的符号数。常见的波特率有9600、19200、38400、57600和115200等。通信双方必须使用相同的波特率。

Arduino 串行通信的基本设置​

在Arduino中，串行通信通过 Serial 库来实现。以下是一个简单的示例，展示如何初始化串行通信并发送数据。

cpp
void setup() {
  // 初始化串行通信，设置波特率为9600
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 每隔1秒发送一次数据
  Serial.println("Hello, World!");
  delay(1000);
}

代码解释​

  • Serial.begin(9600);：初始化串行通信，波特率设置为9600。
  • Serial.println("Hello, World!");：通过串口发送字符串 "Hello, World!"。
  • delay(1000);：延迟1秒，以便每隔1秒发送一次数据。

输出​

在Arduino IDE的串口监视器中，您将看到每隔1秒输出一次 "Hello, World!"。

接收数据​

除了发送数据，Arduino还可以通过串行通信接收数据。以下示例展示了如何接收来自串口的数据并回显。

cpp
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 检查是否有数据可读
  if (Serial.available() > 0) {
    // 读取一个字节的数据
    char incomingByte = Serial.read();
    // 回显接收到的数据
    Serial.print("Received: ");
    Serial.println(incomingByte);
  }
}

代码解释​

  • Serial.available()：检查是否有数据可读。
  • Serial.read()：读取一个字节的数据。
  • Serial.print() 和 Serial.println()：将接收到的数据回显到串口监视器。

输入和输出​

  • 输入：在串口监视器中输入字符，例如 "A"。
  • 输出：Arduino将回显 "Received: A"。

实际应用案例​

案例1：Arduino与PC通信​

Arduino可以通过串行通信与PC进行数据交换。例如，Arduino可以读取传感器数据并将其发送到PC，PC上的程序可以处理这些数据并显示结果。

cpp
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 模拟读取传感器数据
  int sensorValue = analogRead(A0);
  // 将传感器数据发送到PC
  Serial.println(sensorValue);
  delay(1000);
}

案例2：Arduino与Arduino通信​

两个Arduino可以通过串行通信进行数据交换。一个Arduino作为发送方，另一个作为接收方。

发送方代码：

cpp
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Serial.println("Data from Arduino 1");
  delay(1000);
}

接收方代码：

cpp
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    String incomingData = Serial.readString();
    Serial.print("Received: ");
    Serial.println(incomingData);
  }
}

总结​

串行通信（UART）是Arduino与外部设备通信的一种简单而有效的方式。通过 Serial 库，Arduino可以轻松实现数据的发送和接收。本文介绍了串行通信的基本概念、代码实现以及实际应用场景，希望能帮助初学者更好地理解和应用这一技术。

附加资源与练习​

  • 练习1：修改接收数据的代码，使其能够接收并处理多个字节的数据。
  • 练习2：尝试使用不同的波特率进行通信，观察通信的稳定性。
  • 资源：Arduino官方文档中的Serial库参考。
提示

提示：在实际项目中，确保通信双方的波特率一致，以避免数据传输错误。