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ESP32上的串口输出

王明照2024年12月30日大约 7 分钟培训ESP32ledcPWMpwm

ESP32上的串口输出

了解串口（UART/USART）

串口通信协议实例

串口通信协议是在计算机、微控制器或其他设备之间传输数据的一种方式。串口是指外设和处理器之间通过数据信号线、地线和控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。尽管传输速度比并行传输低，但串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。 这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本。在Arduino项目中，串口通信非常常见也非常重要，可以用于设备间的数据传输、调试信息的输出，以及与计算机或其他串行设备的通信。

串口通信基本概念

串口通信使用TX（发送）和RX（接收）两个引脚来进行数据的发送和接收。Arduino和许多其他支持Arduino固件的板子都有内置的串行通信功能，可以通过USB接口与计算机通信，也可以使用数字引脚（如0和1）与其他设备进行串行通信。

串口通信介绍

串口通信协议定义了在串口上进行数据交换的规则和格式。常见的串口通信协议包括ASCII协议、Modbus协议、RS-232协议等。协议规定了数据的帧结构、数据格式、校验方式等，确保发送和接收双方按照相同的规则进行数据交换，从而实现数据的正确传输和解析。   串口通信是一位一位地传输，每传输一个字符总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平），后面由 7 位数据位组成，接着是一位校验位，最后是停止位。停止位后面是不定长的空闲位，停止位和空闲位都规定为高电平。

串口通信参数包括波特率（Baud Rate）、数据位（Data Bits）、校验位（Parity Bits）、停止位（Stop Bits）等。这些参数描述了传输数据的基本规格。例如，波特率定义了数据传输的速率，数据位确定每个数据字节中包含的位数，校验位用于数据的差错检测，停止位表示数据传输结束的标志等。

  • 波特率：衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的 bit 的个数。
  • 数据位：衡量通信中实际数据位的参数，表示一个信息包里包含的数据位的个数。
  • 停止位：用于表示单个信息包的最后位，典型值为 1、1.5 和 2 位。由于数据是在传输线上传输的，每个设备都有自己的时钟，很有可能在通信过程中出现不同步，停止位不仅仅表示传输的结束，还能提供校正时钟同步的机会。停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率也越慢。
  • 奇偶检验位：表示一种简单的检查错误的方式。

串口工作模式

USART字符帧.png
USART字符帧.png

串口工作模式分为三种：单工、全双工模式和半双工模式。

  • 单工：在通信的任意时刻，信息只能由 A 传到 B，或B传到A；
  • 半双工：在通信的任意时刻，信息即可由 A 传到 B，又能由 B 传到 A，但同时只能有一个方向上的传输存在；
  • 全双工：在通信的任意时刻，通信线路上存在 A 到 B 和 B 到 A 的双向信号传输；

串口通信的作用及优势

串口是计算机和外部设备之间最常见的通信接口之一，具有重要的作用和广泛的应用。在计算机领域，串口的重要性体现在以下几个方面：

  1. 数据传输：串口是一种常用的数据传输接口。通过串口，计算机可以与各种外部设备进行数据交换和通信。无论是传感器、执行器、显示器、打印机还是其他外部设备，串口通信都可以实现数据的传输和控制。
  2. 远程控制和监控：串口通信被广泛应用于远程控制和监控领域。通过串口，计算机可以远程控制设备的动作，并实时监测设备的状态和数据信息。这在工业控制、自动化系统、远程监控等场景中具有重要的作用。
  3. 调试和故障排查：串口通信是调试和故障排查的重要工具。通过串口，计算机可以与嵌入式系统、单片机等进行通信，实时监控和调试程序，输出调试信息，进行错误定位和排查，并对系统进行状态监测和故障诊断。
  4. 硬件连接：串口可以作为计算机与各种外部设备之间的连接桥梁。通过串口，可以连接和控制各类外部设备，如传感器、执行器、外围设备等。串口能够提供稳定的数据传输和双向通信功能。
  5. 通信协议：串口通信协议是计算机与外部设备之间数据传输的规范和约定。通过定义不同的协议，可以实现不同设备之间的数据交互和通信。常见的串口通信协议有UART、RS-232、RS-485等。

总之，串口对于计算机和外部设备之间的通信具有重要的作用。它是数据传输、远程控制和监控、调试和故障排查的关键工具，是计算机与外部设备连接和通信的桥梁。

函数讲解

在软件层面，Arduino固件提供了Serial库，用于实现串行通信。这个库提供了多种方法来发送和接收数据。

初始化串口

ESP32S3有三个串口，分别是Serial，Serial1, Serial2,其中Serial用作串口下载和调试，在串口充足的情况下应当优先使用Serial1和Serial2。 使用Serial.begin(baudRate)方法初始化串行通信，baudRate指定了数据传输的速率（比特率），例如9600、115200等。这个速率必须和接收方保持一致。

还有一个比较常用的是Serial.begin(unsigned long baud, uint32_t config, int8_t rxPin, int8_t txPin)

#define RX1 12
#define TX1 13
void setup()
{
  	Serial.begin(115200); // 设置波特率为115200
    Serial.begin(460800, SERIAL_8N1, RX1, TX1);
}

发送数据

可以使用Serial.print()和Serial.println()发送数据。print方法发送数据但不添加换行符，而 println会在数据末尾添加换行符。

void loop()
{
    for(int i=0; i<=100; i++)
    {
        Serial.println("Hello, world!"); // 发送字符串并自动换行
  		Serial.println(i);
        Serial.println("当前的i是"+String(i))
  		delay(1000); // 每秒发送一次
    }
}

也可以使用Serial.write(const uint8_t *buffer, size_t size)来发送byte类型的数组

uint8_t send_data[] = {0x55, 0x55, 0x01, 0x12};
void loop()
{
    Serial1.write(send_data, sizeof(send_data));
}

接收数据

使用Serial.available()检查是否有数据可读，如果此函数返回0，表示没有数据可读。如果有，Serial.read()可以用来读取一个字节的数据.

void loop()
{
  if (Serial1.available() > 0)
  {
    char received = Serial.read(); // 读取并存储一个字节的数据
    Serial1.print("Received: ");
    Serial1.println(received); // 显示接收到的数据
  }
}

而Serial.readbytes()则可以直接把读取到的数据存放到数组中

void ProcessOPiData()
{
    uint8_t data[11];
    Serial2.readBytes(data, sizeof(data));
    ......
}

高级读取

  • Serial.readString(): 读取串口接收到的字符，直到遇到超时。这个方法依赖于setTimeout()设定的超时时间。
  • Serial.readStringUntil(terminator): 读取串口数据，直到遇到指定的终止字符或超时。
  • Serial.parseInt(): 从串口读取数据并解析为int类型。这对于接收数字类型的数据非常方便。
  • Serial.parseFloat(): 从串口读取数据并解析为float类型。适用于需要处理浮点数的情况。

串口使用实例(一)

不太建议使用这板子的串口中断
#define RX
#define TXPIN 10

uint8_t dataSent[100];

//Serial、Serial1、Serial2 分别对应了 UART0、UART1 和 UART2。
void setup()
{
  // 初始化串口通信波特率
  //串口0初始化
  Serial.begin(115200);

  //初始化串口1，波特率115200，SERIAL_8N1=8数据位无校验位1停止位 RX引脚为9 TX引脚为10
  Serial1.begin(115200, SERIAL_8N1, RXPIN, TXPIN);
  //为串口1设置回调函数
  Serial1.onReceive(onReceiveFunction);

  //串口1发送数据 hello LCKFB，发送12个字节
  Serial1.write("hello LCKFB", 12);

}

串口使用实例(二)

收发数组，移位，合并，数据包

见视频

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