Arduino序列通訊應用
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本文档详细介绍了Arduino的序列通信应用，包括UART传输协议、RS232标准及Serial库的使用。提供了非同步序列传输的原理及常用命令的示例，涵盖了如何监控开关状态和控制LED等实验项目。文档还包括不同传输格式和配置的说明，以及如何解析格式化命令来控制输出。
![ Serial.peek()
讀取序列緩衝區的第⼀個字元，但並不將其從緩衝區中移除。若序列緩衝區
無資料則回傳-1
Serial.read()
取出序列緩衝區的第⼀個字元。若序列緩衝區無資料則回傳-1
Serial.readBytes(buffer, length)
從序列埠讀取資料儲存到緩衝區 (字元陣列)，若已達指定資料⻑度或超時，
該函數終止
buffer用來儲存資料之緩衝區 (char[] or byte[])
char buffer[20];
int size = Serial.readBytes(buffer, 20);
buffer[size] ='0';
Serial.println(buffer);
使用Serial函式庫 5/9
13](https://image.slidesharecdn.com/arduinoserialcomm-191217123409/85/Arduino-13-320.jpg)
![ Serial.readBytesUntil(character, buffer, length)
從序列埠讀取資料，直到檢測到終止字元或指定位元組數資料已被讀取或逾
時。終止字元並不會儲存到緩衝區
char buffer[20];
if (int size = Serial.readBytesUntil('#', buffer, 20)) {
buffer[size] = '0';
Serial.println(buffer);
}
Serial.readString()
將序列緩衝區中的資料讀入字串
if (Serial.available()){
String buffer = Serial.readString();
Serial.println(buffer);
}
使用Serial函式庫 6/9
14](https://image.slidesharecdn.com/arduinoserialcomm-191217123409/85/Arduino-14-320.jpg)
Arduino序列通訊應用
- 1. Arduino序列通訊應用 Revised on December 16, 2019 UART傳輸協定 RS232標準 Serial程式庫 使用序列傳輸字元命令 使用序列傳輸字串命令 使用序列傳輸格式化命令字串
- 2. 非同步序列傳輸(UART, Universal Asynchronous Receiver & Transmitter)是⼀種廣泛使用的資料傳輸⽅式，也⼀直是微控制器 的標準介⾯之⼀ 典型應用 藍芽Dongle與Arduino控制板之間資料傳輸 ESP8266 WiFi模組與Arduino控制板之間資料傳輸 Arduino控制板以USB與PC連接，PC端與Arduino控制板之間資料傳輸 GPS模組與Arduino控制板之間資料傳輸 非同步序列傳輸
- 3. 序列傳輸資料是1個bit接著1個bit傳送 非同步表示送收雙⽅沒有共同的時序信號 每個資料封包(package)由起始位元、資料位元、檢查位元及結束位 元組成 在開始傳輸資料之前，Tx與Rx接腳都為⾼電位，要傳送資料時，先送出⼀ 個代表「要開始傳送的通知」的起始位元(start bit，低電位) 每組資料位元(data bits)⻑度可以是5~8位元 非同步序列傳輸協定 1/3 3
- 4. 資料位元之後可以送出⼀個檢查位元 無(None) 不加檢查位元 奇同位(Odd) 當資料位元有偶數個1時，則檢查位元為1，補成奇數；資料位元有奇數個1時， 則檢查位元為0，維持奇數 偶同位(Even) 當資料位元有奇數個1時，則檢查位元為1，補成偶數；資料位元有偶數個1時， 則檢查位元為0，維持偶數 標記(Mark) 檢查位元始終為1 空格(Space) 檢查位元始終為0 封包最後是代表「傳送完畢」的停止位元(stop bit)，1~2位元 非同步序列傳輸協定 2/3 4
- 5. 傳輸協定(protocol)代表通訊裝置雙⽅遵循的規範和參數，通訊雙⽅ 的設定必須⼀致，才能相互溝通 送收雙⽅須議定傳輸速率及封包格式 傳輸速率：每秒傳送的位元數(bit per second，bps)，也稱為鮑率 (baud rate) 取樣 通常是以鮑率的16倍頻⼯作，並在中⼼點附近取樣三次，三次結果⼀致才 視為正確，以避免因頻率漂移造成的取樣錯誤 非同步序列傳輸協定 3/3 5
- 6. RS232C是最早廣泛使用之序列埠標準，傳輸距離約15m 在USB普及之前，許多周邊裝置(滑鼠、搖桿、條碼機、數據機…)都採 用RS-232C介⾯ ⼀般使用DB-9端子，其中RXD、TXD及GND為最重要接腳 傳送資料(Transmitter，Tx) 接收資料(Receiver，Rx) 接地(Ground，GND) RS232標準 1/2 6 DB-9公端子
- 7. RS232電氣訊號為負邏輯 3V~15V表示0 (Space) -3V~-15V表示1 (Mark) TTL電氣訊號為正邏輯 0.8V以下為0 2.0V以上為1 Arduino與RS232設備間需加裝訊號轉換元件(如MAX232) RS232標準 2/2 7 RS232 TTL 15V -15V 5V 0V Idle Idle
- 8. 序列埠監控視窗是⼀個透過序列埠和Arduino微控制器溝通的⼯具程式 選單命令Tools> Serial Monitor Serial Monitor 8 顯示接收到的訊息 傳輸速率 在此輸入要傳送之訊息 傳送
- 9. Arduino IDE內建處理序列傳輸的Serial程式庫 Serial.begin(speed) 啟始序列傳輸，使用預設8n1傳輸格式 傳輸速率(speed) 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600, 115200 Serial.begin(9600); //設定使用9600bps，8n1傳輸格式 使用Serial函式庫 1/9 9
- 10. Serial.begin(speed, config) 啟始序列傳輸 傳輸速率(speed) 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600, 115200 傳輸格式(config) SERIAL_5N1、SERIAL_6N1、SERIAL_7N1、SERIAL_8N1 (預設值)、SERIAL_5N2、 SERIAL_6N2、SERIAL_7N2、SERIAL_8N2、SERIAL_5E1、SERIAL_6E1、 SERIAL_7E1、SERIAL_8E1、SERIAL_5E2、SERIAL_6E2、SERIAL_7E2、 SERIAL_8E2、SERIAL_5O1、SERIAL_6O1、SERIAL_7O1、SERIAL_8O1、 SERIAL_5O2、SERIAL_6O2、SERIAL_7O2、SERIAL_8O2 使用Serial函式庫 2/9 10
- 11. Serial.end() 關閉序列傳輸功能，允許RX和TX接腳做為通用輸入和輸出。調用 Serial.begin()可重新啟用序列傳輸 Serial.available() 傳回序列接收緩衝區(64 bytes)中已收到的位元組數 Serial.availableForWrite() 傳回還可寫入到序列緩衝區的位元組數 Serial.find(target_string) 從序列緩衝區讀取資料，直到找到指定字串。 如果找到指定字串，則傳回 true，如果逾時則傳回false Serial.find("ON"); 使用Serial函式庫 3/9 11
- 12. Serial.findUntil(target, terminal) 從序列緩衝區讀取資料，直到找到指定字串或終止字串 Serial.findUntil("ON","#"); Serial.flush() 等待序列緩衝區資料傳送完畢 Serial.parseFloat() 解析序列緩衝區資料並回傳第⼀個有效的浮點數值。非數字或減號的字元會 被略過，都找不到時回傳0.00 Serial.parseInt() 解析序列緩衝區資料並回傳第⼀個有效的整數值。非數字或減號的字元會被 略過，都找不到時回傳0 使用Serial函式庫 4/9 12
- 13. Serial.peek() 讀取序列緩衝區的第⼀個字元，但並不將其從緩衝區中移除。若序列緩衝區 無資料則回傳-1 Serial.read() 取出序列緩衝區的第⼀個字元。若序列緩衝區無資料則回傳-1 Serial.readBytes(buffer, length) 從序列埠讀取資料儲存到緩衝區 (字元陣列)，若已達指定資料⻑度或超時， 該函數終止 buffer用來儲存資料之緩衝區 (char[] or byte[]) char buffer[20]; int size = Serial.readBytes(buffer, 20); buffer[size] ='0'; Serial.println(buffer); 使用Serial函式庫 5/9 13
- 14. Serial.readBytesUntil(character, buffer, length) 從序列埠讀取資料，直到檢測到終止字元或指定位元組數資料已被讀取或逾 時。終止字元並不會儲存到緩衝區 char buffer[20]; if (int size = Serial.readBytesUntil('#', buffer, 20)) { buffer[size] = '0'; Serial.println(buffer); } Serial.readString() 將序列緩衝區中的資料讀入字串 if (Serial.available()){ String buffer = Serial.readString(); Serial.println(buffer); } 使用Serial函式庫 6/9 14
- 15. Serial.readStringUntil(terminator) 將序列緩衝區中的資料讀入字串，直到終止字元或逾時 if (Serial.available()){ String cmd = Serial.readStringUntil('#'); Serial.println(cmd); } Serial.setTimeout(milliseconds) 設定讀取序列資料逾時時間，預設為1000毫秒 使用Serial函式庫 7/9 15
- 16. Serial.print(val) Serial.print(val, format) 將數據轉為字串輸出到序列埠。整數資料可以指定格式，BIN表示2進制， OCT表示8進制，DEC表示10進制，HEX表示16進制； 浮號數資料可以指定小 數點位數，預設為小數點後兩位 Serial.print(78); //輸出"78" Serial.print(1.23456); //輸出"1.23" Serial.print('N'); //輸出"N" Serial.print("Hello world."); //輸出"Hello world." Serial.print(78, BIN); //輸出"1001110" Serial.print(78, OCT); //輸出"116" Serial.print(78, HEX); //輸出"4E" Serial.print(1.23456, 0); //輸出"1" 使用Serial函式庫 8/9 16
- 17. Serial.println(val) Serial.println(val, format) 功能如Serial.print()函式，但會在資料後加上回車字元(ASCII 13, or 'r')及換行字元(ASCII 10, or 'n') Serial.write(val) Serial.write(str) Serial.write(buf, len) 將二進制數值寫入序列埠。 這些數據以位元組或⼀系列位元組形式發送 Serial.write(45); //輸出'-' Serial.write("Hello"); //輸出'H'，'e'，'l'，'l'，'o' 使用Serial函式庫 9/9 17
- 18. 實驗目的 使用Serial Monitor監控開關狀態 當開關被壓放時，在序列埠監控視窗顯示訊息 Lab 6.1 Serial Monitor監看開關狀態 1/3 18
- 19. 參考程式 #define SW 2 boolean lastState = HIGH; byte click = 0; void setup() { pinMode(SW, INPUT_PULLUP); Serial.begin(9600); Serial.println("start serial communication"); } Lab 6.1 Serial Monitor監看開關狀態 2/3 19
- 20. void loop() { boolean b1 = digitalRead(SW); //讀取開關目前狀態 if (b1 != lastState) { //開關狀態改變 delay(20); boolean b2 = digitalRead(SW); if (b1 == b2) { lastState = b1; click++; } } if (click == 2){ //已壓放一次開關 click = 0; Serial.println("SW was clicked"); } } Lab 6.1 Serial Monitor監看開關狀態 3/3 20
- 21. 實驗目的 使用序列埠傳送字元命令控制LED 從Serial Monitor送出1時，點亮LED；送出0時，熄滅LED Lab 6.2使用序列字元命令控制LED 1/3 21
- 22. 參考程式 #define LED 3 void setup() { pinMode(LED, OUTPUT); Serial.begin(9600); Serial.println("start serial communication"); } Lab 6.2使用序列字元命令控制LED 2/3 22
- 23. void loop() { if (Serial.available()){ byte cmd = Serial.read(); if (cmd == '1') { //從序列埠收到'1' digitalWrite(LED, HIGH); Serial.println("Turn LED on"); } if (cmd == '0') { //從序列埠收到'0' digitalWrite(LED, LOW); Serial.println("Turn LED off"); } } } Lab 6.2 使用序列字元命令控制LED 3/3 23
- 24. 實驗目的 使用序列埠傳送字串命令控制LED 從Serial Monitor送出"ON"時，點亮LED；送出"OFF"時，熄滅LED 註：Serial Monitor必須使用No line ending格式 Lab 6.3 使用序列字串命令控制LED 1/3 24
- 25. 參考程式 #define LED 3 void setup() { pinMode(LED, OUTPUT); Serial.begin(9600); Serial.println("start serial communication"); } Lab 6.3 使用序列字串命令控制LED 2/3 25
- 26. void loop() { if (Serial.available()){ String cmd = Serial.readString(); if (cmd == "ON") { //從序列埠收到"ON" digitalWrite(LED, HIGH); Serial.println("Turn LED on"); } if (cmd == "OFF") { //從序列埠收到"OFF" digitalWrite(LED, LOW); Serial.println("Turn LED off"); } } } Lab 6.3 使用序列字串命令控制LED 3/3 26
- 27. 實驗目的 自訂格式化命令控制LED，命令格式為"A|D:Pin:Value" A表示類比輸出，D表示數位輸出；Pin表示IO腳位編號；Value表示輸 出值 例如D:4:1表示D4送出⾼電位，A:3:16表示D3送出PWM值16 Lab 6.4 解析格式化命令控制輸出 1/4 27
- 28. 參考程式 void setup() { Serial.begin(9600); Serial.println("start serial communication"); } void loop() { int i1, i2, pin , value; String msg; if (Serial.available()){ String cmd = Serial.readString(); i1 = cmd.indexOf(':'); String type = cmd.substring(0, i1); i2 = cmd.indexOf(':', i1+1); pin = cmd.substring(i1+1, i2).toInt(); value = cmd.substring(i2+1).toInt(); Lab 6.4 解析格式化命令控制輸出 2/4 28
- 29. if (type == "A"){ pinMode(pin, OUTPUT); analogWrite(pin, value); msg = "analogWrite(" + String(pin) + ", " + String(value) + ")"; Serial.println(msg); } if (type == "D"){ pinMode(pin, OUTPUT); digitalWrite(pin, value); msg = "digitalWrite(" + String(pin) + ", " + String(value) + ")"; Serial.println(msg); } } } Lab 6.4 解析格式化命令控制輸出 3/4 29
- 30. Lab 6.4 解析格式化命令控制輸出 4/4