Arduino成长日记5 - 串口通信

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串口作为Arduino最简单的通信方式，可以实现与计算机通信，或与其他带串口功能的设备进行数据交流，而且在编程方面充当主要的调试手段，想必大伙儿都不会陌生了吧。
Arduino的串口知识相对来说比较简单，在UNO板上的体现为USB口，当通过USB线连接到计算机时，计算机会识别这个串口设备（UNO），并为其创建一个端口号，利用该端口号，Arduino UNO便能跟计算机实现数据交流，其中就包括了程序上传。

串口函数说明

1、Serial.begin()

描述：将串行数据传输速率设置为 bit/s（波特率） 。与计算机进行通信时，可以使用这些波特率：300、1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600或115200。当然，也可以指定其他波特率，例如，针脚0、1和一个组件进行通信，它需要一个特定的波特率。

注意

波特率是衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的bit的个数。

Arduino UNO板默认的串口针脚为针脚0(RX)、针脚1(TX)。

在两个设备进行串口通信的时候，两头的串口波特率需要统一，例如，设备1的串口波特率为9600，设备2的串口波特率也必须为9600，这才能保证数据的正确收发，否则可能出现接收到乱码的情况。

语法：Serial.begin(speed)。
参数：speed，bit/s(波特率)，long。

具体程序实例如下：

void setup()
{
	//设置串口波特率为9600
	Serial.begin(9600);
}

void loop() 
{}

串口波特率一般在setup函数中做初始化设置。

2、int Serial.available()

描述：从串口缓冲区读取有效的字节数(字符)，这是已经传输到并存储在串行接收缓冲区（能够存储64个字节）的数据。available继承了Stream类。
语法：Serial.available()。
返回：可读取的字节数。

具体程序实例如下：

void setup()
{
	//设置串口波特率为9600
	Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
	//如果串口缓冲区有数据
	if(Serial.available() > 0)
	{
		//读取串口数据
		...
	}
}

3、int Serial.read()

描述：读取串口缓冲区的数据，每次读取一个byte(字节)。
语法：Serial.read()。
返回：在串口缓冲区待读取的第一个字节。

具体程序实例如下：

//新建变量，用于存放读取的串行数据
int incomingByte = 0;		

void setup()
{
	//设置串口波特率为9600
	Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
	//如果串口缓冲区有数据
	if(Serial.available() > 0)
	{
		//读取串口数据
		incomingByte = Serial.read();
	}
}

4、Serial.print()

描述：以ASCII文本形式打印数据到串口输出，此命令可以采取多种形式。
每个数字的打印输出使用的是ASCII字符。浮点型同样打印输出的是ASCII原符，保留小数点的后两位；Bytes型打印输出单个字符；字符和字符串原样打印输出。
Serial.print()打印输出的数据不换行。

有如下实例供参考：

Serial.print(78) 输出为 “78”。
Serial.print(1.23456) 输出为 “1.23”。
Serial.print(“N”) 输出为 “N”。
Serial.print(“Hello world.”) 输出为 “Hello world.”。

也可以自己定义输出数据的进制，可以为：

BIN （二进制，或以2为基数）。
OCT（八进制，或以8为基数）。
DEC（十进制，或以10为基数）。
HEX（十六进制，或以16为基数）。
Serial.print(78,BIN) 输出为 “1001110”。
Serial.print(78,OCT) 输出为 “116”。
Serial.print(78,DEC) 输出为 “78”。
Serial.print(78,HEX) 输出为 “4E”。

面对与浮点型数字，可以指定输出的保留的小数点后数字个数：

Serial.print(1.23456,0) 输出为 “1”。
Serial.print(1.23456,0) 输出为 “1.23”。
Serial.print(1.23456,0) 输出为 “1.2346”。

语法：Serial.print(val) 或 Serial.print(val，格式)。
参数：val，打印输出的值，可以为所有数据类型；格式，指定进制（整型数据类型）或小数位数（浮点类型）。
返回：字节（byte），print()将返回写入的字节数，但是否使用（或读出）是可以设定的。

具体程序实例如下：

void setup()
{
	//设置串口波特率为9600
	Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
	//打印ASCII码表的一部分，修改它的格式得到需要的内容
	//打印多种格式
	for(int x = 0; x < 64; x++)
	{
		Serial.print(x);					//以十进制格式将 x 打印输出，与 “DEX” 相同
		Serial.print("\t");				//横向跳格
		Serial.print(x,DEX);			//以十进制格式将 x 打印输出
		Serial.print("\t");				//横向跳格
		Serial.print(x,HEX);			//以十六进制格式将 x 打印输出
		Serial.print("\t");				//横向跳格
		Serial.print(x,OCT);			//以八进制格式将 x 打印输出
		Serial.print("\t");				//横向跳格
		Serial.print(x,BIN);			//以二进制格式将 x 打印输出
		Serial.print("\t");				//横向跳格
	
		delay(200);						//延时200ms
		Serial.println(" ");			//打印一个空字符，并自动换行
	}
}

5、Serial.println()

描述：打印数据到串行端口，输出人们可识别的ASCII码文本并回车及换行，此命令采用的形式与Serial.print()相同，此处省略。
语法：Serial.println(val) 或 Serial.println(val，格式)。
参数：val，打印的内容，可以为所有数据类型；格式，指定进制（整型数据类型）或小数位数（浮点类型）。
返回：字节（byte），println()将返回写入的字节数，但可以选择是否使用。

具体程序实例如下：

int analogValue = 0;			//存放模拟输入值

void setup()
{
	//设置串口波特率为9600
	Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
	analogValue = analogRead(0);	//读取引脚0的模拟输入
	
	Serial.println(0);				//打印ASCII编码的十进制并换行
	Serial.println(0,DEC);			//打印ASCII编码的十进制并换行
	Serial.println(0,HEX);			//打印ASCII编码的十六进制并换行
	Serial.println(0,OCT);			//打印ASCII编码的八进制并换行
	Serial.println(0,BIN);			//打印ASCII编码的二进制并换行

	delay(20);						//延时20ms
}

Arduino的串口通信会使用到 Stream 这个类，Stream 类是二进制数据或者字符串数据流传输的基础类，不能被直接调用，但可以被继承。许多库包含了 Stream 类，例如 Serial；Wire；Enternet Client；Enternet Setver；SD等。对于Stream 类只需要有个了解即可，简单介绍一下Stream类的函数 ~

Stream类

Stream 类包含下列函数：

available()
read()
flush()
find()
findUntil()
peek()
readBytes()
readBytesUntil()
readString()
readStringUntil()
parseInt()
parseFloat()
setTimeout()

Stream 的这些函数都会被 Serial 库继承。

available()

说明（Description）：
　　函数 available() 获取数据流中接收到的字节数
返回值（Returns）：
　　返回值是存储在缓冲区的字节数， int 类型

read()

说明（Description）：
　　函数 read() 获取数据流中第一个字节数据，获取数据后会清除当前字节数据，与peek()函数有区别
返回值（Returns）：
　　返回值是读取数据字符的第一个字节（8bit）

flush()

说明（Description）：
　　函数 flush() 清除数据流所有未向外发送的数据
返回值（Returns）：
　　bool 类型

find()

说明（Description）：
　　函数 find() 从数据流中查找目标字符串，找到目标字符串后返回值 = true，超时则返回值 = false
返回值（Returns）：
　　bool 类型

findUntil()

说明（Description）：
　　函数 findUntil() 从数据流中读取目标字符串或者终止目标字符串，找到目标字符串后返回值 = true，超时则返回值 = false
语法（Syntax）：
　　stream.findUntil(target, terminal)
target：要搜索的字符串
terminal：终止目标字符串
返回值（Returns）：
　　bool 类型

peek()

说明（Description）：
　　函数 peek() 从数据流中读取当前的一个字节，不会清除数据流中当前字节数据，与 read() 函数有区别。
返回值（Returns）：
　　当前缓存区数据流的第一个字节数据，如果缓存区无数据时返回 -1

readBytes()

说明（Description）：
　　函数 readBytes() 从数据流中读取确定字节的数据到缓存区，读取确定长度数据或超时时终止
语法（Syntax）：
stream.readBytes(buffer, length)
stream：从 Stream 类继承的实例
buffer：存放数据的缓存区（可以是 char[] 或 byte[] 这样的数组）
length：存放的字节数
返回值（Returns）：
　　已经存放在缓存区中的字节数

readBytesUntil()

说明（Description）：
　　函数 readBytesUntil() 从数据流中读取确定字节的数据到指定缓存地址，读取确定长度数据、或读取到终止字符、或超时时终止
和 readBytes() 相比多了终止字符串
语法（Syntax）：
stream.readBytesUntil(character, buffer, length)
stream：从 Stream 类继承的实例
character：终止字符（char 类型）
buffer：存放数据的指定缓存地址（可以是 char[] 或 byte[] 这样的数组）
length：存放的字节数（int 类型）
返回值（Returns）：
　　已经存放在缓存区中的字节数

readString()

说明（Description）：
　　函数 readString() 将字符从数据流中读入字符串中，超时时该函数终止
返回值（Returns）：
　　读取到的字符串（string）

readStringUntil()

说明（Description）：
　　函数 readString() 将字符从数据流中读入字符串中，遇到终止字符或超时时该函数终止
语法（Syntax）：
stream.readString(terminator)
terminator：终止字符
返回值（Returns）：
　　读取到的字符串（string）

parseInt()

说明（Description）：
　　函数 parseInt() 从数据流中读取第一个有效(长)整型数，跳过非整数(或减号)的字符。
语法（Syntax）：
stream.parseInt(list)
stream.parseInt(’‘list’, char skipchar’)
返回值（Returns）：
　　长整型（long）

parseFloat()

说明（Description）：
　　函数 parseInt() 从数据流中读取第一个有效浮点数，跳过非数字(或减号)的初始字符，parseFloat()由非浮点数的第一个字符结束。
语法（Syntax）：
stream.parseFloat(list)
list：检查的数据流
返回值（Returns）：
　　浮点数（float）

setTimeout()

说明（Description）：
　　函数 setTimeout() 设置等待数据流通讯超时时间，毫秒为单位
语法（Syntax）：
stream.setTimeout(time)
time：毫秒为单位的时间，长整型（long）

Serial类

Serial 类用于对串口数据流的读写。

Serial 继承 Stream 类，同时增加了几个新的函数，所有方法如下：
if (Serial)　　
available()
availableForWrite()
begin()
end()
find()
findUntil()
flush()
parseFloat()
parseInt()
peek()
print()
println()
read()
readBytes()
readBytesUntil()
readString()
readStringUntil()
setTimeout()
write()
serialEvent()

end()

说明（Description）：
　　函数 end() 禁用串口。禁用串口后，原串口所占用引脚被当做一般输入输出使用。
语法（Syntax）：
　　Serial.end()
返回值（Returns）：
　　nothing 无

write()

说明（Description）：
　　函数 write() 将数据流通过串口以二进制数据的形式发出，与 print() 函数是有区别的
语法（Syntax）：
Serial.write(val)
Serial.write(str)
Serial.write(buf, len)

val：单个字节的值
str：一连串字节的字符串
buf：定义的数组
len：指定的数组长度
返回值（Returns）：
　　返回 write() 函数通过写入串口的字节数

serialEvent()

说明（Description）：
　　函数 serialEvent() 为串口中断事件函数，当串口有数据时被调用。可使用 Serial.read() 函数捕捉数据。
语法（Syntax）：
　　void serialEvent(){
　　　　//statements 任何有效的语句
　　　}

通过上面阶梯性的串口函数介绍，想必大伙也基本掌握了Arduino串口的基本用法。
具体程序实例如下：

/*************************************
*      		串口数据接收打印
*************************************/
int incomingByte = 0;		

void setup()
{
	//设置串口波特率为9600
	Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
	//如果串口缓冲区有数据
	if(Serial.available() > 0)
	{
		//读取串口数据，打印缓冲区数据流
		incomingByte = Serial.read();
		Serial.print(incomingByte);
	}
	
	//打印完所有数据流，打印空格并换行
	Serial.println(" ");
}

或是更简洁的

/*************************************
*      		串口数据接收打印
*************************************/
void setup()
{
	//设置串口波特率为9600
	Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
	//如果串口缓冲区有数据
	if(Serial.available() > 0)
	{
		//打印缓冲区数据流
		Serial.print(Serial.read());
	}
	
	//打印完所有数据流，打印空格并换行
	Serial.println(" ");
}

注意

串口数据的发送主要以print()函数和println函数为主，另外write函数也是串口发送函数，与print和println不同的是write函数将数据流以二进制的形式发送出去。

串口接收字符串

接收串口传过来的字符串，并进行字符串比较，相当于指令识别。
具体编程实例如下：

//新建字符串变量
String order = "";

void setup()
{
	//设置串口波特率115200
	Serial.begin(115200);
}

void loop()
{
	while(Serial.available() > 0)
	{
		//将读取的字符赋值到字符串
		order += (char)(Serial.read());
		//为每个字符读取添加2ms延时，避免丢包
		delay(2);
	}
	//compareTo函数进行字符串比较，字符串相同时返回0
	if(!order.compareTo("open"))
	{
		//do something
		...
		//执行完操作后字符串清零
		order = "";
	}
}