esp32UART串口外设（Arduino）

news2025/1/19 12:58:20

通用异步接收器/发送器 （UART）

介绍

通用异步接收器/发送器 （UART） 是一种硬件功能，它使用广泛采用的异步串行通信接口（如 RS232、RS422 和 RS485）处理通信（即时序要求和数据成帧）。UART提供了一种广泛采用且廉价的方法，可实现不同设备之间的全双工或半双工数据交换。

ESP32 芯片有 3 个 UART 控制器（也称为端口），每个控制器都具有一组相同的寄存器，以简化编程并提高灵活性。

每个UART控制器都可独立配置波特率、数据位长度、位排序、停止位数、奇偶校验位等参数。所有常规UART控制器都与不同制造商的UART设备兼容，还可以支持红外数据关联（IrDA）协议。

官方手册

功能概述

本文介绍了如何使用 UART 驱动的功能和数据类型在 ESP32 和其他 UART 设备之间建立通信。典型的编程工作流程分为以下几个部分：

  1. 设置通信参数 - 设置波特率、数据位、停止位等。

  2. 设置通信引脚 - 分配用于连接到设备的引脚

  3. 安装驱动程序 - 为 UART 驱动程序分配 ESP32 的资源

  4. 运行 UART 通信 - 发送/接收数据

  5. 使用中断 - 在特定通信事件上触发中断

  6. 删除驱动程序 - 如果不再需要 UART 通信，则释放已分配的资源

步骤 1 至 3 包括配置阶段。第 4 步是 UART 开始运行的地方。步骤 5 和 6 是可选的。

UART 驱动程序的函数使用 标识每个 UART 控制器。以下所有函数调用都需要此标识。

基于Arduino的UART串口概述

ESP32有3个UART串口，分别是UART0，UART1，UART2，其中UART0用于程序下载和信息交互，UART1专门用于Flash的读写

串口的初始化

void HardwareSerial::begin(unsigned long baud, uint32_t config, int8_t rxPin, int8_t txPin, bool invert, unsigned long timeout_ms, uint8_t rxfifo_full_thrhd)
  • unsigned long baud：波特率，表示每秒传输的位数。
  • uint32_t config：配置位，用于设置串口通信的一些选项，如数据位、停止位和奇偶校验等。
  • int8_t rxPin：接收引脚编号，用于连接接收器。
  • int8_t txPin：发送引脚编号，用于连接发射器。
  • bool invert：是否反转输入信号，如果为 true，则在接收时将信号反转。
  • unsigned long timeout_ms：超时时间（毫秒），当没有数据接收或发送时，该函数将等待指定的时间。
  • uint8_t rxfifo_full_thrhd：接收缓冲区满阈值，当接收缓冲区达到此值时，将触发中断。

以下是一个示例代码，演示如何使用 HardwareSerial::begin() 函数进行串口通信的初始化：

#include <HardwareSerial.h>

// 创建硬件串口对象
HardwareSerial mySerial;

void setup() {
  // 初始化串口通信
  mySerial.begin(9600, SERIAL_8N1, RX_PIN, TX_PIN, false, 1000);
}

void loop() {
  // 检查是否有可用的数据
  if (mySerial.available()) {
    // 读取一个字节的数据
    char receivedChar = mySerial.read();
    // 处理接收到的数据
    // ...
  }
}

在Arduino中，还可以使用Serial对象来处理串口通信。默认情况下，Arduino有3个串口对象：Serial, Serial1和Serial2。

  • Serial：默认的串口对象
  • Serial1：第二个串口对象
  • Serial2：第三个串口对象

这些串口对象具有相同的方法和属性，可以用于配置串口通信、发送数据和接收数据等操作。以下是一个简单的示例代码，演示如何使用这些串口对象进行串口通信：

void setup() {
  // 初始化串口通信
  Serial.begin(9600);
  Serial1.begin(9600);
  Serial2.begin(9600);
}

void loop() {

}

串口的打印输出函数

Serial.print("hello world");
Serial.printf("hello world");
Serial.println("hello world");

Serial.print()、Serial.println()和Serial.printf()函数在Arduino编程中都被用于向串口输出数据，但它们之间存在一些主要的区别：

  1. Serial.print()：这个函数会将参数转换为字符串并打印到串口，参数之间不会自动添加分隔符或换行符。
  2. Serial.println()：此函数除了具有Serial.print()的功能外，还会在输出的末尾自动添加一个换行符。如果参数是字符串、数组或数字，则会将其转换为字符串然后输出。此外，当传入的参数是单个字符时，该函数还会输出该字符的ASCII编码值和一个换行符。
  3. Serial.printf()：这个函数与C语言中的printf()函数类似，允许你使用格式化字符串来指定输出数据的格式。与前两者不同，Serial.printf()会将格式化后的字符串直接发送到串口，而不是逐个字符地打印。
void setup() {
  // 初始化串口通信
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 使用Serial.print()函数打印数据
  Serial.print("Hello, ");
  Serial.print("World!");
  
  // 使用Serial.println()函数打印数据
  Serial.println("Hello, World!");	//有回车换行
  Serial.println();	//回车换行
  Serial.println(14,HEX);	//以16进制打印输出数值14
  
  // 使用Serial.printf()函数打印数据
  int dat= 15;
  Serial.printf("Sensor Value: %d", dat);
}

串口的单字发送与接收

串口写单个字节
void Serial.write(uint8_t byte)
  • uint8_t byte:串口待发送的字节数据

在Arduino中使用Serial.write()函数来向串口写入单个字节示例：

void setup() {
  // 打开串口
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 要发送的字节数据
  byte data = 'A';

  // 将字节数据写入串口
  Serial.write(data);

  // 延时一段时间，以便观察输出结果
  delay(1000);
}
检测串口数据接收长度并读取串口缓冲区数据
int Serial.available()
int Serial.read()
  • Serial.available()函数。该函数返回可用的字节数，即从串口缓冲区中可以读取的数据长度。
  • Serial.read()函数。该函数从串口缓冲区中读取一个字节的数据，并将其作为整数返回。

示例：

void setup() {
  // 打开串口
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 检查是否有可用数据
  int availableBytes = Serial.available();

  // 如果有可用数据，则读取并处理
  if (availableBytes > 0) {
    // 读取数据
    char receivedData = Serial.read();

    // 处理数据（例如打印到串口监视器）
    Serial.print("Received data: ");
    Serial.println(receivedData);
  }
}

Serial.available()函数用于检测串口缓冲区中可用的字节数。如果返回值大于0，表示有可用数据，然后使用Serial.read()函数读取一个字节的数据，并进行相应的处理。

串口多字节发送与接收

串口写多个字节
size_t write(const char * buffer, size_t size)
  • buffer:要发送的字节数组指针
  • size:数组的长度
  • 函数的返回值是写入的字节数

Serial.write() 函数发送多个字节数组示例：

#include <Arduino.h>

void setup() {
  // 初始化串口通信
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 定义要发送的字节数组
  byte data[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
  
  // 获取字节数组的长度
  int length = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
  
  // 通过串口发送字节数组
  Serial.write(data, length);
  
  // 延时一段时间，以便观察输出结果
  delay(1000);
}
串口读多个字节
size_t HardwareSerial::read(uint8_t *buffer, size_t size)
  • buffer 读取数据保存的数据缓冲区
  • size 将要读取的数据长度，单位为字节

要通过串口读取多个字节，可以使用Serial.available()函数来检查可用的字节数，然后使用Serial.read(buffer, size)函数读取多个字节。以下是一个示例代码：

#include <Arduino.h>

void setup() {
  // 初始化串口通信
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {

    // 创建字节数组来存储读取到的字节
    byte receivedData[64];

    delay(10);

    // 读取可用的字节数
    int  numBytes = Serial.available();

    // 逐个读取字节并存储到字节数组中
    Serial.read(receivedData,numBytes);
    // 处理接收到的数据
    //pas
  }
}

实训项目案例

1.单字节数据接收处理在发送

功能要求是接收通过串口（Serial）发送的数据，并将接收到的每个字节数据加1后重新发送回去。
代码：

#include <Arduino.h>

void setup() {
  Serial.begin(115200);
 
}

void loop() {
  unsigned char dat;
  if(Serial.available()>0){
    dat=Serial.read();
    dat++;
    Serial.write(dat);
  }
}

效果：
在串口助手中发送1接收到2
在这里插入图片描述

2.多字节数据接收处理在发送

功能要求接收数据，并发送字符串的大小和字符串

代码：

#include <Arduino.h>

void setup() {
  // 初始化串口通信
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {

    // 创建字节数组来存储读取到的字节
    byte receivedData[64];

    delay(10);

    // 读取可用的字节数
    int  numBytes = Serial.available();

    // 逐个读取字节并存储到字节数组中
    Serial.read(receivedData,numBytes);
    // 处理接收到的数据（这里只是简单地打印出来）
    Serial.printf("Received len:%d",numBytes);
    Serial.println();
    Serial.print("Received data: ");
    Serial.write(receivedData, numBytes);
    Serial.println();
    Serial.print("-----------------------");
    Serial.println();
  }
}

效果：
在这里插入图片描述

3.串口字节命令控制灯光开关

#include <Arduino.h>
#define d2 2

void setup() {
    //初始化灯光
    pinMode(d2,OUTPUT);
    //初始化UART
    Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  //灯光的控制
  if(Serial.available()>0)
  {
    uint8_t cmd=0;
    cmd=Serial.read();
    switch(cmd)
    {
        case 0xA1:
            digitalWrite(d2,HIGH);
            Serial.println("d2 is ON!");
            break;
        case 0xA2:
            digitalWrite(d2,LOW);
            Serial.println("d2 is OFF!");
            break;
        default:
            Serial.println("输入命令错误");
    }
  }
}

在这里插入图片描述
发送A1,d2被点亮

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