【单片机入门】(三)应用层软件开发的单片机学习之路-----UART串口通讯和c#交互...

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作者:陈显达

原文标题:【单片机入门】(三)应用层软件开发的单片机学习之路-----UART串口通讯和c#交互

原文链接:https://www.cnblogs.com/1996-Chinese-Chen/p/16826558.html

引言

在第一章博客中,我们讲了Arduino对Esp32的一个环境配置,以及了解到了常用的一个总线通讯协议,其中有SPI,IIC,UART等,今天我为大家带来UART串口通讯和c#串口进行通讯的一个案例,以及什么是中断,中断的作用和实践,话不多说,让我们正式开始。

UART

在第一篇博客中,我们讲了UART是需要一个接收一个发送的引脚,总共两个,分别是TXD(发送引脚),RXD(接收引脚),不管是什么类型的单片机串口引脚都是这两个,可能有的是少了最后面的那个D,但是都是一样的东西,在ESP32的开发板上,是有三对UART的引脚的,也就是说板子上有三个串口可以供我们使用,如下图,Serial0对应的引脚为1和3,Serial1对应的引脚为9和10,Serial2对应的引脚为16和17,但是在我们烧录的时候,1和3是不能使用的,因为我们通过USB将单片机连接到电脑上,使用的串口引脚就是1和3,所以我们可使用串口只有两个,而Arduino IDE上面,对应的Serial也有四个静态类,分别是Serial,Serial1和Serial2以及Serial3。虽然他的数量和我们ESP32的串口数量是一样,但是只有第一个可以使用,后面两个我们是无法使用的,因为后面两个对应的引脚和我们ESP32的引脚是不相同的,我们可以从下面第二个图看到,Serial1,Serial2的 PINS是和我们ESP32的引脚是对不上的,所以我们在串口开发的时候是不使用这两个,对于第一个Serial我们是可以使用的。

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我们如果需要使用ESP32的串口开发,在ESP的开发包里,官方给我们提供了一个HardwareSerial的一个串口库,里面我们可以使用开发板上面的串口,同时将引脚指定为我们引脚图上面的引脚。这个库的位置为我们Arduino IDE目录下的hardware/espressif/esp32/cores/esp32可以找到这个库,这个文件夹下包含了一些ESP32的官方库;使用这个HardwareSerial.h文件我们可以实现使用ESP32开发板上面的串口进行开发,接下来我们在代码中去了解他如何使用。

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编码

在下面的代码中,我们开始了一个简单的一个串口通讯,在代码第一行,是和c语言一样引入我们需要的库文件,然后在第二行,定义了HardwareSerial这个类的一个MySerial1对象,里面的构造函数的值是1代表着,我们将使用第一个串口,在下面的setup里面,我们开始启动了MySerial1这个串口对象,启动的波特率是9600,数据长度是8,校验位是NONE,停止位是1,以及串口的rx的引脚是16,tx的引脚为17。在下一行代码,我们传入了一个我们下方定义的receiveEvent的一个方法,这个方法用来接收串口接收数据的一个回调,将我们这个方法指针传入进去,在串口接收到数据之后,会进入到我们这个方法中。

最后一行代码,我们是启用了第0个串口,波特率是9600。

可能上面的代码有朋友就有疑惑了,明明16和17在引脚图中定义的串口是2,为什么这里定义的是1呢,实际上这个我们可以自己修改这个串口的定义和引脚,这个构造函数传入的参数取值范围为0,1,2,对应的是我们开发板上的三个UART串口,在begin哪里传入的引脚和这个0,1,2是没有任何关系的,但是这个传入的引脚必须是开发板上三个UART串口之一,所以我们也可以定义为MySerial2.begin(9600,SERIAL_8N1,10,9);这里的0,1,2仅对应有三对串口,不指定对应的引脚,在begin方法我们指定对应的串口的引脚。

在下面的接收到串口消息的回调中,我们第一行代码调用了available这个方法,这个方法返回的是一个int参数,当然了我们这块也可以写available()>0,也是可以的,这个方法是从串口缓存中读取我们接收到的数据长度,这个条件成立,说明我们是有接收到数据,然后在里面我们开始去读取数据。

在所有的Serial都是及程序Arduino的一个Stream的一个基础类,这个类提供了一些我们对数据处理的一个方法,所以在下面的代码中,我们将读取的数据转为字符串,然后将代码延迟暂停了一秒,随后,我们使用我们的串口对象,将接收到的数据写入缓冲区,缓冲区会把我们写入的数据,在发送出去,即将println里面传入的参数发送到我们的串口发送方,谁发的数据,谁就会收到"i am receive!!"+str。

#include <HardwareSerial.h>
HardwareSerial MySerial1(1);
void setup() {// put your setup code here, to run once:MySerial1.begin(9600,SERIAL_8N1,16,17);MySerial1.onReceive(receiveEvent);Serial.begin(9600);
}void loop() {}
void receiveEvent()
{if(MySerial1.available()){String str= MySerial1.readString(); delay(1000);MySerial1.println("i am receive!!"+str);}delay(1000);
}

Stream包括了以下方法,其中继承Stream的分别为串口,IIC通讯的Wire,SD卡的一个类,以及用于网络连接的Ethernet类,都可以使用这些方法用来对数据进行操作。

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c#编码

C#方面的代码则简单很多,界面一个开启串口的按钮,一个发送数据的按钮和文本框,以及用来接收数据显示的文本框。

在代码中我们开启了串口,指定了打开的是哪一个串口,一些属性是需要和ESP32那边设置一样的,在上面我们设置波特率为9600,数据为是8,停止位是1,校验位是NONE,所以在c#这边我们也需要这样设置,不过校验位默认是NONE的,所以此处我们没有设置,然后开启串口,注册了一个接收到数据的一个回调,然后定义一个1024的字节数组,从串口读取数据,返回读取的数据长度,然后在对刚才定义的1024字节数组进行截取,然后通过UTF-8的格式转为字符串,然后显示到界面上的富文本框中,在发送按钮事件中,我们从输入框读取数据转为字节数组,然后将数据写入到串口中去即可。

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public partial class Form1 : Form{private SerialPort serialPort = new SerialPort("COM6");public Form1(){InitializeComponent();}private async void button1_Click(object sender, EventArgs e){serialPort.BaudRate = 9600;serialPort.StopBits = StopBits.One;serialPort.DataBits = 8;serialPort.Open();serialPort.DataReceived += (a, b) => {var serial = a as SerialPort;var data = new byte[1024];var res=serial.Read(data,0, data.Length);data = data[..res];string st = Encoding.UTF8.GetString(data); BeginInvoke(() => { richTextBox1.Text += st; });};}private void button2_Click(object sender, EventArgs e){var str = Encoding.UTF8.GetBytes(textBox1.Text);serialPort.Write(str, 0, str.Length);}}

接线图

在此处的实例,我们需要准备一个USB转TTL的模块,四根母对母的杜邦线,在程序烧录之后,我们需要将使用杜邦线让USB转TTL模块和单片机进行连接,VCC或者5V接单片机的5V引脚,USB转TTL的GND和单片机的GND相接,然后USB转TTL的rxd引脚和单片机17引脚相接,txd引脚和单片机的16引脚相接,如下图所示接线,5v不可和gnd接反,否则可能会烧坏模块,确认接线无误后,将USB转TTL模块插入电脑中,然后代码中运行c#程序,电机开启串口,随后发送数据,可以接收到单片机的反馈。

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结语

串口通讯是物联网中,必不可少的一种通讯方式,通常情况下都是RX接TX,TX接RX,除非是模块厂商的规定,否则都是这样接线,在后面的课程中,我会依次对IIC,以及PWM,还有SPI,以及中断单独做一个讲解,欢迎大家关注,学习和探讨,我会将我所知道的都会分享,同时,后面也会有STM32系列的教程。如果有感兴趣的朋友,可以加QQ群一起来讨论822084696。

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