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Arduino - 通讯

Created: October-07, 2018

已经定义了数百种通信协议来实现数据交换。可以把协议分为两类：并行或串行。

并行通信

Arduino 和外围设备之间通过输入/输出端口的并行连接是短距离达数米的理想解决方案。但是，在其他情况下，当需要在两个设备之间建立更长距离的通信时，不可能使用并行连接。并行接口同时传输多个位。它们通常需要数据总线 - 通过 8，16 或更多线路传输。数据以 1 和 0 来传输。

并行通信

并行通信的优点和缺点

并行通信当然有其优点。它比串行，简单，相对容易实现更快。但是，它需要许多输入/输出（I/O）端口和线路。如果你曾经不得不将项目从基本的 Arduino Uno 移动到 Mega，你就会知道微处理器上的 I/O 线可能很少而且很珍贵。因此，我们更喜欢串行通信，牺牲引脚空间的潜在速度。

串行通信

今天，大多数 Arduino 板都是用几种不同的串行通信系统构建的标准设备。

使用以下哪些系统取决于以下因素 -

  • 微控制器有多少设备与之交换数据？
  • 数据交换的速度有多快？
  • 这些设备之间的距离是多少？
  • 是否有必要同时发送和接收数据？

有关串行通信的最重要的事情之一是协议，应严格遵守。它是一组规则，必须应用这些规则，以便设备可以正确地解释它们相互交换的数据。幸运的是，Arduino 会自动处理这个问题，因此程序员/用户的工作简化为简单的写入（要发送的数据）和读取（接收的数据）。

串行通信的类型

串行通信可进一步分类为 -

  • 同步 - 同步的设备使用相同的时钟，它们的时序彼此同步。

  • 异步 - 异步设备有自己的时钟，由前一个状态的输出触发。

很容易找出设备是否同步。如果为所有连接的设备提供相同的时钟，则它们是同步的。如果没有时钟线，则它是异步的。

例如，UART（通用异步接收器发送器）模块是异步的。

异步串行协议有许多内置规则。这些规则只不过是有助于确保稳健且无差错的数据传输的机制。我们为避开外部时钟信号而采用的这些机制是 -

  • 同步位
  • 数据位
  • 奇偶校验位
  • 波特率

同步位

同步位是与每个数据包一起传送的两个或三个特殊位。它们是起始位和停止位。与它们的名称相对应，这些位分别标记数​据包的开头和结尾。

始终只有一个起始位，但停止位的数量可配置为一个或两个（尽管通常保留为一个）。

起始位始终由从 1 到 0 的空闲数据线指示，而停止位将通过将该行保持为 1 而转换回空闲状态。

同步位

数据位

每个数据包中的数据量可以设置为 5 到 9 位的任何大小。当然，标准数据大小是你的基本 8 位字节，但其他大小有其用途。7 位数据包可以比 8 更有效，特别是如果你只是传输 7 位 ASCII 字符。

奇偶校验位

用户可以选择是否应该存在奇偶校验位，如果是，则奇偶校验应该是奇数还是偶数。如果数据位中的 1 的数量是偶数，则奇偶校验位为 0。奇数的校验恰恰相反。

波特率

术语波特率用于表示每秒传输的位数[bps]。请注意，它指的是位，而不是字节。协议通常要求每个字节与几个控制位一起传输。这意味着串行数据流中的一个字节可能包含 11 位。例如，如果波特率为 300 bps，那么每秒最多可传输 37 个字节和最少传输 27 个字节。

Arduino UART

以下代码将使 Arduino 在启动时发送 hello world。

void setup() {
   Serial.begin(9600); //set up serial library baud rate to 9600
   Serial.println("hello world"); //print hello world
}

void loop() {

}

将 Arduino 草图上传到 Arduino 后，打开 搜索 Arduino IDE 右上角的串行监视器。

在串行监视器的顶部框中键入任何内容，然后按键盘上的 send 或 enter 键。这将向 Arduino 发送一系列字节。

以下代码返回它输入接收的内容。

以下代码将使 Arduino 根据提供的输入提供输出。

void setup() {
   Serial.begin(9600); //set up serial library baud rate to 9600
}

void loop() {
   if(Serial.available()) //if number of bytes (characters) available for reading from { 
      serial port
      Serial.print("I received:"); //print I received
      Serial.write(Serial.read()); //send what you read
   }
}

请注意， Serial.print 和 Serial.println 将发回实际的 ASCII 代码，而 Serial.write 将发回实际的文本。有关更多信息，请参阅 ASCII 代码。