【單片機入門】(三)應用層軟件開發的單片機學習之路—–UART串口通訊和c#交互
引言
在第一章博客中，我們講了Arduino對Esp32的一個環境配置，以及了解到了常用的一個總線通訊協議，其中有SPI,IIC,UART等，今天我為大家帶來UART串口通訊和c#串口進行通訊的一個案例，以及什麼是中斷，中斷的作用和實踐，話不多說，讓我們正式開始。
UART
在第一篇博客中，我們講了UART是需要一個接收一個發送的引腳，總共兩個，分別是TXD(發送引腳),RXD(接收引腳)，不管是什麼類型的單片機串口引腳都是這兩個，可能有的是少了最後面的那個D，但是都是一樣的東西，在ESP32的開發板上，是有三對UART的引腳的，也就是說板子上有三個串口可以供我們使用，如下圖，Serial0對應的引腳為1和3，Serial1對應的引腳為9和10，Serial2對應的引腳為16和17，但是在我們燒錄的時候，1和3是不能使用的，因為我們通過USB將單片機連接到電腦上，使用的串口引腳就是1和3，所以我們可使用串口只有兩個，而Arduino IDE上面，對應的Serial也有四個靜態類，分別是Serial，Serial1和Serial2以及Serial3。雖然他的數量和我們ESP32的串口數量是一樣，但是只有第一個可以使用，後面兩個我們是無法使用的，因為後面兩個對應的引腳和我們ESP32的引腳是不相同的，我們可以從下面第二個圖看到，Serial1，Serial2的 PINS是和我們ESP32的引腳是對不上的，所以我們在串口開發的時候是不使用這兩個，對於第一個Serial我們是可以使用的。
我們如果需要使用ESP32的串口開發，在ESP的開發包里，官方給我們提供了一個HardwareSerial的一個串口庫，裏面我們可以使用開發板上面的串口，同時將引腳指定為我們引腳圖上面的引腳。這個庫的位置為我們Arduino IDE目錄下的hardware/espressif/esp32/cores/esp32可以找到這個庫，這個文件夾下包含了一些ESP32的官方庫；使用這個HardwareSerial.h文件我們可以實現使用ESP32開發板上面的串口進行開發，接下來我們在代碼中去了解他如何使用。
編碼
在下面的代碼中，我們開始了一個簡單的一個串口通訊，在代碼第一行，是和c語言一樣引入我們需要的庫文件，然後在第二行，定義了HardwareSerial這個類的一個MySerial1對象，裏面的構造函數的值是1代表着，我們將使用第一個串口，在下面的setup裏面，我們開始啟動了MySerial1這個串口對象，啟動的波特率是9600，數據長度是8，校驗位是NONE，停止位是1，以及串口的rx的引腳是16，tx的引腳為17。在下一行代碼，我們傳入了一個我們下方定義的receiveEvent的一個方法，這個方法用來接收串口接收數據的一個回調，將我們這個方法指針傳入進去，在串口接收到數據之後，會進入到我們這個方法中。
最後一行代碼，我們是啟用了第0個串口，波特率是9600。
可能上面的代碼有朋友就有疑惑了，明明16和17在引腳圖中定義的串口是2，為什麼這裡定義的是1呢，實際上這個我們可以自己修改這個串口的定義和引腳，這個構造函數傳入的參數取值範圍為0，1，2，對應的是我們開發板上的三個UART串口，在begin哪裡傳入的引腳和這個0，1，2是沒有任何關係的，但是這個傳入的引腳必須是開發板上三個UART串口之一，所以我們也可以定義為MySerial2.begin(9600,SERIAL_8N1,10,9);這裡的0，1，2僅對應有三對串口，不指定對應的引腳，在begin方法我們指定對應的串口的引腳。
在下面的接收到串口消息的回調中，我們第一行代碼調用了available這個方法，這個方法返回的是一個int參數，當然了我們這塊也可以寫available()>0，也是可以的，這個方法是從串口緩存中讀取我們接收到的數據長度，這個條件成立，說明我們是有接收到數據，然後在裏面我們開始去讀取數據。
在所有的Serial都是及程序Arduino的一個Stream的一個基礎類，這個類提供了一些我們對數據處理的一個方法，所以在下面的代碼中，我們將讀取的數據轉為字符串，然後將代碼延遲暫停了一秒，隨後，我們使用我們的串口對象，將接收到的數據寫入緩衝區，緩衝區會把我們寫入的數據，在發送出去，即將println裏面傳入的參數發送到我們的串口發送方，誰發的數據，誰就會收到”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，其中繼承Stream的分別為串口，IIC通訊的Wire，SD卡的一個類，以及用於網絡連接的Ethernet類，都可以使用這些方法用來對數據進行操作。
c#編碼
C#方面的代碼則簡單很多，界面一個開啟串口的按鈕，一個發送數據的按鈕和文本框，以及用來接收數據顯示的文本框。
在代碼中我們開啟了串口，指定了打開的是哪一個串口，一些屬性是需要和ESP32那邊設置一樣的，在上面我們設置波特率為9600，數據為是8，停止位是1，校驗位是NONE，所以在c#這邊我們也需要這樣設置，不過校驗位默認是NONE的，所以此處我們沒有設置，然後開啟串口，註冊了一個接收到數據的一個回調，然後定義一個1024的位元組數組，從串口讀取數據，返回讀取的數據長度，然後在對剛才定義的1024位元組數組進行截取，然後通過UTF-8的格式轉為字符串，然後顯示到界面上的富文本框中，在發送按鈕事件中，我們從輸入框讀取數據轉為位元組數組，然後將數據寫入到串口中去即可。
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);
}
}
接線圖
在此處的實例，我們需要準備一個USB轉TTL的模塊，四根母對母的杜邦線，在程序燒錄之後，我們需要將使用杜邦線讓USB轉TTL模塊和單片機進行連接，VCC或者5V接單片機的5V引腳，USB轉TTL的GND和單片機的GND相接，然後USB轉TTL的rxd引腳和單片機17引腳相接，txd引腳和單片機的16引腳相接，如下圖所示接線，5v不可和gnd接反，否則可能會燒壞模塊，確認接線無誤後，將USB轉TTL模塊插入電腦中，然後代碼中運行c#程序，電機開啟串口，隨後發送數據，可以接收到單片機的反饋。
結語
串口通訊是物聯網中，必不可少的一種通訊方式，通常情況下都是RX接TX，TX接RX，除非是模塊廠商的規定，否則都是這樣接線，在後面的課程中，我會依次對IIC，以及PWM,還有SPI，以及中斷單獨做一個講解，歡迎大家關注，學習和探討，我會將我所知道的都會分享，同時，後面也會有STM32系列的教程。如果有感興趣的朋友，可以加QQ群一起來討論822084696。
