【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

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。

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。

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。

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。

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。

      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);
        }
    }       

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。

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。