Arduino. Работа с COM-портом

Для связи микроконтроллера с компьютером чаще всего применяют COM-порт. В этой статье мы покажем, как передать команды управления из компьютера и передать данные с контроллера.

Подготовка к работе

Большинство микроконтроллеров обладают множеством портов ввода-вывода. Для связи с ПК наиболее пригоден из них протокол UART. Это протокол последовательной асинхронной передачи данных. Для его преобразования в интерфейс USB на плате есть конвертор USB-RS232 – FT232RL.
Для выполнения примеров их этой статьи вам будет достаточно только Arduino-совместимая плата. Мы используем EduBoard. Убедитесь, что на вашей плате установлен светодиод, подключенный к 13му выводу и есть кнопка для перезагрузки.

Таблица ASCII

Для примера загрузим на плату код, выводящий таблицу ASCII. ASCII представляет собой кодировку для представления десятичных цифр, латинского и национального алфавитов, знаков препинания и управляющих символов.

int symbol = 33;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("ASCII Table ~ Character Map");
}

void loop() {
  Serial.write(symbol);
  Serial.print(", dec: ");
  Serial.print(symbol);
  Serial.print(", hex: ");
  Serial.print(symbol, HEX);
  Serial.print(", oct: ");
  Serial.print(symbol, OCT);
  Serial.print(", bin: ");
  Serial.println(symbol, BIN);
  if(symbol == 126) {
    while(true) {
      continue;
    }
  }
  symbol++;  
}

Переменная symbol хранит код символа. Таблица начинается со значения 33 и заканчивается на 126, поэтому изначально переменной symbol присваивается значение 33.
Для запуска работа порта UART служит функция Serial.begin(). Единственный ее параметр – это скорость. О скорости необходимо договариваться на передающей и приемной стороне заранее, так как протокол передачи асинхронный. В рассматриваемом примере скорость 9600бит/с.
Для записи значения в порт используются три функции:

1. Serial.write() – записывает в порт данные в двоичном виде.
2. Serial.print() может иметь много значений, но все они служат для вывода информации в удобной для человека форме. Например, если информация, указанная как параметр для передачи, выделена кавычками – терминальная программа выведет ее без изменения. Если вы хотите вывести какое-либо значение в определенной системе исчисления, то необходимо добавить служебное слово: BIN-двоичная, OCT – восьмеричная, DEC – десятичная, HEX – шестнадцатеричная. Например, Serial.print(25,HEX).
3. Serial.println() делает то же, что и Serial.print(), но еще переводит строку после вывода информации.

Для проверки работы программы необходимо, чтобы на компьютере была терминальная программа, принимающая данные из COM-порта. В Arduino IDE уже встроена такая. Для ее вызова выберите в меню Сервис->Монитор порта. Окно этой утилиты очень просто:

Монитор порта

Теперь нажмите кнопку перезагрузки. МК перезагрузится и выведет таблицу ASCII:

Таблица ASCII

Обратите внимание на вот эту часть кода:

if(symbol == 126) {
    while(true) {
      continue;
    }
  }

Она останавливает выполнение программы. Если вы ее исключите – таблица будет выводиться бесконечно.
Для закрепления полученных знаний попробуйте написать бесконечный цикл, который будет раз в секунду отправлять в последовательный порт ваше имя. В вывод добавьте номера шагов и не забудьте переводить строку после имени.

Отправка команд с ПК

Прежде чем этим заниматься, необходимо получить представление относительного того, как работает COM-порт.
В первую очередь весь обмен происходит через буфер памяти. То есть когда вы отправляете что-то с ПК устройству, данные помещаются в некоторый специальный раздел памяти. Как только устройство готово – оно вычитывает данные из буфера. Проверить состояние буфера позволяет функция Serial.avaliable(). Эта функция возвращает количество байт в буфере. Чтобы вычитать эти байты необходимо воспользоваться функцией Serial.read(). Рассмотрим работу этих функций на примере:

int val = 0;

void setup() {
        Serial.begin(9600); 
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    val = Serial.read();
    Serial.print("I received: ");
    Serial.write(val);
    Serial.println();
  }
}

После того, как код будет загружен в память микроконтроллера, откройте монитор COM-порта. Введите один символ и нажмите Enter. В поле полученных данных вы увидите: “I received: X”, где вместо X будет введенный вами символ.
Программа бесконечно крутится в основном цикле. В тот момент, когда в порт записывается байт функция Serial.available() принимает значение 1, то есть выполняется условие Serial.available() > 0. Далее функция Serial.read() вычитывает этот байт, тем самым очищая буфер. После чего при помощи уже известных вам функций происходит вывод.
Использование встроенного в Arduino IDE монитора COM-порта имеет некоторые ограничения. При отправке данных из платы в COM-порт вывод можно организовать в произвольном формате. А при отправке из ПК к плате передача символов происходит в соответствии с таблицей ASCII. Это означает, что когда вы вводите, например символ “1”, через COM-порт отправляется в двоичном виде “00110001” (то есть “49” в десятичном виде).
Немного изменим код и проверим это утверждение:

int val = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600); 
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    val = Serial.read();
    Serial.print("I received: ");
    Serial.println(val,BIN);
  }
}

После загрузки, в мониторе порта при отправке “1” вы увидите в ответ: “I received: 110001”. Можете изменить формат вывода и просмотреть, что принимает плата при других символах.

Управление устройством через COM-порт

Очевидно, что по командам с ПК можно управлять любыми функциями микроконтроллера. Загрузите программу, управляющую работой светодиода:

int val = 0;

void setup() {
        Serial.begin(9600); 
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    val = Serial.read();
    if (val=='H') digitalWrite(13,HIGH);
    if (val=='L') digitalWrite(13,LOW);
  }
}

При отправке в COM-порт символа “H” происходит зажигание светодиода на 13ом выводе, а при отправке “L” светодиод будет гаснуть.
Если по результатам приема данных из COM-порта вы хотите, чтобы программа в основном цикле выполняла разные действия, можно выполнять проверку условий в основном цикле. Например:

int val = '0';

void setup() {
        Serial.begin(9600); 
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    val = Serial.read();}
    if (val=='1') {
      digitalWrite(13,HIGH); delay (100);
      digitalWrite(13,LOW); delay (100);
    }
    if (val=='0') {
      digitalWrite(13,HIGH); delay (500);
      digitalWrite(13,LOW); delay (500);
    }
}

Если в мониторе порта отправить значение “1” светодиод будет мигать с частотой 5Гц. Если отправить “0” – частота изменится на 1Гц.

Индивидуальные задания

1. Придумайте три светодиодных эффекта, переключение между которыми можно осуществлять при отправке различных символов с ПК.
2. Напишите программу, мигающую светодиодом с частой, заданной пользователем с ПК.

Остальные статьи цикла можно найти здесь.

Мы будем очень рады, если вы поддержите наш ресурс и посетите магазин наших товаров shop.customelectronics.ru.