串口是单片机中一种重要的数据通讯接口，本期我们就来学习一下Arduino的串口基础操作。首先我们来了解一下Arduino开发板的串口资源。在UNO及NANO板上，只有一组串口(Serial0)，这个串口通过一个转换芯片(ATmega8、ATmega32、CH340、CP2102等)可以连接到电脑的USB口，也就是我们用来下载程序的接口，在板上引出的引脚中，也可以不通过转换芯片，这个主要用于与其他串口设备(电子模块或其它单片机)通讯。而在mega2560板上，则有4组串口：Serial0- Serial3，其中Serial0连接了转换芯片用于与电脑USB接口连接，其余三组则是直接从芯片引脚引出。

发送数据

下面来看看第一个例程：串口发送字符串"Hello world!"到电脑。

在初始化函数中，执行了启动串口的函数，并且设置了串口的波特率为115200(即每秒传输115200个二进制位，注意：进行串口通讯的设备波特率必须一致)。在主循环中，不断地发送字符串"Hello world!"，每发送一次等待1秒。下面是ArduinoIDE串口监视器接收到的内容：

如果将输出函数改为Serial.println()，则在串口监视器中看到：

第二个例程，串口输出数字0-9，每个数字之间显示一个空格，每次输出数字9之后则换行，重新输出0-9。

串口监视器显示内容：

现在我们来思考一个问题，在上面例程中串口输出引用了变量"i"的值，那么，电脑收到的是"i"的真实值吗？比如当i=8时，电脑收到的是"8"这个值吗？为了验证这个问题，我们将程序改一下，只输出0-2三个值，并且不加空格，不换行，然后换用串口调试助手来观察收到的数据。

先用ArduinoIDE的串口监视器查看：

从监视器中看到，按预订的显示了"012"，没有空格及换行，接着，看看串口调试助手"十六进制显示"得到的内容：

注意上图中"红框"位置，勾选了"十六进制显示"，如果不选这个选项则看到结果与ArduinoIDE串口监视器的一样。从串口调试助手中我们看到，实际收到的是十六进制的"0x30,0x31,0x32"，它们对应的十进制值应为"48,49,50"，并不是其本身的值(十进制"0,1,2"的十六进制值应为：0x00,0x01,0x02)，这实际就是"0,1,2"三个字符对应的ASCII码，也就是说Serial.print()及Serial.println()实际是将放入的变量及字符串以ASCII码的形式发送，这是因为在屏幕上显示一个值，如"0"，需要提供的是"0"对应的ASCII码，而如果将"0"的值发过去，显示的将不是零。加下来，我们再改进一下程序，将Serial.print()换成Serial.write()，然后连续发送"0,1,2"的实际值及"0,1,2"对应的ASCII码"0x30,0x31,0x32"，然后看看串口调试助手的显示内容。

串口调试助手十六进制显示：

关闭十六进制显示：

从上面的试验，我们可以看到，Serial.print()、Serial.println()与Serial.write()的区别，前两个是发送的ASCII码，而后面这个才是发送变量的值本身。接下来，我们再改写程序，用Serial.write()实现输出"Hello world!"。

以上给出了两个例程，注意Serial.write()的两种用法，下面是串口调试助手在"十六进制显示"关闭和开启两种状态下的显示结果：

下面附上从"百度百科"下载的ASCII码对照表，以供大家参考：

通过上面例程的学习，我们应该能够灵活地掌握Serial.print()、Serial.println()与Serial.write()的特点及用法。Serial.println()输出时实际上是在Serial.print()的基础上增加了"0x0d,0x0a"的输出，或者也可以用Serial.print("")来实现回车换行，另外Serial.println()输出单变量时还可以用ArduinoIDE自带的"串口绘图仪"打印该变量的变化曲线。而Serial.write()常用于串口双机或多机通讯，传递变量实际值用于控制或计算时用，这一点是很重要的，比如某个传感器的实际测量值要通过串口传输，则一般直接传递器实测值，而不是ASCII码，这个将在进阶课程的"串口双机+多机通讯中"中详细讲解。

接收数据

上面我们学习了串口发送，现在来学习一下串口的接收。当串口发送数据时，数据是从TX引脚一位一位地发送出去的，而接收数据时则是从RX引脚一位一位的接收进来，每传输完成一个字节，就会做相应的处理，这个处理是在串口中断中进行，Arduino库的处理方法是在存储空间中分配了一个64字节的串口数据缓存空间(通过修改库文件可以修改缓存区大小)，当接收一个字节的数据后，就会把它存放到该存储空间中，下一个到来的字节数据跟在上一个字节的后面，当存储空间"装满"后，则最先收到的字节数据会被"挤出"，即满足"先进先出"的顺序，当我们读取数据时，也是按照这个顺序。

当接收到数据后，我们可以通过函数Serial.available()查看缓存区内的字节数，然后用Serial.read()读取数据，要注意的是这个函数一次只能读取一个字节，当接收到多个字节数据时就要反复调用这个函数读取数据，另外：这个函数在读取一个字节后则该字节的数据便从缓存区中清除。如果只读取，而不清除可以用Serial.peek()。读取数据，我们可以用"主动查询"的方法，也可以使用"触发事件"的方法。主动查询即不管缓存区有没有数据，都在固定的时刻去查看缓存区；而触发事件方式则是当缓存区内有数据时，触发一个"事件"，这个可以粗略地理解为一个中断，然后在一个处理函数中去读取数据，这个处理函数的函数名是固定的即：serialEvent()。这个方法的优点在于我们不用每次都去查看缓存区，这样可以提高程序的效率。下面我们以"触发事件"的方式来做一个试验，当串口接收到到字符"k"时则打开板上13号引脚连接的LED，当收到字符"g"时则关闭该LED，如果收到其他字符则串口输出"Input error code!"。

将上述代码下载到开发板中，打开ArduinoIDE的串口监视器，在该界面的最上方输入字符k，点击"发送"，则板上由13号引脚控制的LED点亮；然后输入字符g并发送，则LED关闭；如果输入其他字符，则在监视器的接收区显示"Input error code!"。

上述代码在UNO、NANO、MEGA2560中都适用，而在MEGA2560板中，如果要使用其他串口，如串口1，则在基本的函名中"Serial"的后面加上串口编号即可，例如启动串口1：Serial1.begin(115200)(其编号为0-3,0省略不写)，而相应的串口事件函数名为：serialEvent1()。

另外，当串口与一些设备通讯，需要特定的数据位、停止位、奇偶校验时，可以参考下表的值进行配置：

配置的方法如下，例如设置为数据位8，偶校验，两个停止位：

Serial.begin(115200 , SERIAL_8E2);

在默认情况下，即缺省第二个参数时，串口工作于"SERIAL_8N1"的模式下。

关于串口通讯的基础内容就讲到这里。关于串口发送接收的协议制定、多机通讯将在进阶课程中详细讲解。欢迎关注、在评论区留言讨论。