Arduino中Serial.print()与Serial.write()函数的区别，以及串口通信中十六进制与字符串的收发格式问题和转换过程详解
1、串口通信中十六进制和字符数据的区别
串口收发数据时字符、十六进制、二进制格式详细区分
ASCII码查询表格
在使用串口发送数据时可以选择字符串（ASCII）发送或者十六进制（Hex）发送，通常情况下我们习惯选用字符串发送数据。
在计算机中，数据是以二进制的形式存储的，串口发送的数据，本质上来讲，就是 0 和 1 这样的二进制，但是在编译时，可能使用16进制进行表示。
对于 ASCII码（字符），其本质上也是二进制数据，可以使用16进制表示，可以使用10进制表示，也可以使用字符表示。在串口通讯过程中，是以16进制进行表示，以二进制进行传输的。（即先将字符转化为ASCII码，然后转化为十六进制表示，最后用对应的二进制数进行传输）
下面来对比不同的收发格式：
（1）十六进制：由于 1 位⼗六进制数位宽为 4bits ，那么 2 位十六进制数占有⼀个字节的位宽，所以当以16进制格式收发时，每个字节发送或者接收2位十六进制数， 举个例子 ，当以16进制格式发送⼀组数据 ‘’ 0F3C781A ‘’ 时 , 每个字节对应的数据如下：
| 发送数据 | 0x0F | 0x3C | 0x78 | 0x1A |
|---|---|---|---|---|
| 字节数 | 1 | 2 | 3 | 4 |
由于计算机传输数据都是以二进制数进行传输的，参照十六进制收发格式的原理 ，每位⼆进制数位宽为 1bit ，那么串⼝每个字节可以传输 8 位⼆进制数，那么，在传输数据 ''0F3C781A ‘’ 时 ，每个字节对应的数据即为上表中十六进制数对应的⼆进制数。
| 发送数据 | 0000 1111 | 0011 1100 | 0111 1000 | 0001 1010 |
|---|---|---|---|---|
| 字节数 | 1 | 2 | 3 | 4 |
（2）字符：串⼝在以字符格式收发数据时 ，因为每个字符在 ASCII 码表中对应成⼆进制码都是8bit 宽的⼆进制数 ，正好为⼀个字节，所以默认先将该字符转换为对应的⼆进制数然后发送，相当于每个字节发送⼀个字符。
串⼝接收端如果是⼆进制格式，那么将直接显示；
如果为十六进制，即显示该字符在ASCII码表中对应的2位⼗六进制数 ；
如果串⼝接收端以字符格式显示的话即将接收到的⼆进制数按照 ASCII 码表再转换为对应的字符 (该字符与发送的字符相同) 然后显示。
| 字符 | 0 | F | 3 | C | 7 | 8 | 1 | A |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 对应的16进制数 | 0x30 | 0x46 | 0x33 | 0x43 | 0x37 | 0x38 | 0x31 | 0x41 |
| 对应的2进制数 | 0011_0000 | 0100_0110 | 0011_0011 | 0100_0011 | 0011_0111 | 0011_1000 | 0011_0001 | 0100_0001 |
那么以字符格式发送该段数据后，分别以字符格式、16进制、⼆进制格式接收到的数据为：
| 接收字节数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 接收字符 | 0 | F | 3 | C | 7 | 8 | 1 | A |
| 接收6进制数 | 0x30 | 0x46 | 0x33 | 0x43 | 0x37 | 0x38 | 0x31 | 0x41 |
| 接收2进制数 | 0011_0000 | 0100_0110 | 0011_0011 | 0100_0011 | 0011_0111 | 0011_1000 | 0011_0001 | 0100_0001 |
总结：
其实在串口收发数据时，不同的数据格式只是数据的一个表现形式，最重要的是要将收发端对数据的解析协议统一。
在发送数据时，我们通常使用字符串的格式来记录数据的，如果接收端要求是字符串格式，那么发送数据直接发送即可（自动将字符对应的ASCII码转换成8位二进制数发送）；
如果接收端要求是十六进制格式，比如发送0x0F3C781A，我们在发送端用字符串格式保存即为 “0x0F3C781A”，此时我们需要手动将这段字符串转换成对应的十六进制数然后发送，确保接收端收到的数据就是 0000 1111 0011 1100 0111 1000 0001 1010，即0x0F3C781A，而不是以字符发送的二进制格式 0011_0000 0100_0110 0011_0011 0100_0011 0011_0111 0011_1000 0011_0001 0100_0001。
举例：
CR和LF 起源于机械打字机时代。
CR（Carriage Return）表示回车，使光标到行首，用符号\r表示，十进制ASCII代码是13，十六进制代码为0x0D；
LF（Line Feed）表示换行，使光标下移一格，使用\n符号表示，ASCII代码是10，十六制为0x0A。
Dos和Windows采用回车+换行（CR+LF，\r\n）表示下一行 而UNIX/Linux采用换行符（LF，\n）表示下一行
苹果机(MAC OS系统)则采用回车符（CR，\r）表示下一行
2、Arduino中Serial.print()与Serial.write()函数的区别
首先需要知道：
Serial.print() 发送的是字符，
Serial.write() 发送的字节。
在发送不同类型的数据时存在不一样的区别：
1、发送十进制的数据
void setup() {Serial.begin(9600);int i = 97;Serial.print(i);delay(50);Serial.write(i);
}
- 用Serial.print() 发送的过程
十进制 int 97 —— 转化为字符型数据 char 9、和char 7—— 发送 9 和 7 的ASCII码 （00111001 00110111），对应十六进制数为 39 37.
若串口监视器以ASCII格式接收，则直接显示 97；
若以十六进制Hex格式接收，则显示39 37。
- 用Serial.write() 发送的过程
十进制 int 97 —— Serial.write() 发送十进制数 97 对应的ASCII码 (二进制10010111)
若串口监视器以ASCII格式接收，则显示 a；
若以十六进制Hex格式接收，则显示61。
ASCII: 97a
Hex: 39 37 61
2、发送十六进制的数据
void setup() {Serial.begin(9600);int i = 0x7A;Serial.print(i);delay(50);Serial.write(i);
}
- 用Serial.print() 发送的过程
十六进制 int 0x7A —— 默认转换为十进制 122 —— 转化为字符型数据 ‘1’ ‘2’ ‘2’—— Serial.print() 发送 ‘1’ ‘2’ ‘2’ 的ASCII码 （00110001 00110010 00110010），对应十六进制数为 31 32 32.
若串口监视器以ASCII格式接收，则直接显示 122；
若以十六进制Hex格式接收，则显示 31 32 32。
- 用Serial.write() 发送的过程
十六进制 int 0x7A —— Serial.write() 发送十六进制数 0x7A 对应的ASCII码 (二进制01111010)
若串口监视器以ASCII格式接收，则显示 z；
若以十六进制Hex格式接收，则显示 7A。
ASCII: 122z
Hex: 31 32 32 7A
3、发送二进制的数据
void setup() {Serial.begin(9600);int i = B01101101;Serial.print(i);delay(50);Serial.write(i);
}
- 用Serial.print() 发送的过程*
二进制 int B01101101 —— 默认转换为十进制 109 —— 转化为字符型数据 ‘1’ ‘0’ ‘9’—— Serial.print() 发送 ‘1’ ‘0’ ‘9’ 的ASCII码 （00110001 00110000 00111001），对应十六进制数为 31 30 39.
若串口监视器以ASCII格式接收，则直接显示 109；
若以十六进制Hex格式接收，则显示 31 30 39。
- 用Serial.write() 发送的过程
二进制 int B01101101 —— Serial.write() 发送二进制数 0xB01101101 对应的ASCII码 (十六进制为6D)
若串口监视器以ASCII格式接收，则显示 m；
若以十六进制Hex格式接收，则显示 6D。
ASCII: 109m
Hex: 31 30 39 6D
4、发送字符型数据时没有区别
void setup() {Serial.begin(9600);char i[] = "char";Serial.print(i);delay(50);Serial.write(i);
}
- 用Serial.print() 发送的过程
字符串 “char” —— Serial.print() 发送 ‘c’ ‘h’ ‘a’ ‘r’ 的ASCII码 （01100011 01101000 01100001 01110010），对应十六进制数为 63 68 61 72.
若串口监视器以ASCII格式接收，则显示 char；
若以十六进制Hex格式接收，则显示 63 68 61 72。
- 用Serial.write() 发送的过程
字符串 “char” —— Serial.write() 发送 ‘c’ ‘h’ ‘a’ ‘r’ 字符对应的ASCII码 （01100011 01101000 01100001 01110010），对应十六进制数为 63 68 61 72.
若串口监视器以ASCII格式接收，则显示 char；
若以十六进制Hex格式接收，则显示 63 68 61 72。
ASCII: charchar
Hex: 63 68 61 72 63 68 61 72
总结一下，
Serial.print() 发送的是字符，
Serial.write() 发送的字节。
也就是说，
Serial.print() 会经过 其他进制数 -> 默认十进制数 -> 字符的类型转换，最后发送多个字符对应的ASCII码的二进制数据，一个字符对应一个字节（8位）。
此外，Serial.print(val, format)还能通过设置 format 将 数字val 转换为指定进制类型进行发送；Serial.print(val) 等效于Serial.print(val, DEC)。
Serial.write() 则不经过转换，直接发送不同类型数据对应的ASCII码的二进制数据。
3、十六进制接收 以及字符串到十六进制数的转换
- 1、发送端的数据格式为十六进制数
void setup() {Serial.begin(9600);unsigned long i = 0x30315A7A; // 4字节，32位char ByteSend[4] = {0}; // 也可以是 int ByteSend[4] = {0};ByteSend[0] = (i >> 24) & 0xFF; // 0x30，右移后 与操作，得到一个字节（8位）ByteSend[1] = (i >> 16) & 0xFF; // 0x31ByteSend[2] = (i >> 8) & 0xFF; // 0x5AByteSend[3] = i & 0xFF; // 0x7Afor(int n = 0; n < 4; ++n){Serial.write(ByteSend[n]); // 发送一个字节（十六进制数对应的ASCII码）delay(50);}
}
| 十六进制接收 | 30 | 31 | 5A | 7A |
|---|---|---|---|---|
| 实际传输数据 | 00110000 | 00110001 | 01011010 | 01111010 |
| ASCII对应字符 | 0 | 1 | Z | z |
- 2、发送端的数据格式为表示十六进制数的字符串
void setup() {Serial.begin(9600);char i[] = "30315A7A";Serial.write(i); // 与 Serial.print(i) 等效
}
若想以上代码一样，直接以字符串格式进行发送，ASCII 对应字符串虽然为 “30315A7A”，但是十六进制数却完全不同，而且传输了8个字节的数据（比十六进制多一倍），内容对比如下：
| 实际传输数据 | 00110011 | 00101111 | 00110011 | 00110001 | 00110101 | 01000001 | 00110111 | 01000001 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 十六进制接收 | 33 | 30 | 33 | 31 | 35 | 41 | 37 | 41 |
| ASCII对应字符 | 3 | 0 | 3 | 1 | 5 | A | 7 | A |
因此，需要先将字符串转换为十六进制数，再通过串口以字节形式进行发送。
// StrToHex 将字符串转化为对应的十六进制数， pbDest为传出参数， pbSrc为待转换字符串， nLen为字符串长度的一半
// 实质就是以两个字符作为一个字节的高低位，找到这个字节代表的十六进制数在ASCII码中对应的一个字符
void StrToHex(char *pbDest, char *pbSrc, int nLen)
{char h1,h2;unsigned char s1,s2;int i;for (i=0; i<nLen; i++){h1 = pbSrc[2*i]; // 一个字节高四位h2 = pbSrc[2*i+1]; // 一个字节低四位s1 = toupper(h1) - 0x30; // toupper(h1) 转换为大写字母，数字时则不变if (s1 > 9) s1 -= 7; // h1非数字, ASCII中 9至A中间隔了7个符号s2 = toupper(h2) - 0x30;if (s2 > 9) s2 -= 7;pbDest[i] = s1*16 + s2;// 对于"30", s1=3, s2=0, s1*16+s2 = 48 = 0x30 = '0'// 对于"5A", h1=0x35, h2=0x41, s1=5, s2=10, s1*16+s2 = 90 = 0x5A = 'Z'}
}
void setup() {Serial.begin(9600);char i[9] = "30315A7A";char out[4] = {0};memset(out, 0 ,sizeof(out));StrToHex(out, i, 4); // 字符串到十六进制"30315A7A" -> "01Zz"for(int n = 0; n < sizeof(out); ++n){Serial.write(out[n]);}// 以上过程等效于 Serial.print("01Zz");Serial.print("01Zz");
}
StrToHex 将字符串转化为对应的十六进制数， pbDest为传出参数， pbSrc为待转换字符串， nLen为字符串长度的一半。
实质就是以两个字符作为一个字节的高低位，找到这个字节代表的十六进制数在ASCII码中对应的一个字符；
对于 “30” ,
h1 = 0x33 = ‘3’, h2 = 0x30 = ‘0’,
s1 = 3 = 0x3, s2 = 0 = 0x0,
s1 * 16 + s2 = 48 = 0x30 = ‘0’
对于 “5A”,
h1 = 0x35 = ‘5’, h2 = 0x41 = ‘A’,
s1 = 0x35 - 0x30 = 5 = 0x5, s2= 0x41 - 0x30 - 7 = 10 = 0xA, （ASCII中 9 至 A 中间隔了7个符号）
s1 * 16 + s2 = 90 = 0x5A = ‘Z’.
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