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（8）軟串口與SoftwareSerial庫使用
在第六節(jié)中我們提到了，如果我們Arduino開發(fā)板的0、1號引腳接線了，即硬件串口被占用了，想給Arduino下載程序，就需要先將0、1號引腳的線拔掉再下載，程序下載好以后才能接回去。
這樣操作確實是有點麻煩，所以這節(jié)我們來學(xué)習(xí)軟串口的使用，給Arduino開發(fā)板人為添加一個串口，以解決串口占用問題。
什么是軟串口：
在Arduino平臺上，軟件串口（軟串口）是通過軟件模擬UART通信的方法，軟串口在使用上跟硬串口一樣，只不過用兩個數(shù)字IO口代替RX、TX，以此來解決串口不夠用的問題。
| Arduino系列 | 可用作軟串口的引腳 |
|---|---|
| Arduino Uno | 除了0(RX)和1(TX)引腳外的任何引腳 |
| Arduino Mega | 幾乎所有引腳，但是建議避開用于其他功能的特定引腳，如10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK) |
| Arduino Nano | 除了0(RX)和1(TX)外的任何引腳 |
| Arduino Leonardo | 幾乎任何引腳，包括多個模擬引腳 |
| Arduino Due | 所有數(shù)字引腳和模擬引腳 |
| Arduino Micro | 幾乎任何引腳，包括多個模擬引腳 |
常用的軟串口庫：
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SoftwareSerial: 這是Arduino IDE自帶的軟件串口庫，也是最常用的軟軟件串口解決方案之一。它允許用戶選擇任何數(shù)字引腳來模擬串口通信。然而，這個庫有一定的限制，比如不能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，以及在高波特率下可能不夠穩(wěn)定。
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AltSoftSerial: 這個庫相對于SoftwareSerial來說，在特定的引腳上提供了更高的性能和穩(wěn)定性，但是它限定了可以用作軟串口的引腳。它使用定時器來實現(xiàn)更準(zhǔn)確的時間控制，因此在高速通信時比SoftwareSerial表現(xiàn)得更好，但這也意味著它會占用特定的定時器資源。
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NeoSWSerial: 是另一種軟件串口解決方案，它旨在解決SoftwareSerial的一些性能問題，特別是在高波特率上。它比SoftwareSerial占用更少的資源，并且可以在數(shù)據(jù)發(fā)送的同時接收數(shù)據(jù)。
以下是一個表格，總結(jié)了SoftwareSerial庫、AltSoftSerial庫和NewSoftSerial庫的主要區(qū)別：
| 特性/庫 | SoftwareSerial | AltSoftSerial | NewSoftSerial |
|---|---|---|---|
| 支持的硬件平臺和芯片型號 | Arduino Uno、Mega等基于ATmega328P和ATmega2560芯片的開發(fā)板 | 包括ATtiny、ATmega、SAM3X8E等 | 支持更多開發(fā)板和芯片，包括ESP8266、ESP32、ATtiny等 |
| 可用的IO口數(shù)量和頻率 | 兩個IO口（RX和TX），最高115200bps | 多個IO口，最高31250bps | 多個IO口，最高38400bps |
| 穩(wěn)定性和可靠性 | 在高速通信時可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或錯位 | 相對穩(wěn)定可靠 | 相對穩(wěn)定可靠 |
| 使用的方法和API | 方法和API比較類似于傳統(tǒng)的Serial庫 | 有自己獨特的API和使用方法 | 方法和API比較類似于SoftwareSerial庫 |
總的來說，我們初學(xué)會用SoftwareSerial庫就夠啦，但一定要注意！
SoftwareSerial庫最高只能支持兩個IO口（RX和TX），也就是最多只能額外跟一個設(shè)備串口通信。
最多只能額外跟一個設(shè)備串口通信。！
最多只能額外跟一個設(shè)備串口通信。！
最多只能額外跟一個設(shè)備串口通信。！
這個很重要，也就是說即使我們使用了SoftwareSerial庫，算上Arduino UNO自帶的硬件串口，也只能同時跟兩個設(shè)備串口通信。
如果你需要跟更多設(shè)備通信，建議直接用Arduino Mega2560（后面會再介紹，它有四個硬件串口），或者使用NewSoftSerial庫（后面也會教大家）。
SoftwareSerial庫使用示例：
首先下載相應(yīng)的庫文件： SoftwareSerial庫，下載庫的方法參考（5）最新版Arduino IDE第三方庫安裝
以arduino uno r3開發(fā)板為例，應(yīng)用代碼如下：
#include <SoftwareSerial.h> //引用庫文件
SoftwareSerial Serial1(2, 3); // 定義軟串口RX為2, TX為3和軟串口對象Serial1
//其它操作就跟正常串口函數(shù)一樣了
//這些是常用的串口函數(shù)：
Serial1.begin(9600);
Serial1.read();
Serial1.write();
Serial1.available();
Serial1.print();
這里注意大家可以將軟串口定義為Serial1、Serial2、Serial3這樣，因為Arduino Mega2560的硬件串口就是這樣命名的，方便我們項目移植，將Arduino UNO的代碼轉(zhuǎn)移到Arduino Mega2560上，操作也很簡單，只用刪除掉這兩行代碼，然后換一下接線就行啦。
#include <SoftwareSerial.h> //引用庫文件
SoftwareSerial Serial1(2, 3); // 定義軟串口RX為2, TX為3和軟串口對象Serial1
以咱們深海王國APP系列的BLE低功耗藍(lán)牙為例，進(jìn)行軟串口接線如下：
| Arduino | BLE藍(lán)牙模塊 |
|---|---|
| 2 (RX) | TX |
| 3 (TX) | RX |
| 3.3V | 3.3V |
| GND | GND |
串口函數(shù)介紹：
-
Serial.begin(9600);函數(shù)用于初始化串行通信，并設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸速率（波特率）。在這個例子中，波特率被設(shè)置為9600比特/秒。 -
Serial.read();函數(shù)用于從串行緩沖區(qū)讀取接收到的第一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后該數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)中刪除。如果緩沖區(qū)為空（即沒有數(shù)據(jù)可讀），這個函數(shù)將返回-1。該函數(shù)主要用于從另一設(shè)備接收數(shù)據(jù)。 -
Serial.write();函數(shù)用于通過串行端口發(fā)送數(shù)據(jù)。它可以發(fā)送一個字節(jié)或一串字節(jié)（例如，一個字符串）。該函數(shù)返回寫入的字節(jié)數(shù)。例如，Serial1.write(‘A’);會發(fā)送字符’A’，而Serial1.write(“Hello, world”);會發(fā)送一個字符串。 -
Serial.available();函數(shù)用于查詢串行緩沖區(qū)中可讀取的字節(jié)數(shù)，即檢查有多少個字節(jié)的數(shù)據(jù)可被read()函數(shù)讀取。在執(zhí)行讀取操作前檢查這個值非常有用，可避免在沒有數(shù)據(jù)可讀取時去讀取，從而降低出錯的風(fēng)險。 -
Serial.print();函數(shù)用于發(fā)送數(shù)據(jù)到串行端口，以ASCII字符形式。它可以發(fā)送多種類型的數(shù)據(jù)，包括數(shù)字、字符串和字符。例如，Serial.print(“Hello”);會將"Hello"字符串發(fā)送至串行端口。Serial.print(123);會將數(shù)字123以其對應(yīng)的ASCII字符序列發(fā)送出去。不同于write()函數(shù)，print()在發(fā)送數(shù)字時會將其轉(zhuǎn)換為可讀的文本形式而不是原始的二進(jìn)制或字節(jié)值。
今天的學(xué)習(xí)到這里就差不多啦，下節(jié)我們還會再了解一些做串口通訊時常見的問題，看到這里的你辛苦啦，加油?(ˊ?ˋ)??。
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