使用串口进行调试的基本技巧

Arduino IDE相比Visual C++ 6.0等开发环境在调试支持上显得非常简陋,而调试是编程必备技能,不会调试,编程就变为了低效的“试误”,同时也失去了深入理解一些程序运行细节的机会。
在Arduino编程中,利用串口输出一些程序运行过程的信息,是调试和监控程序运行的最基本手段。
Arduino的Serial库中,可用于输出的方法主要有write()println()print(),后两者的区别只是println()在输出之后自动加一个换行,下次输出的位置从下一行开始。
write()的用法如下:

  1. Serial.write(val)val可为整型或字符型变量,在串口监视器中输出val对应ASCII码的字符,如val=65,则串口监视器输出大写字母A。若val的值超出了ASCII码范围,或者对应到如“回车”(ASCII码为13)这样的不可打印字符,则会在串口监视器中看到乱码或无显示。
  2. Serial.write("string"),在程序中需要原样输出一些字符串的时候,可以用这种方式。

综上,write()可接受字符型和整型参数,但输出将自动转化为字符形式。

由于编程调试时,我们所监控的一些变量,很多是整型(如循环变量),我们希望直接在串口监视器中看到它们的值(而非对应的ASCII字符),这种情况下用write()就不那么方便了。

相比write()print()println()的优势就在于方便直接输出整型数据。

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

}

void loop() 
{
    int c=1; //定义一个整型变量(模拟调试过程中要监视的变量)

    Serial.write("Serial.write() output:");
    Serial.write(c);  //以write方式输出测试
    Serial.println(); //换行
    Serial.write("Serial.println() output:");
    Serial.println(c); //以println方式输出测试

   delay(1000);
}

上面这个示例代码的运行结果如下:

上述代码输出结果

我们可以看到,由于write()输出的是变量c的值(1)对应ASCII码,由于这是个非可见字符,所以在串口监视器中表现为空白,而println()是直接输出变量c的值,因而我们看到了“1”。
此外,println()还支持第二个参数,可以指定输出的数制。可用的参数包括DEC(十进制)、HEX(十六进制)、OCT(八进制)和BIN(二进制)。

小结:调试过程中,需要监控的变量为字符类型并且希望以字符的形式观察变量,可用write(),如果希望以数值(整型)的形式观察变量,则用println()

小试牛刀

Arduino的串口监视器不仅能够输出,还能够接受输入。在有些情况下,为了方便程序识别输入数据的结束,可以在输入序列之后添加“结束符”。串口监视器下方有这样一个关于结束符的选项:分别是没有结束符换行符回车符NL和CR(换行和回车符),它们有什么区别呢? 我们可以用println()来检测一下:

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

}

void loop() {
    char c;  
    if(Serial.available())  {
    c=Serial.read(); //读取串口监视器中输入的数据
    Serial.println(c, DEC); //将读取数据的ASCII码以十进制的形式显示
    }
   delay(1000);
}

运行这段代码,分别在串口监视器中输入一个字符A,然后设置不同的结束符,看到println()显示的接收字符的数量及ASCII码的不同。

无结束符.png
回车符.png
换行符.png
回车加换行符.png

其中,第一个数65,是‘A’的ASCII码。在设置了结束符后,10是换行符(‘\n’)的ASCII码,13是回车符('\r')的ASCII码。

因为Serial.read()这个操作,每执行一次,就从串行通信接收缓冲区中读取一个字节的数据,因为这个操作放在了loop()函数中,所以就会自动读取下一个字符,直到所有数据读取完毕,即Serial.available()==0

这就提示我们,如果是在循环结构中读取串口数据,要特别注意输入时有没有自动添加结束符,最好在代码中进行判断,以此来达到不管用户有没有添加结束符,都能够正确运行的目的。

利用上面这个代码,我们还可以做另外一个实验:有时候我们做串口输入的时候,不写if ( Serial.available() )直接用Serial.read()似乎也能得到正确结果,那么是否还要“多此一举”呢?
我们可以把if ( Serial.available() )这个if结构注释掉,然后运行程序看看。这时你会发现,没有了这个判断,不管串行通信缓冲区中有没有收到数据,程序都会去读,在没有数据的情况下,“读到”的当然是非法数据。所以,为了程序的可靠性,在做串口读操作的时候,还是要加上if ( Serial.available() )这个结构的。另外,Serial.available()能够返回当前从串口输入数据的字节数,这对于我们判断输入的情况及“读取前几个字节”这种需求是非常有用的。

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