Arduino IDE: Монитор порта

Введение

Приветствую всех, сегодня хочу рассказать вам о небольшой подпрограмме или утилите, кому как удобней, под названием «Монитор порта». Если вы уже знакомы с Arduino IDE то вы не раз с ней сталкивались и догадались о чем пойдет речь. Но не торопитесь уходить, вам точно будет что прочесть, так как мы пройдемся от основ до полного разбора ее работы.

И так, «Монитор порта» это небольшая подпрограмма Arduino IDE, предназначенная для приёма-передачи данных из-в Arduino. Ввиду того, что Arduino IDE не имеет никаких средств отладки скетчей, это единственное средство проверить все ли работает верно, и так как надо.

Состоит подпрограмма из одной формы, при запуске, Arduino IDE передает ей номер COM-порта, с которым она должна работать, после чего она пытается с ним соединиться и в случае успеха, начинает прослушивать и выводить на экран всю полученную информацию.

Саму форму «Монитора порта» можно разбить на три части: верхняя, центральная и нижняя.

1. В верхней части расположено поле ввода, в которое пользователь может вписать те данные, которые он хочет отправить в Arduino.  Это может быть как текст, так и цифры (подробнее о формате передачи я расскажу чуть ниже). По кнопке «Отправить» как вы уже догадались, подпрограмма отправляет введённые данные в COM-порт и далее в Arduino.
2. В центральной же части расположено текстовое поле, в которое выводиться вся информация, полученная из COM-порта, т.е. то, что было отправлено из Arduino.
3. В нижней части формы, расположены дополнительные настройки, а именно:

• «Автопрокрутка» - Удобна в том случае, когда вы хотите видеть всегда свежую информацию, полученную из Arduino. Центральная часть автоматически пролистывается в самый низ поля.
• «Постфикс» - Выпадающий список, в котором можно выбрать один из вариантов постфикса, т.е. когда вы нажимаете кнопку «Отправить» в верхней части формы, к данным которые вы ввели в поле, будут добавлены еще несколько байт, какие читайте ниже.
• «Скорость» - Выпадающий список, в котором необходимо выбрать скорость передачи данных в бодах.

В целом, форма не сложная, элементов на ней мало, запутаться сложно. На этом с описанием мы закончим и начнем подробный разбор.

Передача данных из Arduino в «Монитор порта»

Начнем мы с Arduino.

Для того чтобы передать данные из Arduino в «Монитор порта» необходимо в функции setup() проинициализировать класс Serial вызвав его метод begin попутно передав скорость и настройки COM-порта.

Синтаксис.

Serial.begin(скорость, настройки);

• Где скорость - это скорость передачи данных бод в секунду.
• В настройках (не обязательный параметр) же указывается, сколько информационных бит в байте, а также количество стоповых бит и добавлять ли бит четности. По умолчанию если не передать настройки (а они нам не нужны в 99.9% случаев), класс Serial возьмёт стандартные настройки, а именно:

1. Количество информационных бит в байте – 8.
2. Количество стоповых бит – 1.
3. Бит четности – Без бита четности.

Что такое стартовый бит, информационный бит, бит четности, почему скорость измеряется в бодах, я расскажу вам в другой статье, иначе переварить такой большой объём информации, а статья получиться не маленькая, будет не просто. Сейчас же мы будем пользоваться стандартными настройками, где скорость равна 9600 бод в секунду, а настройки Arduino будет выбирать автоматически.

Итого у нас получилось следующее:

void setup() 
{
  // Инициализируем (запускаем) класс Serial вызывая его метод begin указывая скорость 9600 бод в секунду.
  Serial.begin(9600);
}

После того как все готово, отправить данные можно используя методы print и println того же класса Serial. 

void loop()
{
  // Отправляем «Hellow World!».
  Serial.print("Hellow World!"); 
  // Отправляем «Hellow World!» включая спецсимволы, означающие переход на новую строку.
  Serial.println("Hellow World!"); 
  // Спим одну секунду.
  delay(1000);
}

Таким образом,  в мониторе порта мы будем видеть строку, состоящую из двух «Hellow World!» каждую секунду (см. фото выше).

Класс Serial содержит и другие методы для работы с монитором порта, но, как правило, методов print и println достаточно в большинстве случаев.

Получение данных отправленных из «Монитора порта» в Arduino

Теперь мы попробуем получить команды, отправленные из монитора порта в Arduino и использовать их, например, для включения или выключения светодиода.

Поможет нам с этим все тот же класс Serial и его метод readString.

И так по команде «HIGH» мы будем включать светодиод, а по команде «LOW» будем выключать.

Для того чтобы отправить команду, необходимо в поле расположенном в верхней части формы набрать текст, и нажать кнопку «Отправить». Получать команды мы будем при помощи упомянутого метода readString.

Итого у Вас должно получиться следующее.

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop()
{
  // Получаем команды на включение-выключение светодиода на 13 порту.
  String str = Serial.readString();
  // Если команда «HIGH» то включаем светодиод.
  if (str == "HIGH") digitalWrite(13, HIGH);
  // Если команда «LOW» то выключаем светодиод. 
  if (str == "LOW") digitalWrite(13, LOW);
  // Спим 1 секунду.
  delay(1000);
}

Вот так, без особых мучений можно создать N-е количество команд и обрабатывать их в Arduino.

Ну а далее о формате передачи данных.

Формат передачи данных

Напоследок, мы поговорим о том, в каком же виде происходит обмен информацией между «Монитором порта» и Arduino. Не смотря на то, какие данные вы передаете из Arduino в монитор порта, все они конвертируются в строку формата ASCII (см. таблицу), то же самое происходит и при отправке данных из монитора порта в Arduino. Т.е. отправив число десять, вы на самом деле отправляете не число, а строку, состоящую из двух символов, символ единицы и символ нуля.

К примеру, отправив один байт равный 128, на самом деле монитор порта получит три байта.

• Байт 49 – Символ единицы в кодировке ASCII.
• Байт 50 – Символ двойки.
• Байт 56 – Символ восьмерки.

При выполнении метода println мы получим и вовсе 5 байт. Где первые три будут описанные выше, а два дополнительных это байт CR (13) и LF(10), означающие перевод на новую строку.

Посмотрев таблицу символов ASCII, многие заметят, что в ней присутствует символы только латиницы, в следствии чего отправив к примеру "Привет мир!", в мониторе порта мы  получим какие то кракозябры. Пользуясь случаем хочу прорекламировать альтернативный монитор порта, написанный авторами портала, который понимает не только надписи на Русском, но и на других языках.

И вот теперь прочтя все, что я тут написал, наконец, можно рассказать что такое «Постфикс», выпадающий список в нижней части монитора порта.

Постфикс это байт или байты, в зависимости от того какой пункт вы выбрали, которые будут добавлены к данным которые вы ввели в поле для отправки.

Например, написав в поле для отправки число 128 и нажав на кнопку «Отправить» мы получим следующее:

• В постфиксе выбрано «Нет конца строки» - Монитор порта отправит только то что было введено в поле для отправки, не добавляя ничего.
• В постфиксе выбрано «NL (Новая строка)» - Монитор порта отправит то, что было введено в поле для отправки, и добавит байт LF (10).
• В постфиксе выбрано «CR (Возврат каретки)» - Монитор порта отправит то, что было введено в поле для отправки, и добавит байт CR (10).
• В постфиксе выбрано «NL & CR» - Монитор порта отправит то, что было введено в поле для отправки, и добавит два байт CR (13) и LF (10).

На этом все. Пишите в комментариях, что вам не понятно, и в новых статьях мы попробуем расписать это более подробно.

Ну а следующая статья будет о том, как написать свой монитор порта на Delphi.

Успехов вам и удачи.