碎碎念：
這周的主要工作還是集中于FOC中，因為羨慕稚暉君做出的漂亮Qt面板，因此在利用MATLAB復刻過程中，學習了一下serialport的使用。FOC的GUI部分就在加班加點寫作中啦，同時最近打算開一個新坑，大家可以期待一下哈哈哈。
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目錄
1 串口接收
2 串口發(fā)送
考慮到互聯(lián)網中對MATLAB中最新的serialport的使用案例有些混亂，并且很多都是基于已經被淘汰的serial庫，嚴重缺乏易用性，因此在本文中給出簡單的串口收發(fā)模板，特別是串口回調函數的使用案例。
1 串口接收
串口接收是指，開發(fā)板將數據發(fā)送給電腦，電腦讀取數據并進行數據分析處理的過程。
想弄清楚怎么接收串口的數據，那你首先就需要知道串口的數據是怎么發(fā)送出來的。
試想這樣的應用場景，我的開發(fā)板上安裝了一個溫度傳感器，溫度傳感器采集的數據長度是3字節(jié)（24比特）；我需要將開發(fā)板采集到的溫度信息實時顯示在屏幕上，我需要怎么做？
這其中需要注意的有下面幾點：
- 溫度傳感器是3字節(jié)的，如何確定接收到的某一個字節(jié)位于三個字節(jié)中的哪個位置？
- 實時顯示要求我需要對每次發(fā)送過來的數據做出響應，這種響應需要怎么做？
針對問題1：
其實這也是初學者常遇到的問題，有時候串口發(fā)送的數據就像一個堵不住的水管，完全不知道要怎么處理。
由于串口協(xié)議的限定，導致其每次發(fā)送的只能是一個字節(jié)，對于多字節(jié)的數據【ABC】來說，就只能通過三個字節(jié)【A】、【B】、【C】來發(fā)送，如下圖所示（最左端為最先接收到的字節(jié)）：
這就顯然會遇到問題，在任意一個時刻，我沒辦法確定接收到的數據到底處于【ABC】的哪一個位置；更致命的是，由于物理介質的影響，甚至可能會造成數據的丟失，這就更給數據的接受造成了影響。
如何解決這一問題呢？人們開始想到了“打包”的方式，也可以理解為我們常說的“幀”的概念。只要在每組數據的開頭加一些標志，表示出這是數據的最開始位置不就好了，即為下圖所示（最左端為最先接收到的字節(jié)）：
假設我們設置的這個標志為【FF、FF】，當上位機檢測到連續(xù)的兩個【FF】時，就表示之后的三個字節(jié)分別為【A】、【B】、【C】。
這其實就解決了這個問題1，實現(xiàn)了對一幀中每一個字節(jié)的位置確定。
針對問題2：
解決問題1后，我們當然可以利用順序執(zhí)行的方式，來實現(xiàn)對串口數據的一次讀取以及數據處理。但是如何實現(xiàn)當每一次檢測到特定信號，就調用一次數據處理函數呢？
這就要先理解一下MATLAB中serialportlist的使用邏輯了，整體來說serialportlist是對serial的升級版本（在幫助頁面也有提到），其通過構建SerialObject對象的方式，來實現(xiàn)串口參數的設置以及讀寫。
具體細節(jié)可以參考MATLAB文檔serialport，太全面的參數設置過于冗余，不在本文討論范圍內。這里主要介紹兩個比較重要的概念緩沖區(qū)以及回調函數。
緩沖區(qū)：
在serialport中，緩沖區(qū)是自動存在于SerialObject對象中，但是有時使用時（如本文）不需要針對性設置緩沖區(qū)的大小?？梢岳斫鉃橐粋€長度固定的FIFO隊列，當檢測到特定信號的時候，將串口傳入的每一個字節(jié)的數據，按順序保存在里面，當長度滿了之后，就不再繼續(xù)在里面添加新的數據了。
可能會使用到的函數為
flush(SerialObj)
可以用來清空緩沖區(qū)，常常用在串口對象初始化的時候。
回調函數：
這個是解決問題2的關鍵，回調函數可以理解為一個開關被觸發(fā)后需要進行的操作（或者簡單理解為單片機的中斷處理函數）；我們可以通過SerialObject的對象設置，來設置檢測到什么信號（這個信號是作為一幀的結尾）的時候，執(zhí)行回調函數。
舉個方案A作為例子，我們可以設置檢測到【FF FF】信號的時候，執(zhí)行三個字節(jié)的數據讀取。（盡管不這樣用，后面會說為什么）
如上圖所示，當我們按照上面方案A的方式，設置回調函數的觸發(fā)條件，有什么問題呢？每當檢測到【FF FF】的時候，就會觸發(fā)回調函數。
看似沒問題，但是此時一幀的組合已經從【FF FF A B C】變成了【A B C FF FF】，因為我們提到回調函數敏感的是一幀的結尾。檢測到【FF FF】時，下一個字節(jié)顯然就是【A】。這其實是不規(guī)范的，我們不能理所當然地認為每一幀都是傳輸正確的。
舉個例子：
【 A B C FF FF】【 A B C FF FF】【 A B C FF FF】【 A B C FF FF】【 A B C FF FF】
中間紅色的ABC表示因為數據線接觸不良導致的傳輸錯誤，如果具有固定幀頭的話，或許幀頭也會出現(xiàn)錯誤，從而直接跳過這一幀錯誤的信號【 A B C FF FF】。
因此必須通過固定的幀頭來確定此時傳輸的是否是完整的數據。
這就需要我們進一步對一幀的結構，進行修改了，讓其完整地包含“幀頭”與“幀尾”。在MATLAB中給出了configureTerminator的方法，可以編輯SerialObject需要檢測到的幀尾信號。詳細解釋可以看configureTerminator官方文檔，其中有這樣的介紹：
configureTerminator(t,terminator) defines the terminator for both read and write communications with the remote host specified by the TCP/IP client t. Allowed terminator values are "LF" (default), "CR", "CR/LF", and integer values from 0 to 255. The syntax sets the Terminator property of t.
這里提到，我們可以設置需要檢測幀尾信號為“LF”、“CR”、“CR/LF”或一個0-255的整數（剛好對應了8位無符號數，也就是一字節(jié)）。
按照上面的說明，我們可以對之前的幀進行下圖的修改，加上幀尾（最左端為最先接收到的字節(jié)）：
這樣，我們就可以利用檢測幀尾（橙色部分），來實現(xiàn)對回調函數的調用啦。但是新的疑問又誕生了：我理解0-255的數字怎么發(fā)送，但是這畢竟是單字節(jié)的，會不會造成數據讀取混亂？上文提到的“LF”、“CR”、“CR/LF”這三個又是什么？（這也是困擾了我一段時間的問題）
“LF”、“CR”、“CR/LF”概念解釋：
引用自：CR，LF詳解_Berwyn丶的博客-CSDN博客_cr的16進制
從起源上來說，在計算機還沒有出現(xiàn)之前，有一種叫做電傳打字機（Teletype Model 33，Linux/Unix下的tty概念也來自于此）的玩意，每秒鐘可以打10個字符。但是它有一個問題，就是打完一行換行的時候，要用去0.2秒，正好可以打兩個字符。要是在這0.2秒里面，又有新的字符傳過來，那么這個字符將丟失。
于是，研制人員想了個辦法解決這個問題，就是在每行后面加兩個表示結束的字符。一個叫做“回車”，告訴打字機把打印頭定位在左邊界；另一個叫做“換行”，告訴打字機把紙向下移一行。這就是“換行”和“回車”的來歷，從它們的英語名字上也可以看出一二。
后來，計算機發(fā)明了，這兩個概念也就被般到了計算機上。那時，存儲器很貴，一些科學家認為在每行結尾加兩個字符太浪費了，加一個就可以。于是，就出現(xiàn)了分歧。在不同的系統(tǒng)中，就出現(xiàn)了下面的狀況：
注：這里并不是說在Windows系統(tǒng)中只能使用CR/LF作為幀尾，表格里說的是對應系統(tǒng)本文編輯器中的默認換行符。
系統(tǒng) 符號 名稱 十六進制（ASCII） Linux ’\n’ LF 0x0A Mac ’\r’ CR 0x0D Windows ’\r\n’ CR/LF 【0x0D?0x0A】
是不是感覺豁然開朗？那我們就可以理所當然的將之前的圖改為下面的樣子（最左端為最先接收到的字節(jié)）：
讀到這里，我想讀者朋友們已經逐漸理解了最開始所說的：想弄清楚怎么接收串口的數據，那你首先就需要知道串口的數據是怎么發(fā)送出來的?；叵胍幌挛覀兊乃悸?，因為要實現(xiàn)多字節(jié)讀取，所以需要給一個固定的幀頭用來確定每個字節(jié)的位置；為了提供一個可以激活回調函數的信號，并且不影響幀頭的存在，我們需要添加一個幀尾。結合configureTerminator中的設置信號，我們發(fā)現(xiàn)可以使用“LF”、“CR”、“CR/LF”或者0-255的數字作為幀尾讓回調函數激活，通過查閱原來前面的三個“LF”、“CR”、“CR/LF”說的是換行符的ASCII碼，我們可以使用開發(fā)板讓他們發(fā)出對應的十六進制數據來表示。
至此，我們知道了數據從開發(fā)板上發(fā)送出來時的結構。對比四種幀尾，只有“CR/LF”是兩個字節(jié)的，對于溫度這種未知的數據信號來說，是最穩(wěn)妥的，可以更好的避免出現(xiàn)雷同情況，導致讀取錯誤。
舉個例子：
當我們發(fā)送的數據是：【FF FF A B C 幀尾】。
當幀尾是1字節(jié)很有可能出現(xiàn)【C】與【幀尾】相同的情況，如果【幀尾】是兩字節(jié)，【B C】與之雷同的情況則會概率減小很多。
因此我們選擇在開發(fā)板中按照下圖的方式來發(fā)送數據給上位機（最左端為最先接收到的字節(jié)），這需要先在開發(fā)板中定義好，本文默認讀者已經完成了這部分，如果有需要的話，讀者也可以留言給我，我會單獨出一篇文章進行講解：
那么現(xiàn)在就可以開始激動人心（bushi）的MATLAB編程環(huán)節(jié)啦，基于MATLAB文檔serialport，下面給出一個簡單的模板：
Port_List = serialportlist("available");
SerialObj = serialport("COM7",115200);
configureTerminator(SerialObj,"CR/LF");
flush(SerialObj);
SerialObj.UserData = struct("Data",[]);
configureCallback(SerialObj,"terminator",@readSerialData);
% 回調函數
function readSerialData(src, ~)
data = read(src,7,"uint8");
src.UserData.Data = data;
ShowTemp(src);
end
% 溫度數據處理與展示
function ShowTemp(src)
if(src.UserData.Data(1:2) == [0xFF 0xFF])
Temperature = src.UserData.Data(3)*256*256 + src.UserData.Data(4)*256 + src.UserData.Data(5);
disp(Temperature);
end
end下面對代碼進行一下講解：
Port_List = serialportlist("available");
展示出當前系統(tǒng)中可用的串口列表，與電腦設備管理器中的端口是對應的。
SerialObj = serialport("COM7",115200);利用serialport函數來構造一個串口對象SerialObj，設定對應的端口是COM7端口，波特率是115200。
configureTerminator(SerialObj,"CR/LF");設置需要檢測到的幀尾是"CR/LF"。
flush(SerialObj);清空串口對象的接收緩沖區(qū)。
SerialObj.UserData = struct("Data",[]);通過查看SerialObj對象的屬性，可以看到其中存在一個屬性叫做UserData，可以用來存儲數據，這里我們將其定義為一個結構體，里面自行定義只有一個叫做Data的數據。
configureCallback(SerialObj,"terminator",@readSerialData);指定回調函數，也就是第三個屬性提到的readSerialData函數，表示檢測到幀尾后需要進行的操作?！皌erminator”參數的意思是檢測結束符，讀者只需要修改最后一個參數readSerialData即可。
function readSerialData(src, ~)定義回調函數，src表示自定傳入的對象，因此不需要進行修改。
? ? data = read(src,7,"uint8");read函數表示從串口對象中讀取7字節(jié)的數據，因為是從檢測到結束符后面開始的也就是【FF FF A B C 0D 0A】這7個字節(jié)的內容?！皍int8”表示讀取的是8位無符號數。值得注意的是，這部分還有其他的函數可以使用，例如用來讀取一行字符的readline函數，同樣在MATLAB文檔serialport有明確介紹。
這里其實就可以進一步理解CR/LF之所以是換行符的原因了，從一個換行符讀取到另一個換行符之間，不就是讀取一行（readline）的含義嗎？
? ? src.UserData.Data = data;將讀取到的數據data存儲到對象屬性UserData里面的結構體下的Data中，實現(xiàn)數據的存儲。數據的存儲方式是一個長度為7的數組，可以直接利用索引1-7進行調用。
????ShowTemp(src);
調用數據處理的函數，用來預處理和顯示接收到的數據。
end
function ShowTemp(src)定義數據處理函數
? ? if(src.UserData.Data(1:2) == [0xFF 0xFF])使用if語句，判斷數據頭是否是【FF FF】，確定是否有傳輸錯誤。
? ? ? ? Temperature = src.UserData.Data(3)*256*256 + src.UserData.Data(4)*256 + src.UserData.Data(5);之后的三個字節(jié)是【A B C】，每個是8比特，因此要乘以它們的權值進行計算，獲得原始的數據。
? ? ? ? disp(Temperature);展示當前的數據到控制臺。
? ? end
end
2 串口發(fā)送
串口發(fā)送是指，電腦將需要發(fā)送的數據（一般是指令或者參數設置信息）整合好，發(fā)送給開發(fā)板的過程。
相信有了前面串口接收的基礎，這對大家來說就非常簡單了，在這里，我們還是假設一個應用場景來進行講解，由于很對讀者會使用到GUI進行串口發(fā)送的測試，這里我們就以GUI中的文本輸入框的數據格式為例。
在GUI中，我需要將一個十六進制字符串“FF 01 02 03 04”發(fā)送給開發(fā)板，我需要怎么做？GUI如下圖所示，是“文本區(qū)域”類型的模塊：
這里需要注意下面的問題：
- 如何從GUI中獲取數據（僅限于GUI使用時，如果是腳本文件，則需要按照字符串來進行處理）。
- GUI中獲取到的數據，實際上是cell類型，而不是單純的字符串類型（僅限于GUI使用時，如果是腳本文件，則需要按照字符串來進行處理）。
- 如何將數據進行分割并發(fā)送。
這里由于三個問題相當明確且容易解決，因此我直接給出串口發(fā)送函數write的使用案例：
Port_List = serialportlist("available");
SerialObj = serialport("COM7",115200);
send_data = get(app.TextAreaTabSend, "value");
HEX = hex2dec(strsplit(cell2mat(send_data), " "));
write(app.SerialObject,HEX,"uint8");下面對代碼進行一下講解：
Port_List = serialportlist("available");
展示出當前系統(tǒng)中可用的串口列表，與電腦設備管理器中的端口是對應的。
SerialObj = serialport("COM7",115200);利用serialport函數來構造一個串口對象SerialObj，設定對應的端口是COM7端口，波特率是115200。
send_data = get(app.TextAreaTabSend, "value");從GUI中獲取當前TextArea中的值信息，返回的時cell類型的數據。
HEX ? ? ? = hex2dec(strsplit(cell2mat(send_data), " "));從內層到外層，依次完成cell2mat()將cell類型轉為mat類型；strsplit()將mat類型按照空格進行分割；hex2dec()將字符串視為hex類型的數據轉為十進制進行傳輸。
如果是單純的字符串操作，則換為下面的函數即可：
HEX ? ? ? = hex2dec(strsplit(send_str, " "));
將字符串先進行分割，然后轉為十進制的數組。
注意，這兩種寫法我都是默認，發(fā)送的信息必須每個字節(jié)之間使用空格進行分割處理，因為使用的時write函數，并且是uint8類型。
write(SerialObj ,HEX,"uint8");將數據HEX發(fā)送給SerialObj對象，實現(xiàn)發(fā)送。這里使用的是write函數，其實還有另一個函數writeline，讀者可以參考MATLAB文檔serialport進行查閱。
至此，就完成了全部的數據收發(fā)任務啦，當需要關閉串口時，只需要使用下面的函數，刪除創(chuàng)建的對象即可。
delete(SerialObj); %通過刪除對象來斷開串口最后再提及一下，為什么我都是使用的write以及read的uint8類型呢？一方面我們的應用環(huán)境還是數字的傳輸為主，字符串的傳輸這里并沒有怎么涉及到。另一方面，逐個字節(jié)的收發(fā)，在我看來是更方便理解其中串口協(xié)議原理的，并且ASCII本身就是8位無符號數。
首次嘗試這樣的寫作方式，希望本篇文章能夠給讀者一些幫助，同時由于本人水平有限，如果有一些問題的話，請務必留言指出，我一定虛心接受！文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-417068.html
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到了這里，關于MATLAB ：【11】一文帶你讀懂serialport串口收發(fā)原理與實現(xiàn)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容，請在右上角搜索TOY模板網以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網！
