UART（universal asynchronous receiver transmitter）是通用异步收发器的缩写，一般称为串口。UART有两根数据线：发送（TXD）和接送（RXD），如图8-2所示。UART通信一般采用一对一的通信方式。通信一方的TXD连接另一方的RXD，一方的RXD连接另一方的TXD，两个线可以实现同时收／发数据，这称为全双工。UART也可以采用一对多的通信方式，这里就不做介绍了。
在第3章中我们已经接触到串口的基本用法，通过LaunchPad上的USB接口与计算机进行串口通信。除此之外，还可以使用串口引脚连接其他的串口设备进行通信。
MSP430G2 LaunchPad使用MSP430G2553控制器，只有一组串行端口，即P1.1（TXD）和P1.2（RXD）。
1）UART串口工作原理
在LaunchPad与其他器件通信的过程中，数据传输实际上都是以数字信号（即电平的高低变化）的形式进行的，串口通信也是如此。当使用Serial.print（）函数输出数据时，LaunchPad的发送端（TXD）会输出一连串的数字信号，这一连串的数字信号被称为数据帧（data frame）。
例如，当使用Serial.print（‘a‘）语句发送数据时，实际发送的数据帧格式如图8-3所示。
图8-3 UART数据帧格式
UART通信协议的数据帧首先是一个起始位，然后是7～8位可选的数据位、0～1位可选的地址判断位、0～1位可选的奇偶检验位和1～2位可选的高电平停止位。
（1）起始位。起始位是高电平到低电平的下降沿触发的，是一组数据帧开始传输的信号。
（2）数据位。数据位是一个数据包，其中承载了实际发送数据的数据段。当LaunchPad通过串口发送一个数据时，实际的数据可能不是8位，比如，标准的ASCII码是7位（0～127），而扩展的ASCII码则是8位（0～255）。如果数据使用标准ASCII码，那么每个数据包将使用7位数据。LaunchPad默认使用8位数据位。
（3）地址位。0表示前面7～8位传输的是数据，1表示前面7～8位传输的是地址，这对于一主机多个从机通信是有用的。对于1对1的连接方式是没有用的，可以省略。
（4）校验位。检验位是串口通信中一种简单的检错方式。可以设置为偶检验或者奇校验。也可以没有校验位。默认无检验位。
（5）停止位。每段数据帧的最后都有1～2位停止位（高电平），表示该段数据帧传输结束。默认是1位停止位。
当串口通信速率比较高或者外部干扰较大时，可能会出现数据丢失的情况。为了保证数据传输的稳定性，最简单的方式就是降低通信波特率或增加停止位和校验位。
2）HardwareSerial类库成员函数
Energia提供了一个HardwareSerial类，我们一直在使用的Serial是预先定义好的HardwareSerial类的一个对象。该类定义了很多成员函数。
（1）available（）函数。
功能：获取串口接收到的数据个数，即获取串口接收缓存区中的字节数。接收缓存区默认情况下最多可以保存64 B的数据。
语法：Serial.available（）。
参数：无。
返回值：可读取的字节数。
（2）begin（）。
语法：Serial.begin（speed）。
参数：speed，波特率。
返回值：无。
（3）end（）。
功能：结束串口通信，释放该串口占用的数字引脚，使它们可以作为普通数据引脚使用。
语法：Serial.end（）。
参数：无。
返回值：无。
（4）find（）。
功能：从串口缓存区读取数据，直至读到指定的字符串。
语法：Serial.find（target）。
参数：target，需要搜索的字符串或字符。
返回值：boolean型值，为true表示找到，为false表示没有找到。
（5）find Until（）。
功能：从串口缓存区读取数据，直至读到指定的字符串或指定的停止符。
语法：Serial.find Until（target，terminal）。
参数：target，需要搜索的字符串或字符；terminal，停止符。
返回值：boolean型值，true表示找到，false表示没有找到。
（6）flush（）。
功能：清空输入缓存区的内容。
语法：Serial.flush（）。
参数：无。
返回值：无。
（7）parseFloat（）。
功能：从串口缓存区返回第一个有效的float类型数据。
语法：Serial.parseFloat（）。
参数：无。
返回值：float类型数据。
（8）parseInt（）。
功能：从串口缓存区返回第一个有效的int类型数据。
语法：Serial.parseInt（）。
参数：无。
返回值：int类型数据。
（9）peek（）。
功能：从串口缓存区返回1字节的数据，但不会从接送缓存区删除该数据。
语法：Serial.peek（）。
参数：无。
返回值：返回接收缓存区的第1字节的数据；如果没有可读数据，则返回-1。
（10）print（）。
功能：将数据输出到串口。数据以ASCII码形式输出。如果想以字节形式输出数据，则需要使用write（）函数。
语法：Serial.print（val）；(www.xing528.com)
Serial.print（val，format）。
参数：val，需要输出的数据；
format，分两种情况：①输出的进制形式，包括BIN（二进制）、DEC（十进制）、OCT（八进制）、HEX（十六进制）；②指定输出的float类型数据带有小数点的位数（默认为2位）。
返回值：输出的字节数。
（11）println（）。其使用方式和print（）函数相同，这里就不再展开。区别在于println（）函数将数据输出到串口之后，还接着输出回车换行符。
（12）read（）。
功能：从串口读取数据。与peek（）函数不同，read（）函数每读取1字符后，就会从接收缓存区移除该字节。
语法：Serial.read（）。
参数：无。
返回值：返回接收缓存区的第1字节的数据；如果没有可读数据，则返回-1。
（13）readBytes（）。
功能：从接收缓存区读取指定长度的字符，并将其存入一个数组中。若等待数据时间超过设定的超时时间，则退出该函数。
语法：Serial.readBytes（buffer，length）。
参数：buffer，用于存储数据的数组（char［］或者byte［］）；
length，需要读取的字符长度。
返回值：读到的字节数；如果没有读到效长度的数据，则返回0。
（14）readBytes Until（）。
功能：从接收缓存区读取指定长度的字符，并将其存入一个数组中。如果读到停止符，或者等待数据时间超过设定的超时时间，则退出该函数。
语法：Serial.readBytes Until（character，buffer，length）。
参数：character，停止符；
buffer，用于存储数据的数组（char［］或者byte［］）；
length，需要读取的字符长度。
返回值：读到的字节数；如果没有读到效长度的数据，则返回0。
（15）set Timeout（）。
功能：设置超时时间。用于设置Serial.readBytes（）函数和Serial.readBytesUntil（）函数的等待串口数据时间。
语法：Serial.set Timeout（time）。
参数：time，超时时间，单位ms。
返回值：无。
（16）write（）。
功能：将数据输出到串口。数据以字节形式输出。
语法：Serial.write（val）；
Serial.write（str）；
Serial.write（buf，len）。
参数：val，需要输出的数据；
str，String类型的数据；
buf，数组型的数据；
len，缓存区的长度。
返回值：输出的字节数。
3）read（）函数和peek（）函数的区别
串口接收到的数据都会暂存在接收缓存区中，使用read（）和peek（）函数都是从接收缓存区中读取数据。不同的是，当使用read（）读取数据后，会将该数据从接收缓存区中移除；而使用peek（）读取数据时，不会移除接收缓存区中的数据。
表8-1列出了分别使用read（）和peek（）函数读取数据的示例代码，注意两个示例代码仅第11行和第12行不同。
表8-1 read（）和peek（）的区别
分别上传以上两个示例程序，打开串口监视器，向LaunchPad发送“hello”，则会看到如图8-4和图8-5所示的不同输出结果。
使用read（）函数，串口依次输出了刚才发送的字符“hello”，输出完成后，串口进入等待状态，等待用户新的输入。而使用peek（）函数在读取数据时，不会移除缓存区中的数据，因此使用available（）获得的缓存区可读字节数不会改变，且每次读取时，都是读取当前缓存区的第1个字节‘h’，程序将无限循环下去。
图8-4 使用read（）函数读取数据
图8-5 使用peek（）函数读取数据
4）print（）函数和write（）函数的区别
这两个函数都可以输出数据，但输出形式并不相同。表8-2的示例程序对两个函数的差别进行了比较。
表8-2 print（）函数与write（）函数的区别
上传以上程序，打开串口监视器，输出结果如图8-6所示。
图8-6 print（）与write（）区别
当执行Serial.print（97）语句时，串口监视器会输出97；而当执行Serial.write（97）语句时，串口监视器会将97理解为ASCII码值而显示其对应的字符‘a’。
5）串口控制RGB LED色彩
第6章讲解了RGB LED的原理，并且利用随机数调节红、蓝和绿三个LED的显示亮度，组成一个绚丽的彩灯，本次实验我们将根据串口的输入调节RGB LED的色彩。示例的代码如表8-3所示。
上载以上程序，打开串口监视器，输入“255，0，0”后单击“Send”按键，红灯亮；输入“0，255，0”后点击“Send”按键，绿灯亮；输入“255，255，255”后单击“Send”按键，RGB LED为白色。
表8-3 串口控制RGB LED色彩示例代码清单
（续表）
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