【自学嵌入式（6）天气时钟：软硬件准备、串口模块开发】

天气时钟：软硬件准备、串口模块开发

软硬件准备
- 接线及模块划分
- ESP8266开发板引脚图
- 软件准备
串口模块编写
- 串口介绍
- Serial库介绍

近期跟着网上一些教学视频，编写了一个天气时钟，本篇及往后数篇都将围绕天气时钟的制作过程展开。本文先解决硬件准备、软件准备、串口模块开发等问题。

软硬件准备

此次实验中，我使用ESP8266开发板、0.96寸四针OLED屏幕、micro USB线及若干杜邦线。

接线及模块划分

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ESP8266开发板引脚图

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① 如上图所示，在很多介绍ESP8266以及NodeMCU的资料里会出现两种引脚命名方法。一种是GPIO编号，一种是NodeMCU引脚名。但这两者是不同的，千万不要混淆：

GPIO编号指的是ESP8266芯片的引脚编号，通常不会因为生产厂家不同而不同
NodeMCU引脚名指的是电路板上印刷的引脚名称，这通常会因为生产厂家不同而有所区别

② ESP8266芯片一共有17个GPIO引脚（GPIO0 ~ GPIO16），其中存在一些较为特殊的引脚：

GPIO6 ~ GPIO11通常被用于连接开发板的闪存（Flash Memory），在实际编写代码时，应当尽量避免使用这些引脚
GPIO2引脚在NodeMCU开发板启动时是不能连接低电平的
GPIO15引脚在开发板运行中一直保持低电平状态
GPIO0引脚在开发板运行中需要一直保持高电平状态，否则ESP8266将进入程序上传工作模式，无法正常工作，因此通常情况下，无需对GPIO0做任何改动

软件准备

本次实验需要使用Arduino IDE、CH340驱动以及u8g2库、ArduinoJson库、NTPClient库等。其中Arduino IDE和CH340驱动已经配置好，剩下三个库，只需在Arduino的库管理中搜索并下载相应的库文件包即可，我原先有库文件压缩包，因此使用添加.ZIP库的形式导入

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串口模块编写

串口模块主要用于方便程序员调试功能，无需过于复杂，因此只需要封装用于初始化的函数 serialInit() 和用于输出信息的函数 serialPrint()即可。在之前的文章中，专门介绍过串口和Serial库，此处再来温习一下

串口介绍

串口，也称为串行接口或串行通信接口（通常指COM接口），是一种采用串行通信方式的扩展接口。它实现了数据一位一位地顺序传送，具有通信线路简单、成本低但传送速度慢的特点。只要一对传输线，串口就可以实现双向通信。

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起始位（Start Bit）：起始位为低电平时，告诉接收方数据传输即将开始，准备接收。在通信开始时，发送端首先会发送一个起始位，它是一个逻辑0（低电平）的信号，用于同步发送和接收设备之间的时钟。接收端在检测到起始位后，会开始准备接收后续的数据位。
有效数据位（Data Bits）：数据位是由一系列二进制值组成，用于传输或接收实际的数据。数据位的数量决定了可以传输的不同二进制值的数量，常见的有5位、6位、7位、8位，LSB在前，MSB在后。数据位紧随起始位之后，包含了要传输的实际信息。
校验位（Parity Bit）：校验位用于验证数据的完整性，以确保传输过程中没有出现错误。常见的校验位选项有None（无校验位）、Odd（奇校验位）和Even（偶校验位）。在发送数据时，校验位会根据数据位中1的个数进行计算，并加入到数据中一起传输。接收端则会根据校验位的值进行校验，以判断数据是否存在错误。
停止位（Stop Bit）：停止位是一个逻辑高电平，用于指示数据传输的结束。当停止位出现时，接收端知道数据传输已经完成，并且可以开始处理接收到的数据。停止位位于数据位和校验位之后，它的作用是确保接收端有足够的时间来识别数据帧的结束，并为下一个数据帧的到来做好准备。

比特率：每秒能传输的二进制位数；

波特率：每秒传送的码元的个数；

二进制系统中，波特率数值上等于比特率。

Serial库介绍

初始化串口通信:
- Serial.begin(baud_rate): 初始化串口通信，baud_rate是波特率，常用的波特率有9600、115200等。
发送数据：
- Serial.print(data): 发送数据到串口，不会自动换行。
- Serial.println(data): 发送数据到串口，并在数据后添加换行符。
接收数据：
- Serial.available(): 返回串口缓冲区中可读取的字节数。
- Serial.read(): 读取串口缓冲区中的一个字节。
- Serial.readString(): 读取串口缓冲区中的字符串，直到超时或没有更多数据。
其他功能：
- Serial.flush(): 等待所有传输的数据发送完毕。
- Serial.end(): 结束串口通信。

头文件

// serial.h头文件
#ifndef SERIAL_H  // 防止头文件被多次包含
#define SERIAL_H#include <Arduino.h>
void serialInit(int baud_rate);   // 初始化函数，输入波特率
void serialPrint(String message); // 串口输出信息#endif

cpp文件

#include "serial.h"// 初始化串口模块(指定波特率)
void serialInit(int baud_rate) {Serial.begin(baud_rate);
}// 打印调试信息
void serialPrint(String message) {// 打印出来的效果是  [时间戳] 消息内容Serial.print("[");Serial.print(millis()); // 打印从开始运行到现在的时间Serial.print("]");Serial.println(message);
}

millis()函数用于返回自程序开始运行以来经过的时间（以毫秒为单位），方便我们了解信息输出的时间

下一篇文章，我们将着重讨论WiFi模块和OLED模块的开发