Arduino的Serial.printf是如何傳送資料至電腦上顯示?

介紹

大家好，今天想跟大家介紹Arduino通訊原理，也就是我們在Arduino上輸入Serial.printf的指令時候，到底如何運作?怎麼把這些資料傳遞到電腦上顯示呢？

我們以下舉例做說明。

範例

假設我們令a=42整數，然後要用Serial.printf把a顯示出來，這時候我們把這段程式燒錄到Arduino中，再打開Serial monitor視窗，就可以看到42的數值一直不斷顯示出來，到底這個數值是怎麼從Arduino傳送到電腦，然後再顯示出來?

原理解析

硬體接線

首先在硬體的部分，我們可以看到Arduino會與電腦利用USB接線，所以數據一定是從Arduino透過USB連接線傳送到電腦。

程式與硬體對應關係

當我們將Arduino程式碼燒錄到Arduino中，這段程式碼就是運作在Arduino板子上，我們以橘色方框顯示Arduino程式運作區域，這時候在板子上會執行Serial.printf的函數，而這段函數，就會將printf裡面的資訊透過USB傳輸到電腦，而電腦會在終端接口部分，有Serial monitor去接收來自Arduino傳遞過來的資訊，也就是數值42，然後再將此數值顯示在螢幕上。

Arduino訊號傳輸原理

我們再進一步觀察Arduino運作的原理，其實Arduino在傳遞數值是透過UART的訊號傳輸，UART有分成TX與RX的訊號，像是要將數值傳遞出來，就會用TX將數值傳輸來，但是這時候因為電腦也沒有UART的接口，現在電腦都是USB接口，所以這時候會需要將UART訊號轉換成USB訊號，才能傳遞到電腦上。

Printf傳輸原理

在Arduino上寫下printf的字體，不管是要顯示數值還是字串，它通通都會轉成字串傳輸，字串就要轉換成是電腦可以理解的訊號進行傳輸，也就是由0，1所組成的訊號。

電腦其實有一套理解字串的方式，也就是ASCII code的編碼，這種編碼可以讓電腦用0,1的方式去理解現在對應的是什麼字串。

像是以42說明，42會先轉換成0100010的編碼，再進行傳輸，透過0,1的訊號，才可以用通訊協定進行訊號傳輸，而傳遞到電腦上，也是0,1構成的編碼，這時候電腦需要做解碼動作，再重新把0,1訊號解碼出來，才會得到數值42的結果，最終才會在Serial monitor上面顯示。

結論

以上就是Arduino printf字串的原理，雖然我們Arduino程式是簡單幾行程式，但實際上在運作是很複雜的運作方式，只是Arduino把這些複雜的部份都解決了，所以才可以得到很簡單直觀方便的使用方式。