串口通信中使用指令控制灯亮灭的程序设计与应用

关键词：串口；字符指令；LED灯；物联网

0 引言

Zigbee技术是一种适用于短距离和低速率下的无线通信技术[1]。随着物联网技术的飞速发展，经常会用到通过串口指令来达到控制LED灯亮灭的目的。本文针对Zigbee开发板上的4个LED灯，以场景使用两位字符指令来控制4个LED灯的亮灭为例，详细分析了在教学过程中针对此类场景的程序设计思路，并使用多种方法编程实现使用指令控制LED灯的亮灭，以此来达到让学生掌握串口通信中如何用指令来控制灯状态的目的。

1 串口通信

串口是串行接口的简称，也称为串行通信接口。串口通过将一个字节的各个位依次发送来实现数据传输，也就是在一条信号线上将数据一个比特一个比特地逐位进行传输的通信模式。相比较而言，按字节（byte） 来传输的并行通信在传输速度上更快一些，但是串口通信可以在不同线路同时实现发送数据和接收数据，因此串行通信可以很简单地实现远距离通信[2]。

2 Zigbee 开发板中LED 灯的介绍

本文使用的是CC2530 Zigbee开发板，其中有4个LED灯D3/D4/D5/D6，对应的引脚分别为P1_0、P1_1、P1_3、P1_4[3]。如图1所示。

在使用这4个LED灯之前，可以对LED灯和对应引脚做宏定义，来定义灯和引脚的对应关系[4]。当然也可以直接用引脚来表示对应的LED灯。但是为了程序的可读性，最好先用宏定义来定义灯和引脚的对应关系。

在程序的开发过程中，就可以使用D3来代替P1_0，从而使代码更加清晰易读。

3 实际场景应用

3.1 项目需求

现实生活中有很多使用指令来控制灯亮灭的具体场景[5]。下面通过一个具体的案例来详细讨论如何用指令具体控制LED灯的亮灭，并通过编写程序完成用不同指令分别控制四个灯的亮灭。场景要求如表1 所示。

3.2 项目分析

首先使用宏定义来确定四个LED灯和引脚的对应关系。即：

#define D4 P1_1

#define D3 P1_0

#define D6 P1_4

针对项目要实现的功能，8条指令分别控制4个LED的亮灭，初步分析程序的设计思路，首先要判断接收到的字符指令是否合法，如果合法，再根据指令内容判断要控制哪个LED灯的亮灭状态。

因此，程序设计可以分为两部分，接收指令部分和指令控制部分。接收指令部分负责判断是否符合指令组合规则，如果符合，就存入指定数组，否则，不予接收。而指令控制部分负责对接收到的指令进行判断，属于控制哪个灯进行哪些状态的改变。

3.3 具体程序设计

3.3.1 接收指令部分

对接收到的字符进行分析，如果第一个字符是1 或2或3或4其中之一，那么表示合法指令开始，继续接收第2个字符。如果不是 1或2或3或4中的字符，表示是非法指令，不予接收。因此在判断接收的指令是否是合法指令时，需要用选择结构去判定。当接收的是合法指令时，将接收的两位字符指令依次存入指定数组。

因此根据以上分析过程，可以设计接收指令的程序如下：

3.3.2 指令控制部分

由于项目要求两位指令控制4个LED灯的亮灭，因此只需要对接收到的两位字符进行内容判断，来确定控制4个LED灯中的哪一个灯的亮灭状态即可。

那么如何来判断是哪两位字符？最简单的办法就是通过数组的下标来判断。当下标大于1时，说明数组里已经存入了两个字符。接收指令结束，可以进行指令控制部分的程序设计了。

用指令来控制4个LED灯的亮灭，主要是看指令中两个字符的组合，来判断符合控制哪个LED灯的指令，从而去实现预期效果。因此，可以通过多种方法进行程序设计来实现。

方法1：

由于第一个字符是1234中其中一个，因此需要判断第二个字符是否是*，如果是*，那么再根据第一个字符是1234 中哪一个来判断控制哪个灯亮，使用switch语句可以非常方便地设计1234字符的选择问题。然后再判断第二个字符是否是0，如果是0，那么再根据第一个字符是1234中哪一个来判断控制哪个灯灭。因此第一种程序设计方法如下：

方法2：

首先判断第一个字符是1234中其中哪一个，然后再判断第二个字符是*还是0，从而去判断控制哪个灯的亮灭。使用if语句的嵌套，可以很好地解决此类问题。因此第二种程序设计方法如下：

方法3：

用逻辑与的方法同时判断数组里第一个元素和第二个元素分别是哪种组合，从而去判断控制哪个灯的亮灭。因此第三种程序设计方法如下：

注意：无论使用上述三种方法中的哪种方法，在指令控制部分最后一定要对数组进行清零，目的是等待下一个指令的接收，如果不清零，即使输入新的指令，由于数组里已经存入原先的指令，新的指令也将不被响应。

3.4 程序执行结果

当通过串口调试助手发送指令“1*”时，开发板上的D3被点亮了。如图2所示：

当发送指令“10”时D3被熄灭。

当通过串口调试助手发送指令“3*”时，开发板上的D5被点亮了。如图3所示：

当发送指令“30”时D5被熄灭。

4 结束语

在物联网应用开发中，使用串口指令控制LED灯的亮灭是一个非常常见且基础的应用场景。除了控制LED 灯的亮灭，我们还可以使用串口指令来控制LED灯的闪烁、流水灯等更加丰富的效果。如果想要实现LED 灯的闪烁效果，只需要在指令控制部分将LED灯 的亮灭状态程序更改为状态取反即可;如果想要实现流水灯效果，则可以通过合理的延时设置来控制多个LED灯按顺序依次点亮。对于物联网技术感兴趣的读者，可以在学习本文提供的基础案例后，尝试根据自己的需求去设计和实现更多有趣的LED控制效果，这将有助于加深对物联网技术的理解和掌握。

总之，通过串口指令控制LED灯，是物联网应用开发中一个简单且实用的技能，掌握它可以帮助我们更好地探索和实践物联网技术。