主流单片机开发平台如何与三易串口屏通讯
前言
在人机交互系统开发中，串口屏（HMI）与单片机（MCU）的通讯，本质上是主机（MCU）和从设备（屏）之间的数据交换。
以三易串口屏开发架构来看，通讯主要分为两种模式：
系统指令通讯模式（ASCII指令方式）
自定义协议通讯模式（二进制协议方式）
两种模式均适配市面主流单片机开发平台，包括：
- Keil MDK（STM32、51、GD32等）
- STM32CubeIDE
- Arduino IDE
- ESP-IDF（ESP32官方开发环境）
- （扩展）IAR Embedded Workbench
其底层本质一致：
单片机程序 → UART发送数据 → 串口屏接收解析 → 更新控件
一、串口屏通讯基本原理
1.1 硬件连接
通常使用UART：
MCU TX ----> LCD RX
MCU RX <---- LCD TX
GND ------ GND
典型参数：
- 115200
- 8 Data Bits
- 1 Stop Bit
- No Parity
二、方式一：系统指令通讯
2.1 协议格式
ASCII格式：
命令 + 参数 + \r\n
结束符：
0D 0A
例如：
页面切换
page 0\r\n
设置控件值
wset numVf.valf 3.45\r\n
wset numA.val 120\r\n
wset text.txt "电量充足"\r\n
查询属性
wget numA.val\r\n
模拟按键触发
click button0\r\n
2.2 返回数据解析
条件 | 只有当系统变量bkcmd为非0的时候才会返回指令执行成功或者失败数据。 |
格式 | 返回指令格式为 命令码(1字节)+参数(长度随命令码而不同)+结束符(2字节，\r\n) |
数据 | 所有指令名以及参数全部16进制数据，非ASCII数据，便于软件解析。 |
命令码 | 含义 | 格式 | 参数说明 |
0x00 | 指令执行结果 | 执行结果代码 +返回数据 +结束符（\r\n） | 执行结果代码：1字节 0x00 指令执行成功 0x01 命令码无效（指令第一个字符串无效） 0x02 指令参数1无效（指令第二个字符串无效） 0x03 指令参数2无效（指令第三个字符串无效） 0x04 指令参数3无效（指令第四个字符串无效） 0x05 指令参数4无效（指令第五个字符串无效） 0x06 指令参数5无效（指令第六个字符串无效） 0x07 指令参数个数错误 0x08 串口接收超时 |
说明： 命令执行结果返回值，主要用于客户取得串口屏控件的属性值，响应客户发送的命令，如果客户发送的指令有错，例如命令码拼写错误，属性名称拼写错误，属性名称拼写错误等，造成串口屏不能解析，将返回不同的错误码，方便客户查错。 只有当系统变量bkcmd为非0的时候才会返回指令执行成功或者失败数据。 这个命令提供了一种客户的调试命令的方式，大部分情况下，在调试完毕后，都会把系统变量bkcmd置0，不会收到此命令。 举例：如果客户发送指令的命令码拼写错误，返回：“00010d0a”。解释：从左到右，00 表示返回的命令码，01表示命令码无效，0d表示 \r，0a表示 \n。 | |||
0x01 | 整数返回 | 0x01+4字节整数+结束符 | 4字节整数：4字节小端模式存储，低字节在前 |
0x02 | 小数返回 | 0x02+4字节小数+结束符 | 4字节小数：4字节小端模式存储，低字节在前 |
0x03 | 字符串返回 | 0x03+字符串+结束符 | 字符串：GBK编码 |
返回结果包括客户发起的命令执行情况和需要返回的数据。执行情况即执行结果，需要返回的数据主要是取串口屏控件属性的值。值的类型为整数，小数，字符串。 举例：获取按钮1的x坐标。发送指令“wget button1 x\r\n”，返回为：“01880000000d0a” 解释：01 表示返回值为整数；88000000表示位buttton1的 x坐标，低字节在前的格式；0D0A是命令结束符。 如果系统变量bkcmd没有设置为0，这个指令会接收到两个返回指令，“00000d0a”，和“01880000000d0a”，第一个指令表示命令执行成功，第二个指令是用户需要的结果。如果系统变量bkcmd设置为0，则只返回第二个指令（默认不返回执行成功或失败）。 | |||
三、Keil MDK 与串口屏通讯
3.1 串口发送函数
3.2 发系统指令
3.3 注意事项
每条指令间建议加微延时：
delay_ms(1);
避免命令粘连。
四、STM32CubeIDE 与串口屏通讯
五、Arduino IDE 与串口屏通讯
示例
void setup()
{
Serial.begin(115200);
}
void loop()
{
Serial.println("wset temp.val 25");
delay(500);
println自动补：
\r\n
非常适合快速验证。
六、ESP-IDF（ESP32）通讯
UART配置
uart_config_t cfg={
.baud_rate=115200,.data_bits=UART_DATA_8_BITS,.parity=UART_PARITY_DISABLE,.stop_bits=UART_STOP_BITS_1
};
发送指令
char *cmd="wset led.val 1\r\n";
uart_write_bytes(UART_NUM_1,cmd,strlen(cmd));
七、IAR开发平台
与Keil本质一致。
printf("page 1\r\n");
重定向printf即可驱动屏。
八、自定义协议通讯（推荐）
系统指令适合简单界面。
复杂项目推荐自定义协议。
8.1 协议格式
示例协议：
帧头 命令 数据 CRC
A5 43 01 xxxx xxxx
命令定义：
- 01 电压
- 02 电流
- 03 SOC
数据小端：
低字节在前
高字节在后
CRC16多项式：
8005
8.2 MCU组帧发送
Keil代码：
str[0]=0xA5;
str[1]=0x43;
str[2]=0x01;
str[3]=V&0xff;
str[4]=V>>8;
crc=Get_CRC16(5,str);
str[5]=crc&0xff;
str[6]=crc>>8;
USART_OUT(str,7);
发送：
A5 43 01 7C 01 91 86
代表：
3.80V
九、屏端协议解析
十、主机与屏双向通讯
MCU→屏
- 显示参数
- 切页
- 改图片
- 触发事件
屏→MCU
屏脚本：
uartSend("START");
发送字节：
byte a[5]={01,02,03,04,05};
uartSendBytes(a,0,5);
MCU解析：
if(strcmp(rx,"START")==0)
{
motor_run();
}
形成双向交互。
十一、开发平台对比
十二、两种通讯模式对比
系统指令模式
优点：
- 简单
- 不设计协议
- 调试方便
缺点：
- 数据量大效率低
- 多控件更新麻烦
示例：
wset numVf.valf 3.45
wset numA.val 120
wset psoc.val 95
三条指令。
自定义协议模式
优点：
- 一帧可更新多个控件
- 效率高
- 更适合量产项目
推荐优先使用。
十三、通讯常见问题
1 白屏但程序正常
排查：
- TX/RX接反
- 波特率错误
- MCU IO被击穿
- 命令没带\r\n
- 多条指令粘连
2 中文乱码
编码一致：
VP工程 GBK
Keil GB2312/GBK
否则中文异常。
3 自定义协议无响应
检查：
- 帧头
- 长度
- CRC
- 小端格式
十四、完整实例架构（推荐）
MCU层
├─串口驱动
├─协议组帧
├─CRC校验
屏端
├─协议解析器
├─控件刷新
├─触摸事件回传
这是当前串口屏最典型架构。
总结
主流单片机开发平台，无论是：
- Keil
- STM32CubeIDE
- Arduino IDE
- ESP-IDF
- IAR
与串口屏通讯本质一致，都是UART数据收发。
区别只是：
- 发送函数写法不同
- 底层驱动不同
而通讯模型只有两种：
- 系统指令
- 自定义协议
如果界面简单，用系统指令；
如果项目量产，建议自定义协议+协议解析器方案。
系统指令通讯模式（ASCII指令方式）
自定义协议通讯模式（二进制协议方式）
两种模式均适配市面主流单片机开发平台，包括：
- Keil MDK（STM32、51、GD32等）
- STM32CubeIDE
- Arduino IDE
- ESP-IDF（ESP32官方开发环境）
- （扩展）IAR Embedded Workbench
其底层本质一致：
单片机程序 → UART发送数据 → 串口屏接收解析 → 更新控件