ESP32-S3

【ESP32-S3 教學】第二篇：開始使用 Arduino IDE 編寫程式－Serial 序列埠通信與 UART 入門實作

19 5 月

一、ESP32-S3 序列埠通信（Serial）實驗說明

在進行 ESP32-S3 開發時，「序列埠通信（Serial Communication）」是最基礎也最重要的核心功能之一。不論是新手入門還是進階專案開發，透過序列埠，我們都能實現以下關鍵應用：

  • 查看程式執行狀態與系統邏輯

  • 顯示感測器數據資料（如溫度、濕度、距離等）

  • 接收電腦端輸入指令進行互動控制

  • 程式除錯（Debug）與即時追蹤變數

  • 與其他硬體裝置進行 UART 通訊

本篇教學將帶你使用 Arduino IDE，快速學會 ESP32-S3 的 Serial 序列埠通信技術。本範例可完美搭配米羅科技的 ESP32-S3 系列開發板。

 

二、什麼是序列埠通信（Serial / UART）？原理與常見用途

序列埠通信一般是指通用異步收發器（UART, Universal Asynchronous Receiver-Transmitter），是電子電路與微控制器（MCU）中最常見的非同步通訊方式。

1. UART 通訊原理：TX 與 RX 的橋樑

UART 主要是透過兩條信號線來傳輸數據：

  • TX 線（Transmit）：負責發送數據。

  • RX 線（Receive）：負責接收數據。

在兩台設備進行序列埠通訊連接時，必須採取「交叉連接」，即設備 A 的 TX 接到設備 B 的 RX，而設備 A 的 RX 接到設備 B 的 TX，如此才能正常收發訊號。

在序列埠通信開始之前，雙方的鮑率(Baud Rate)必須相同。 只有使用相同的鮑率，設備之間的通信才能進行。 常用的鮑率是 9600 和 115200。

▼ ESP32上的序列埠串口集成了USB 轉串口，因此它可以通過 USB 線與電腦通信。

2. 什麼是鮑率（Baud Rate）？

在序列埠通信開始之前，通訊雙方的鮑率（Baud Rate）設定必須完全一致。鮑率代表每秒傳輸的位元數，只有在相同波特率下，設備之間才能正確解析數據。在 ESP32-S3 開發中，最常用的標準鮑率為 9600 和 115200（本教學範例使用 115200）。

3. ESP32-S3 的 USB 轉串口功能

現代的 ESP32-S3 開發板晶片通常集成了 USB 轉串口（USB-to-Serial）功能，因此我們可以直接透過一條 Type-C USB 數據線連接電腦，進行資料傳輸與燒錄。

💡 ESP32-S3 序列埠的 5 大核心用途：

核心功能實務應用說明
Serial Monitor在 Arduino IDE 的「序列埠監控視窗」即時查看輸出訊息
Debug 除錯輸出變數數值、追蹤程式碼執行流程與邏輯漏洞
感測器資料輸出將讀取到的溫濕度、光線、距離等類比/數位資料圖像化或文字化
接收使用者輸入從電腦鍵盤發送控制指令給 ESP32-S3 開發板
外接 UART 通訊與 Arduino、GPS 模組、藍牙模組、PLC 或其他工業設備連接

 

三、準備工具與推薦硬體

想順利完成本次的 ESP32-S3 序列埠通訊實驗，你需要準備以下硬體工具：

🛠️ 硬體需求：

  1. ESP32-S3 開發板（推薦高配置版本）

  2. USB Type-C 數據傳輸線（請確保具備數據傳輸功能，非純充電線）

  3. 電腦（已安裝 Arduino IDE）

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四、Arduino IDE 環境配置與 ESP32-S3 USB CDC 重要設定

在開始上傳程式碼之前，請務必確認你的 Arduino IDE 開發環境設定正確，這會直接影響到序列埠能否順利列印出文字。

請打開 Arduino IDE，在上方選單點選「工具（Tools）」，並依照以下參數進行配置：

  • Board（開發板）：選擇 ESP32S3 Dev Module

  • USB CDC On Boot：設定為 Enabled 🌟（此點極為重要）

📢 米羅小學堂（關鍵備註）： 如果你是使用開發板上標示為**「USB」**的原生 Type-C 接口連接電腦，務必將 USB CDC On Boot 啟用（Enabled），這樣一來，序列埠監控視窗（Serial Monitor）才能正確顯示 Serial.print() 的輸出訊息。 反之，若是使用標示為 COM/UART 的外接晶片接口，則需將此選項設定為USB CDC On Boot 設定為 Disabled。

 

五、如何開啟與使用 Arduino IDE 序列埠監控視窗？

當 ESP32-S3 透過 USB 線連接至電腦後，作業系統會將其識別為一個虛擬的 COM 連接埠（例如：COM3 或 COM5）。

  1. 確認在「工具」->「序列埠（Port）」中已勾選正確的 COM 號碼。

  2. 點擊 Arduino IDE 右上角的「序列埠監控視窗（Serial Monitor）」圖標（放大鏡或側邊欄圖示），即可開啟通訊視窗。

  3. 注意：如果開啟後沒有看到任何內容或出現亂碼，請先檢查監控視窗右下角的鮑率是否切換為 115200。

▼ 序列埠監控視窗界面如下。 如果打不開，請確保ESP32已經連接到電腦，在菜單欄“工具”中選擇正確的序列埠。

 

 

六、ESP32-S3 Serial 序列埠通信：3 大實用程式範例

完成環境配置後，接下來跟著米羅一起透過 3 個由淺入深的經典範例，實際測試 ESP32-S3 的通訊實力吧！請將以下程式碼複製到 Arduino IDE 中，並點擊「上傳」燒錄。

⚡ 範例 1：ESP32-S3 Serial 每秒定時輸出訊息

最基礎的測試程式，用來確認開發板與電腦的連線是否通暢。

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {

  Serial.println("Hello ESP32-S3");

  delay(1000);
}

序列監控視窗預期效果：

Hello ESP32-S3
Hello ESP32-S3
Hello ESP32-S3

 

⚡ 範例 2：ESP32-S3 Serial 變數資料輸出（常用於除錯）

展示如何將程式中的變數數值即時列印出來，這是日後排除程式 Bug 的必學技巧。

int count = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {

  Serial.print("Count = ");
  Serial.println(count);

  count++;

  delay(1000);
}

序列監控視窗預期效果：

Count = 0
Count = 1
Count = 2

 

⚡ 範例 3：ESP32-S3 Serial 雙向通訊：接收電腦輸入資料

這個範例展示了「雙向通訊」，ESP32-S3 會等待並讀取使用者從電腦鍵盤輸入的指令或文字。

String data;

void setup() {

  Serial.begin(115200);

  Serial.println("請輸入文字：");
}

void loop() {

  if (Serial.available()) {

    data = Serial.readStringUntil('\n');

    Serial.print("你輸入的是：");
    Serial.println(data);
  }
}

 

 

七、Arduino Serial 常用核心函式庫統整

在編寫物聯網專案時，你常會用到以下 Serial 語法，建議可以加進你的常用筆記：

語法 / 函式功能與用途說明
Serial.begin(baud)啟動序列埠通訊，並設定指定的傳輸鮑率（如 115200）。
Serial.print(val)輸出資料至監控視窗，文字末端不自動換行。
Serial.println(val)輸出資料至監控視窗，並於文字末端自動加上換行符號。
Serial.available()回傳序列埠目前已接收到、可供讀取的資料位元組（Byte）數。
Serial.read()讀取序列埠接收緩衝區中的第一個字元（Character）。
Serial.readString()讀取快取區中所有的資料，並將其組合並轉換為字串（String）。
Serial.write(val)傳送原始的二進位資料（Byte）到序列埠，常用於精密的硬體對接。

     

 

八、ESP32-S3 序列埠常見問題排除（FAQ）

Q1：在 Arduino IDE 找不到 COM Port（連接埠）怎麼辦？

  • 排查 1：請確認使用的 Type-C 線是否具有「數據傳輸」功能，有些便宜的線材僅供充電。

  • 排查 2：檢查電腦是否已安裝對應的 USB 轉序列埠驅動程式（如 CH340 或 CP210x，視板子晶片而定）。

  • 排查 3：請確認開發板的 USB CDC On Boot 參數已開啟。

Q2：開啟了序列埠監控視窗，卻完全沒有輸出內容？

  • 解答：請再次確認您的 Arduino IDE 設定中，USB CDC On Boot 已經切換為 Enabled，並重新燒錄一次程式。另外，可以按壓開發板上的「EN/RST」重置按鈕讓程式重新跑一次。

Q3：序列埠監控視窗裡顯示一堆看不懂的亂碼？

  • 解答：這通常是因為「鮑率不匹配」引起的。請確認程式碼中 Serial.begin(115200); 寫的分華與監控視窗右下角下拉選單選擇的 115200 baud 數字完全一致。

 

 

 

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