【Arduino IDE】シリアル通信の設定する。(Serial.○○())

2025年7月21日

シリアル通信のデータ転送速度を決める(Serial.begin())

シリアルモニタやデバイスにデータを表示する(Serial.println())

Serial.printlnは、マイクロコントローラ（例えばArduino）でシリアル通信を使ってデータを送信し、シリアルモニタや他のデバイスに改行付きで表示するための関数です。この関数は、デバッグ情報やプログラムの実行状態を表示する際に非常に便利です。

`Serial.println`の概要

Serial.println関数は、データをシリアルポートに出力し、その後に自動的に改行（キャリッジリターン + ラインフィード）を追加します。これにより、各呼び出しが独立した行に表示され、見やすくなります。

使用方法と引数

Serial.printlnにはいくつかのオーバーロード（同じ関数名で異なる引数リストを持つ）が存在します。以下は、その主な使用方法です。

Serial.println();            // 空の行（改行のみ）を送信
Serial.println(val);         // valを文字列形式で送信し、その後に改行
Serial.println(val, format); // valを指定されたフォーマットで送信し、その後に改行

引数の詳細

val:
- 説明: 出力したい値です。データ型としては、以下のようなものが使えます。
  - 整数: int, long など
  - 浮動小数点数: float, double
  - 文字列: char 配列、String 型
  - ブール値: true または false（true は 1、false は 0 として表示）
- 例: Serial.println(123); // "123" を送信 Serial.println("Hello!"); // "Hello!" を送信
format（オプション）:
- 説明: 数値を異なる基数（進数）で表示するためのオプション引数。以下のフォーマットが指定できます。
  - BIN: 2進数で表示
  - OCT: 8進数で表示
  - DEC: 10進数で表示（デフォルト）
  - HEX: 16進数で表示
- 例: int num = 255; Serial.println(num, BIN); // "11111111" (2進数) Serial.println(num, OCT); // "377" (8進数) Serial.println(num, DEC); // "255" (10進数) Serial.println(num, HEX); // "FF" (16進数)

主な用途

デバッグ: 変数の内容やプログラムの進行状況を確認するために、シリアルモニタに出力します。
ユーザ通知: プログラムの状態やセンサの読み取り値などを表示します。
データロギング: 外部機器やPCにデータを送信して記録します。

まとめ

Serial.printlnは、データをシリアルポートに送信し、その後に自動的に改行を追加する関数です。
様々なデータ型をサポートし、オプションで異なる進数での表示も可能です。
デバッグやユーザ通知、データロギングなどに広く使用され、特にプログラムの実行状況をモニタリングする際に便利です。

シリアルバッファに受信したデータがあるかどうか、データが何バイトあるかを確認する(Serial.available())

Serial.available() は、Arduino プログラムで シリアル通信ポートにデータが到着しているかどうかを確認するために使用するメソッドです。このメソッドを使うことで、シリアル通信ポートに送信されてきたデータがバッファに蓄えられているかどうか、またはそのバッファ内に何バイトのデータがあるかを確認できます。

基本構文

int bytes = Serial.available();

戻り値: バッファ内の利用可能なバイト数（受信したデータのバイト数）を返します。もしデータがなければ 0 を返します。

使いどころ

Serial.available() は、シリアル通信によってデータがArduinoに送信されたかを確認するために使用します。通常、ArduinoがPCや別のマイコン、センサーなどからデータを受け取る際に、そのデータが受信可能かどうかを判断するために使います。

たとえば、データを受信した場合にのみ、それを処理するようにコードを書くことができます。

使用例

1. シリアルポートからデータを受信する

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // シリアル通信を9600bpsで開始
}

void loop() {
  // データがシリアルバッファにあるか確認
  if (Serial.available() > 0) {
    // 1バイトのデータを読み取る
    char receivedChar = Serial.read();

    // 受信したデータをそのままシリアルモニターに出力
    Serial.print("Received: ");
    Serial.println(receivedChar);
  }
}

動作の流れ

Serial.available() でデータの確認:
- Serial.available() を呼び出すと、シリアルバッファに蓄えられているデータのバイト数を返します。データが到着していない場合は 0 が返され、到着している場合はそのバイト数が返されます。
データを処理する条件:
- 上記の例では、Serial.available() > 0 を使って、データが受信されたかどうかを確認し、1バイト以上のデータがバッファにあればそのデータを処理する仕組みになっています。
データの読み取り:
- Serial.read() を使ってバッファから1バイトずつデータを取り出します。このとき、Serial.read() はデータを1バイト単位で返すため、文字や数値を受信できます。

応用例

2. 複数バイトのデータを受信

シリアル通信で複数のバイトを連続して送信されることがあり、これを処理する場合、Serial.available() を使ってすべてのデータが受信されるまで待機して、データを読み取ることができます。

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // シリアル通信を9600bpsで開始
}

void loop() {
  // シリアル通信にデータが到着している場合
  if (Serial.available() > 0) {
    String receivedData = "";

    // すべてのバイトが受信されるまで待つ
    while (Serial.available() > 0) {
      char c = Serial.read();  // 1バイトずつ読み取る
      receivedData += c;  // 文字列に追加
    }

    // 受信したデータを出力
    Serial.println("Received Data: " + receivedData);
  }
}

このコードでは、シリアルバッファに蓄えられた複数バイトのデータを1バイトずつ読み取り、receivedData に追加していきます。そして、受信した全データが連結された文字列を出力します。

注意点

読み込みのタイミング:
- Serial.available() が返すのは、現在バッファにあるデータのバイト数です。バッファ内に十分なデータが溜まる前に Serial.read() を使うと、未完全なデータを読み取ってしまうことがあります。複数バイトのデータを受信する場合、データがすべて揃ってから読み取るように設計する必要があります。
バッファのサイズ:
- Arduinoのシリアルバッファのデフォルトサイズは64バイトです。大量のデータを一度に送信する場合、バッファが溢れてデータが失われる可能性があります。適切にデータを処理し、バッファが溢れないように設計することが重要です。
タイムアウト処理:
- データが揃わないことも考慮し、一定の時間データが来なければ処理を終了するタイムアウトを実装することも重要です。

例: タイムアウトを用いたデータ受信

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    String receivedData = "";
    unsigned long startTime = millis();  // 開始時間を記録

    while (Serial.available() > 0) {
      // 1000ms（1秒）以上待ったらタイムアウト
      if (millis() - startTime > 1000) {
        break;
      }

      // 1バイトずつデータを読み取る
      char c = Serial.read();
      receivedData += c;
    }

    // 受信データを表示
    if (receivedData.length() > 0) {
      Serial.println("Received Data: " + receivedData);
    }
  }
}

この例では、millis() を使用して1秒間のタイムアウトを設定し、1秒以上経ってもデータが揃わない場合は処理を中断します。

`Serial.available()` のまとめ

Serial.available() は、シリアルバッファに受信したデータがあるかどうか、そしてそのデータが何バイトあるかを確認するためのメソッドです。
バッファ内のデータが0バイトの場合は 0 を返し、データが存在する場合はそのバイト数を返します。
受信データが複数バイトの場合や、タイムアウト処理が必要な場合も考慮して使うことができます。

Serial.available() を活用することで、Arduinoがシリアル通信で受信したデータを効率的に処理できるようになります。

シリアルバッファから受信したデータを1バイトずつ取り出す(Serial.read())

Serial.read() は、Arduino でシリアル通信ポートからデータを1バイト単位で読み取るために使用するメソッドです。このメソッドは、シリアルバッファ内に受信データがある場合、そのデータを1バイト（文字または数値）ずつ取り出す際に使います。

基本構文

int incomingByte = Serial.read();

戻り値: シリアルバッファから受信した1バイトのデータ（0〜255の整数値）。データがない場合は 1 を返します。

Serial.read() はバッファ内の最も古いデータ（最初に受信されたデータ）から1バイトを読み取り、バッファからそのデータを削除します。バッファ内にデータがなければ -1 が返されます。

使用例

1. 基本的な受信データの読み取り

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // シリアル通信を9600bpsで開始
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {  // データがあるか確認
    int incomingByte = Serial.read();  // データを1バイト読み取り
    Serial.print("Received: ");
    Serial.println(incomingByte);  // 受信したバイトの値を出力
  }
}

この例では、シリアル通信から受信したデータを Serial.read() で1バイトずつ読み取ります。読み取ったデータをそのままシリアルモニタに出力しています。Serial.read() が返すのは、受信したバイトの数値（0〜255）です。

詳細な動作

シリアルバッファからの読み取り:
- Serial.read() は、シリアルバッファに保存された最も古い1バイトのデータを読み取ります。データを読み取ると、そのバイトはバッファから削除されます。
戻り値:
- データがバッファに存在する場合、そのバイトの値を返します。これは0〜255の範囲の整数値です。もしバッファが空の場合、つまりデータが到着していない場合は、Serial.read() は 1 を返します。
Serial.available() との併用:
- 直接 Serial.read() を使う前に、Serial.available() を使ってバッファにデータが存在するか確認するのが一般的です。これにより、バッファにデータがない場合に 1 を読み取ることを防ぎます。

応用例

2. 文字データを読み取る

Arduinoは、シリアル通信で送信されるデータを数値ではなく文字列として受信する場合が多いです。Serial.read() は、バイト値を数値として返しますが、それを文字（char）型にキャストすることで、文字として扱うことができます。

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // シリアル通信を9600bpsで開始
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {  // データがあるか確認
    char incomingChar = (char)Serial.read();  // データを1バイト読み取って文字に変換
    Serial.print("Received character: ");
    Serial.println(incomingChar);  // 受信した文字を表示
  }
}

この例では、Serial.read() で読み取ったバイトを char 型にキャストし、文字として扱っています。シリアル通信で送信される文字データは、ASCIIコードで表現されるため、Serial.read() は対応するASCIIコードの数値を返し、それを文字に変換して扱います。

3. 複数バイトの文字列を読み取る

複数バイトのデータ（文字列など）を受信した場合、Serial.read() を繰り返し使って、バッファが空になるまでデータを読み取ることができます。

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // シリアル通信を9600bpsで開始
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    String receivedData = "";  // 受信したデータを格納する文字列

    // バッファにデータがある限り読み取る
    while (Serial.available() > 0) {
      char c = (char)Serial.read();  // 1バイトずつ読み取って文字に変換
      receivedData += c;  // 文字列に追加
    }

    // 受信した文字列を表示
    Serial.print("Received string: ");
    Serial.println(receivedData);
  }
}

この例では、シリアルバッファにあるデータを1バイトずつ Serial.read() で読み取り、文字列として結合していきます。Serial.available() を使ってデータが存在する間、ループで読み取りを続け、全データをまとめて表示します。

注意点

バッファサイズの制限:
- Arduino のシリアルバッファはデフォルトで64バイト（モデルによっては異なる）です。送信されるデータがバッファサイズを超えると、データが失われる可能性があります。長いデータを送受信する場合、定期的にバッファを読み取って、データを処理するように設計することが重要です。
タイムアウトの実装:
- 複数バイトのデータを受信する場合、データがすべて受信されるまで待機するために、無限ループや長時間の待ち時間が発生する可能性があります。そういった場合には、タイムアウト処理を実装することが推奨されます。
データの処理速度:
- シリアル通信は通常、受信データがリアルタイムで処理されるため、Arduinoが他の処理を行っているときにデータを取りこぼす可能性があります。適切なデータ処理を行うため、Serial.available() と Serial.read() をうまく使い、データの流れを管理する必要があります。

タイムアウトを使ったデータ受信例

以下は、一定時間内にデータが受信されなかった場合に処理を中断する例です。

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    String receivedData = "";
    unsigned long startTime = millis();  // 開始時刻を記録

    // バッファにデータがある限り読み取る（ただしタイムアウト付き）
    while (Serial.available() > 0) {
      if (millis() - startTime > 1000) {  // 1秒以上待つとタイムアウト
        break;
      }
      char c = (char)Serial.read();
      receivedData += c;
    }

    // 受信した文字列を表示
    if (receivedData.length() > 0) {
      Serial.print("Received string: ");
      Serial.println(receivedData);
    }
  }
}

`Serial.read()` のまとめ

1バイト単位でデータを読み取るメソッドで、シリアルバッファから最も古いバイトを取り出し、そのバイトをバッファから削除します。
データが存在しない場合は 1 を返すため、通常は Serial.available() と組み合わせて使用します。
受信データを処理する際に、適切にタイムアウトやエラー処理を組み込むことで、安定した通信を実現できます。

Serial.read() を使うことで、シリアル通信を通じてリアルタイムでデータをやり取りし、Arduinoで多様なアプリケーションを実現できます。

デバッグの行い方

Arduino IDEでデバッグを行う際には、主にSerialオブジェクトを使用します。Serialを使うことで、プログラムの動作をリアルタイムで確認し、問題の原因を特定することができます。以下に、デバッグに役立つSerial関係の関数やテクニックについて詳しく説明します。

`Serial`オブジェクトと基本的なデバッグ関数

1. `Serial.begin()`

Serial.begin(9600);

概要: シリアル通信を初期化し、指定したボーレート（データ通信速度）で通信を開始します。一般的なボーレートは9600ですが、通信速度に応じて変更できます。
用途: 通常、setup()関数内で最初に呼び出し、シリアル通信を準備します。

2. `Serial.print()`

Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(temperature);
Serial.print(" C");

概要: 指定したデータをシリアルモニタに出力します。改行しないで続けて表示する際に使用します。
用途: 変数の値やメッセージを連続して表示し、プログラムの進行状況や変数の値を確認します。

3. `Serial.println()`

Serial.println("Hello, World!");
Serial.println(temperature);

概要: Serial.print()と似ていますが、こちらは出力の最後に改行を追加します。これにより、次の出力が新しい行に表示されます。
用途: 変数の値を見やすくするために改行して表示します。メッセージや変数の値を1行ずつ表示したい場合に使用します。

4. `Serial.read()`

if (Serial.available() > 0) {
  int incomingByte = Serial.read();
  Serial.print("I received: ");
  Serial.println(incomingByte);
}

概要: シリアルポートから1バイトのデータを読み取ります。返される値は0から255の範囲の整数です。
用途: 外部からの入力をデバッグに利用する際に使用します。例えば、ユーザーが送信したコマンドを受け取って処理したりできます。

5. `Serial.available()`

if (Serial.available() > 0) {
  // データが利用可能な場合の処理
}

概要: シリアルポートに読み取るべきデータが存在するかどうかを確認します。返り値は読み取れるバイト数です。
用途: シリアル入力を待つ際に使用します。例えば、特定のデータを受け取るまで待機するようなプログラムで活用します。

デバッグの実践的なテクニック

1. 変数の監視

プログラムの中で重要な変数の値をSerial.print()やSerial.println()を使って表示し、動作の確認やバグの原因を特定します。

int sensorValue = analogRead(A0);
Serial.print("Sensor Value: ");
Serial.println(sensorValue);

用途: センサーから読み取った値や計算結果をシリアルモニタで確認し、期待した範囲内に収まっているかをチェックします。

2. コードの進行状況をトレース

プログラムがどこまで進行しているか、特定のポイントまで到達したかを確認するために、各段階でメッセージを表示します。

Serial.println("Setup complete, entering loop.");

用途: プログラムがどの段階で停止しているのか、または無限ループに陥っているかを特定するのに役立ちます。

3. 条件分岐の確認

特定の条件が満たされたかどうかを確認するために、if文の内部でメッセージを出力します。

if (temperature > 30) {
  Serial.println("Warning: Temperature is above 30C");
}

用途: 条件分岐が正しく機能しているかを確認します。予期しない動作を発見するのに役立ちます。

4. ループのカウント

ループ内の特定の条件での繰り返し回数や変数の変化をカウントして表示します。

for (int i = 0; i < 10; i++) {
  Serial.print("Loop iteration: ");
  Serial.println(i);
}

用途: ループが正しく動作しているか、予定通りの回数実行されているかを確認します。

デバッグ用のライブラリ

Arduinoには、さらに高度なデバッグ機能を提供するサードパーティ製のライブラリも存在します。例えば、「SoftwareSerial」や「AltSoftSerial」を使えば、複数のシリアルポートを作成して、複数のデバッグ出力を行うことができます。また、デバッガーとして「Debug.h」などのライブラリを使うと、より高度なデバッグが可能です。

結論

Arduino IDEにおけるデバッグは主にSerialを使って行われ、これによりリアルタイムでプログラムの動作状況を確認することができます。Serial.print()やSerial.println()を活用して変数の値やプログラムの進行状況を確認し、問題が発生している箇所を特定することで、効率的にバグを修正できます。シリアルモニタを使ったデバッグは、特に複雑なプロジェクトやリアルタイム性の高いアプリケーションにおいて非常に有効な手段です。

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【Arduino IDE】シリアル通信の設定する。(Serial.○○())

シリアル通信のデータ転送速度を決める(Serial.begin())

シリアルモニタやデバイスにデータを表示する(Serial.println())

Serial.printlnの概要

使用方法と引数

引数の詳細

主な用途

まとめ

シリアルバッファに受信したデータがあるかどうか、データが何バイトあるかを確認する(Serial.available())

基本構文

使いどころ

使用例

1. シリアルポートからデータを受信する

動作の流れ

応用例

2. 複数バイトのデータを受信

注意点

例: タイムアウトを用いたデータ受信

Serial.available() のまとめ

シリアルバッファから受信したデータを1バイトずつ取り出す(Serial.read())

基本構文

使用例

1. 基本的な受信データの読み取り

詳細な動作

応用例

2. 文字データを読み取る

3. 複数バイトの文字列を読み取る

注意点

タイムアウトを使ったデータ受信例

Serial.read() のまとめ

デバッグの行い方

Serialオブジェクトと基本的なデバッグ関数

1. Serial.begin()

2. Serial.print()

3. Serial.println()

4. Serial.read()

5. Serial.available()

デバッグの実践的なテクニック

1. 変数の監視

2. コードの進行状況をトレース

3. 条件分岐の確認

4. ループのカウント

デバッグ用のライブラリ

結論

`Serial.println`の概要

`Serial.available()` のまとめ

`Serial.read()` のまとめ

`Serial`オブジェクトと基本的なデバッグ関数

1. `Serial.begin()`

2. `Serial.print()`

3. `Serial.println()`

4. `Serial.read()`

5. `Serial.available()`