Firmata是一个PC与MCU通讯的一个常用协议。其遵旨是能与任何主机PC软件包兼容。到目前为止，已经得到不少语言的支持，这样可方便地将对协议的支持加入软件系统中。Firmata起初是针对于PC与Arduino通讯的固件(Firmware)，其目标是让开发者可以通过PC软件完全地控件Arduino。

​ 对于一些刚刚接触软件和单片机实现通讯的同学，可能大部分时间都会画在数据的调试上面。如果有一个程序，能让你像写软件一样的来写单片机，实在是爽歪歪。StandardFirmata是我当是在学校做项目，用到了LattePanda的开发板，这是一款具备完整Win10系统的嵌入式迷你主机，这款板子在上面集成了一块Arduino Leonardo，在它提供的资料当中，第一次接触到了StandardFirmata的强大。传送门

​ 我在C#和Python当中经常用到StandardFirmata，关于它们的API函数使用，我会在这里为大家分享一些我的经验。

单片机的数字与模拟、输入与输出

​ 这里是对一些懂软件不懂硬件的朋友提供一个参考。单片机，单芯片微型计算机，MCU。我们通过编程来操作它，可以让它的引脚产生或接收一个电信号。

​ 根据信号类型的不同，我们将它分为数字信号和模拟信号。数字信号反应的就是高电平和低电平，表达的是有和无、0和1的关系；模拟信号反应的程度，通过对这个引脚进行电压值的采样分析来获得程度量。天黑了我们要开灯，灯的亮和灭就是数字量；晚上我们睡觉觉得温度低，这个温度值就是模拟量。

​ 根据信号流向的不同，我们将它分为输入信号和输出信号。输入信号是通过传感器获得一个电信号，单片机对这个单片机进行了一次读取的操作；输出信号则是单片机产生信号去控制这个传感器或者元件，从而实现一定的功能。我们通过碰撞传感器可以检测当前是否发生碰撞，或者我们通过引脚去驱动一个蜂鸣器来发出声音。

​ 在这里，我们可以简单的理解为，信号基本分为数字输入（读取个开关，Arduino任意口）、数字输出（点亮个LED，Arduino任意口）、模拟输入（读取个光敏传感器，Arduino的A口）、模拟输出（控制灯的亮度，Arduino的PWM口）。而这些，对应的函数如下所示。

​ 在使用这些个引脚之前，我们需要先对这个引脚的状态进行一个声明，我们要告知单片机这个引脚是作为输入还是作为输出，当然，使用analogRead模拟输入的时候，不需要声明（别问我为啥，我也不知道QAQ）。

​

​ 在上面一共提到了五个函数，pinMode来设定引脚的模式，analogRead来读取引脚的模拟数值，analogWrite向引脚输出一个模拟值，digitalRead来读取引脚的数字数值，digitalWrite向引脚输出一个高低电平。

Python使用Firmata的pyFirmata库

​ 不管何时何地，Python这玩意是真的香，搞界面人家能接C++的Qt（PyQt），搞服务器人家有微型服务器框架（Flask、Django等），搞单片机人家还有MicroPython，甚至人工智能的计算现在好多都是Python。

​ 关于Firmata协议，Python目前最强的应该是pymata4（传送门，大家有兴趣的话可以自己来研究一下），PyMata是支持完整StandardFirmata协议的高性能、多线程、非阻塞 python第三方功能包。我这利使用的pyFirmata，大家可以通过pip在自己的电脑上面（Win10和Linux都可以）进行安装。

​ 我们先来看一组python调用Firmata协议点灯的代码。

from pyfirmata import Arduino,util	#从pyfirmata中导入Arduino、util模块
import time	#导入time模块·

board = Arduino('COM3')	#实例化对象，传入串口号作为参数

#死循环闪灯
 while True:
 	board.digital[13].write(0) #向端口13写入0，0代表灭灯
 	time.sleep(1)	#延时1秒
 	board.digital[13].write(1) #向端口13写入1，1代表亮灯
 	time.sleep(1)	#延时1秒

​ 这里的board.digital[13].write(0)，和我们上面的digitalWrite是一样的，前者是Python下的代码，后者是Arduino内的代码。

class pyfirmata.pyfirmata.Board(port, layout=None, baudrate=57600, name=None, timeout=None)

​ firmata协议的默认波特率是57600，大家在使用的时候如果波特率发生变化，比如修改为115200，则声明模式如下：

board = Arduino("COM3",baudrate=115200)

​ 这部分语句用于实例化一个硬件对象。

​ 在我们程序执行结束之后，我们通过下面的语句可以释放掉这个设备。

board.exit()

​ 关于Firmata比较复杂的地方在这里不详细的说明，这里只会给大家将IO的使用给大家分析到，其他内容大家可以去参考我们提供的文档来进行学习。

​ board.digital[pin].write(val)，数字输出，设置pin引脚的状态为val（0低电平，1高电平）。

​ board.digital[pin].read()，数字输入，读取pin引脚的数字量。

​ board.analog[pin].write(val)，模拟输出，设置pin引脚的模拟量状态值为val，val范围0~1

​ board.analog[pin].read()，模拟输入，读取pin引脚的模拟量，范围0~1。

​ 这四个语句大家可以自己试一下，看下效果如何。Firmata对舵机也有着很好的支持，如下：

board.servo_config(pin, min_pulse, max_pulse, angle)

​ pin是舵机所使用的引脚；min_pulse是当前舵机的最小脉冲，max_pulse是当前舵机的最大脉冲，angle是当前舵机的角度。Arduino默认的min_pulse为544，默认的max_pulse为2400（不知道咋算的，管用）。我们此次的机械臂主要就是使用这个函数。

​

​ 关于其他内容，大家可以去看我们提供的文档来进行尝试。

C#使用StandardFirmata

​ C#使用Firmata的内容是从LattePanda开发板资料学习到的，大家可以在这里下载到C#使用Firmata的函数文件。传送门

​ 在这里你会下载得到一个Arduino.cs的文件，大家可以先来看一下内容。

​ 我在这里以一个简单的Demo给大家做演示。这个Demo实现是四路继电器控制、一路PWM条件灯光强弱、一路LM35数字温度传感器。它看起来是这个样子的。

​ 这部分是我所使用的Arduino.cs文件，因为这个我在ROS下用的较多，所以将命名空间修改为了ROS_Firmata，这个名字无所谓。

​ 从右侧可以看到我导入了Firmata的cs文件，而在我的Form1.cs（主界面）下可以看到相关的实例化以及引脚的初始化。

​ 然后是我们的Firmata驱动函数的组成，如下所示。

​ 这个位置显示的不是很完整，大家可以自行打开项目进行查看，代码也给大家提供有注释。

​ 此次机械臂使用了StandardFirmata协议，对应的C#上位机软件也会在此次一并向大家提供。同时也有一个小的Demo，关于示波器和信号产生器（OASG）的Demo也供大家查阅（精度垃圾的很，只是抓了数据就显示，没处理）。

JavaScript使用Firmata

​ 呃呃呃，本人在前端方面是菜鸡，参考链接吧！传送门