Modbus 通訊協定是工業自動化領域最廣泛應用的通訊協議之一，從 PLC、感測器、馬達驅動器到 SCADA 系統，幾乎所有工業設備都支援 Modbus。它簡單、穩定、開源且跨平台。 本文從 Modbus 通訊協定的歷史與分類出發，深入解析 Modbus RTU 和 Modbus TCP 的幀格式、功能碼、資料模型，並以 ESP32 和 STM32 為平台展示完整的 C 語言實作。 Modbus 協議概述 Modbus 由 Modicon 公司在 1979 年發明，採用 Master/Slave（主從）架構。一個網...
FIFO（First-In-First-Out，先進先出）是數位電路與嵌入式系統中最基礎也最重要的資料緩衝結構。從 UART 接收資料、SPI 傳輸佇列、DMA 資料流，到跨時域（Clock Domain Crossing, CDC）資料傳輸，FIFO 無處不在。 本文從 FIFO 結構的基本原理出發，深入解說空滿判斷、深度計算與跨時域同步設計，並以 C 語言 Ring Buffer 和 STM32 硬體 FIFO 為例，帶你徹底掌握 FIFO。 什麼是 FIFO？ FIFO 是一種資料緩衝區，資料按照「先進先出」...
PID 演算法（比例-積分-微分控制器）是工業自動化與嵌入式控制中最廣泛應用的回授控制演算法。從 ESP32 的溫度控制、STM32 的馬達轉速調節，到無人機的姿態穩定，PID 控制器幾乎無所不在。 本文從 PID 控制的基本原理出發，帶你理解 P、I、D 三個參數各司什麼職，並以 ESP32 和 STM32 的實際程式碼教你如何實作與調整 PID 控制器。 什麼是 PID 控制？ PID 控制器是一種回授控制機制：它讀取感測器數值（Process Variable, PV），與目標值（Setpoint, SP）比...
去藕半徑（Decoupling Radius） 是 PCB 電源完整性設計中最關鍵卻最容易被忽略的概念。很多工程師知道要在 IC 電源腳旁邊放退耦電容，但「多近才算近」？放 1cm 跟放 3cm 有什麼差別？ 本文從 去藕半徑的基本原理出發，帶你理解退耦電容的擺放距離如何影響高頻去藕效果，並以 ESP32 和 STM32 的實際 PCB 案例，教你如何規劃電源完整性設計。 什麼是去藕半徑？ 去藕半徑指的是退耦電容（Decoupling Capacitor / Bypass Capacitor）對 IC 電源腳的有效...
Boost 升壓電路（也稱升壓轉換器、Step-Up Converter）是切換式電源的另一大核心拓撲。它的任務非常明確：把較低的輸入電壓升到更高的輸出電壓——最經典的應用就是將鋰電池的 3.7V 升壓到 5V 給 USB 裝置供電。 本文從 升壓轉換器原理出發，對比 Buck 降壓電路的差異，深入 Boost 拓撲的運作機制，並以 鋰電池升壓 5V 為例，實際設計一組可用的 USB 輸出電源。 Boost 升壓電路與 Buck 的關鍵差異 雖然 Boost 和 Buck 都使用了電感、MOSFET、二極體和電容這...
Buck 降壓電路（也稱降壓轉換器、Step-Down Converter）是嵌入式系統中最核心的電源架構。從 Arduino、ESP32 到 STM32 開發板，板子上那個黑色的電感搭配電容濾波的電路，十之八九就是 Buck Converter。 本文從 降壓轉換器原理出發，帶你徹底搞懂 Buck 電路的工作原理、關鍵元件選擇、PCB 佈局要點，並以 ESP32 電源設計為例，實際設計一組 12V→3.3V 的降壓電源。 什麼是 Buck 降壓電路？ Buck 轉換器是一種切換式降壓電源（Switching Re...
RS485 通訊協定是工業自動化領域最廣泛使用的有線通訊標準之一。無論是 PLC、變頻器、感測器陣列還是 SCADA 系統，RS485 幾乎無所不在。它的最大優勢——長距離（最長 1200m）、多站（最多 256 個裝置）、差動訊號抗干擾——讓它成為工廠環境的首選。本文從 MAX485 教學開始，帶你實作 ESP32 RS485 和 STM32 的通訊。 這篇文章會從 RS485 的硬體原理開始，帶你一步步看懂接線、選擇收發器晶片，並在 ESP32（Arduino）和 STM32（HAL） 上實作 RS485 通訊...
ESP32 I2C 通訊是嵌入式開發中最實用的技能之一。I2C（Inter-Integrated Circuit）只需兩條線（SDA、SCL）就能連接多個感測器，BME280 感測器教學就是最經典的入門範例——它可以同時讀取溫度、濕度和氣壓資料。本文從 I2C 時序圖解讀開始，帶你一步步實作。 本篇以 ESP32 + BME280（溫濕度氣壓感測器）為例，從 I2C 協定原理、時序圖解讀、到完整程式碼實作，帶你一次搞懂 I2C 通訊。 目錄 一、I2C 協定基礎 二、I2C 時序圖完全解讀 三、BME280 感測器...
MQTT 實戰教學來了！MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是物聯網（IoT）領域最廣泛使用的通訊協定，從智慧家居到工業 4.0 感測器網路，幾乎都會看到它的身影。它的設計核心是輕量級、低頻寬、發布/訂閱（Publish/Subscribe）模式，非常適合 ESP32 MQTT 這種資源有限的微控制器應用場景。 這篇文章會帶你實際搭建一整套 MQTT 資料流：從 DHT22 感測器 → ESP32 → MQTT Broker → Node-RED 儀表板，全部用開源工具...
SPI 通訊（Serial Peripheral Interface）是嵌入式開發中最基礎也最常用的通訊協定之一。無論是 ESP32 還是 STM32，幾乎所有感測器、顯示器、SD 卡模組都透過 SPI 溝通。但很多開發者看完 SPI 時序圖還是一頭霧水——CLK 極性是什麼？CPOL、CPHA 到底怎麼設？ 這篇文章會用最直觀的方式——時序圖 + 實戰程式碼，帶你徹底搞懂 SPI，並實際讓 ESP32 和 STM32 成功通訊。 目錄 一、什麼是 SPI？ 二、SPI 時序圖解讀（附 Python 生成圖） 三、...