树莓派从零开始快速入门第9讲——串口

串口是嵌入式环境里面使用最多的通讯方式之一，相信很多接触过单片机的同学对串口或多或少都有些了解，老规矩，通信原理和相关的一些参数（如：波特率）我就不介绍了，这些东西都比较简单，不清楚的同学自行查阅相关资料，我主要讲一下大家可能不太清楚的一些知识点。

柒壹漆

7113人浏览 · 2021-08-10 19:56:56

柒壹漆 · 2021-08-10 19:56:56 发布

树莓派从零开始快速入门第9讲——串口

一、前言

串口是嵌入式环境里面使用最多的通讯方式之一，相信很多接触过单片机的同学对串口或多或少都有些了解，老规矩，通信原理和相关的一些参数（如：波特率）我就不介绍了，这些东西都比较简单，不清楚的同学自行查阅相关资料，我主要讲一下大家可能不太清楚的一些知识点。
串口的冷门知识：
串口的类型其实不止一种，串口常用的电平有三种：TTL、RS232、RS485，还有一种不常见的RS422，不常用的我就不说了，我主要讲一下常用的这三种电平的区别。
TTL：电压范围0V至+5V，高电平>2.4V，低电平<0.4V，一般MCU直接输出的串口就是TTL电平的。
RS232：电压范围-15V至+15V，高电平为-3V至-15V，低电平为+3V至+15V。
RS485：电压范围-7V至+12V，不同于TTL和RS232，RS485采用的差分信号负逻辑，高电平为两线间的电压差-2V至-6V，低电平为两线间的电压差+2V至+6V。
三种电平之间不能直接连接，需要通过转换芯片改变电平，一般MCU端出来的电平都是TTL。
如果MCU的串口需要连接到PC端，一般有三种方法：
1、通过一个USB转TTL的芯片转换，可以放在主板上，也可以用那种转换小板，这个大家应该比较熟悉了，某宝上面随处可见。
2、通过一个TTL转232的芯片转换，然后再接一根USB转232的连接线，常用DB9接口。
3、通过一个TTL转485的芯片转换，然后再接一根USB转485的连接线。
TTL一般是板内模块间通讯用的比较多，因为串口线过长会有线损，影响通讯，因此，外接的传感器和MCU的通讯大多使用RS232和RS485这两种，像RS485，串口线即使长达一百米，也不影响正常通讯。

二、配置串口

特别说明：关于串口的配置，我专门查阅了相关的资料，发现众说纷纭，一时间搞得我也有点懵，最后，我用了一种跟大家都不太一样的方法解决了这个问题，当然，我不觉得他们说的就是错的，应该是跟树莓派硬件版本和镜像版本有关系。

我总结了一下网上关于串口的配置，基本都是修改config.txt和cmdline.txt这两个文件，于是在我把串口调试好了之后，将这两个文件的内容贴出来，做个参考。
cmdline.txt文件内容如下：

console=tty1 root=PARTUUID=88efaca1-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait quiet splash plymouth.ignore-serial-consoles

config.txt文件内容如下：
在这里插入图片描述

我这里用的是树莓派是3B+，镜像是2021-05-07-raspios-buster-armhf.img，其他版本不确定以下方法是否可行。

配置方法1：通过配置命令

sudo raspi-config    // 打开配置
sudo reboot          // 重启，如果之前没有使能，配置完之后要重启才能生效

在这里插入图片描述

配置完成后重启即可。
注意：如果同时打开了端口和shell打印，就只能用于shell调试，不能当普通串口使用，不然会导致串口数据传输不稳定，偶尔出现乱码。

配置方法2：在可视化界面的设置里面修改
在这里插入图片描述

配置完成后重启即可。
注意：如果同时打开了端口和shell打印，就只能用于shell调试，不能当普通串口使用，不然会导致串口数据传输不稳定，偶尔出现乱码。

三、串口收发测试

1、查询端口

串口的端口有两个：ttyAMA0（硬件串口）和ttyS0（mini串口），serial也有两个。
serial0：对应的shell调试串口（引脚有引出，可以直接使用）。
serial1：对应的蓝牙串口（引脚没有引出直接连接板载蓝牙，不能直接使用）。
ttyAMA0：硬件串口，默认打开，默认映射serial1。
ttyS0：mini串口，默认不打开。（据说该串口不稳定，实际测试关闭shell之后并没有出现过异常情况）
注：serial0和serial1的映射关系可以通过配置反过来（具体怎么配置这里就不说了），据说ttyAMA0比ttyS0稳定，实际测试都没有发现不稳定的情况（也可能是我测试的次数不够多，或者其他进程启动的不够多）。

查询serial端口是否打开，命令如下：

ls -l /dev            // 查询所有dev
ls -l /dev/serial     // 只查询serial

在这里插入图片描述
serial0端口对应的是树莓派物理引脚的第8脚和第10脚。

2、串口调试

我这里用的调试工具是minicom。
1）下载minicom

sudo apt-get install minicom

在这里插入图片描述

2）硬件连接
通过一个USB转TTL的模块，连接电脑和树莓派。（USB转TTL的模块可以自由选择，如果你的树莓派扩展板带有usb转ttl的芯片，也是可以使用的）
在这里插入图片描述
3）运行minicom

sudo minicom -D /dev/ttyS0  // 默认波特率为115200，-D代表端口，/dev/ttyS0 类似于windows中的COM口

在这里插入图片描述

3）PC端打开串口助手
随便打开一个串口助手，设置好波特率和com口。
在这里插入图片描述
4）PC端和树莓派相互收发数据
在minicom窗口输入字符串即可发送至PC端，窗口默认不显示键盘输入的字符串。
在PC端发送字符串，会在minicom的窗口显示出来。
minicom使用技巧：
1：输入crtl+A，再输入E，可以打开串口发送显示（默认是关闭显示的），再操作一遍则是隐藏显示。
2：输入crtl+A，再输入Q，Enter，可以退出minicom窗口。
在这里插入图片描述

四、程序编写并运行

示例代码：

#!/usr/bin/python
# -*- coding:utf-8 -*-
import serial

#ser = serial.Serial("/dev/ttyAMA0",115200)
ser = serial.Serial("/dev/ttyS0",115200)

print("serial test start ...")
ser.write("Hello Wrold !!!\n")
try:
    while True:
        ser.write(ser.read())
except KeyboardInterrupt:
    if ser != None:
        ser.close()

示例代码运行结果：
运行后PC端会收到“Hello Wrold !!!”，PC端随意发送一个字符串，树莓派会返回一样的字符串。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/0a82f08641ed459387a05b5ebedfb67d.png
注：代码运行后可通过Crtl+C退出运行。

进阶代码：
修改1：波特率改为9600
修改2：增加一个功能：通过串口来控制LED灯。

#!/usr/bin/python
# -*- coding:utf-8 -*-
import serial
import RPi.GPIO as GPIO

LED = 26
GPIO.setwarnings(False)               #禁用警告（可以不用）
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(LED,GPIO.OUT)

#ser = serial.Serial("/dev/ttyAMA0",115200)
ser = serial.Serial("/dev/ttyS0",9600)

print("serial test start ...")
ser.write("Hello Wrold !!!\n")
try:
    while True:
        rx_buf = ser.read()
        ser.write(rx_buf)

        if rx_buf == 'a':
            GPIO.output(LED,GPIO.HIGH)
            print("led on")

        if rx_buf == 'b':
            GPIO.output(LED,GPIO.LOW)
            print("led off")

except KeyboardInterrupt:
    if ser != None:
        ser.close()