樹莓派從零開始快速入門第9講——串口

一、前言

串口是嵌入式環(huán)境里面使用最多的通訊方式之一，相信很多接觸過單片機(jī)的同學(xué)對串口或多或少都有些了解，老規(guī)矩，通信原理和相關(guān)的一些參數(shù)（如：波特率）我就不介紹了，這些東西都比較簡單，不清楚的同學(xué)自行查閱相關(guān)資料，我主要講一下大家可能不太清楚的一些知識點(diǎn)。

串口的冷門知識：

串口的類型其實(shí)不止一種，串口常用的電平有三種：TTL、RS232、RS485，還有一種不常見的RS422，不常用的我就不說了，我主要講一下常用的這三種電平的區(qū)別。

TTL：電壓范圍0V至+5V，高電平>2.4V，低電平<0.4V，一般MCU直接輸出的串口就是TTL電平的。

RS232：電壓范圍-15V至+15V，高電平為-3V至-15V，低電平為+3V至+15V。

RS485：電壓范圍-7V至+12V，不同于TTL和RS232，RS485采用的差分信號負(fù)邏輯，高電平為兩線間的電壓差-2V至-6V，低電平為兩線間的電壓差+2V至+6V。

三種電平之間不能直接連接，需要通過轉(zhuǎn)換芯片改變電平，一般MCU端出來的電平都是TTL。

如果MCU的串口需要連接到PC端，一般有三種方法：

1、通過一個USB轉(zhuǎn)TTL的芯片轉(zhuǎn)換，可以放在主板上，也可以用那種轉(zhuǎn)換小板，這個大家應(yīng)該比較熟悉了，某寶上面隨處可見。
2、通過一個TTL轉(zhuǎn)232的芯片轉(zhuǎn)換，然后再接一根USB轉(zhuǎn)232的連接線，常用DB9接口。
3、通過一個TTL轉(zhuǎn)485的芯片轉(zhuǎn)換，然后再接一根USB轉(zhuǎn)485的連接線。

TTL一般是板內(nèi)模塊間通訊用的比較多，因?yàn)榇诰€過長會有線損，影響通訊，因此，外接的傳感器和MCU的通訊大多使用RS232和RS485這兩種，像RS485，串口線即使長達(dá)一百米，也不影響正常通訊。

二、配置串口

特別說明：關(guān)于串口的配置，我專門查閱了相關(guān)的資料，發(fā)現(xiàn)眾說紛紜，一時(shí)間搞得我也有點(diǎn)懵，最后，我用了一種跟大家都不太一樣的方法解決了這個問題，當(dāng)然，我不覺得他們說的就是錯的，應(yīng)該是跟樹莓派硬件版本和鏡像版本有關(guān)系。

我總結(jié)了一下網(wǎng)上關(guān)于串口的配置，基本都是修改config.txt和cmdline.txt這兩個文件，于是在我把串口調(diào)試好了之后，將這兩個文件的內(nèi)容貼出來，做個參考。
cmdline.txt文件內(nèi)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文件內(nèi)容如下：

我這里用的是樹莓派是3B+，鏡像是2021-05-07-raspios-buster-armhf.img，其他版本不確定以下方法是否可行。

配置方法1：通過配置命令

sudo raspi-config    // 打開配置
sudo reboot          // 重啟，如果之前沒有使能，配置完之后要重啟才能生效

配置完成后重啟即可。

注意：如果同時(shí)打開了端口和shell打印，就只能用于shell調(diào)試，不能當(dāng)普通串口使用，不然會導(dǎo)致串口數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)亂碼。

配置方法2：在可視化界面的設(shè)置里面修改

配置完成后重啟即可。

注意：如果同時(shí)打開了端口和shell打印，就只能用于shell調(diào)試，不能當(dāng)普通串口使用，不然會導(dǎo)致串口數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)亂碼。

三、串口收發(fā)測試

1、查詢端口

串口的端口有兩個：ttyAMA0（硬件串口）和ttyS0（mini串口），serial也有兩個。

serial0：對應(yīng)的shell調(diào)試串口（引腳有引出，可以直接使用）。

serial1：對應(yīng)的藍(lán)牙串口（引腳沒有引出直接連接板載藍(lán)牙，不能直接使用）。

ttyAMA0：硬件串口，默認(rèn)打開，默認(rèn)映射serial1。

ttyS0：mini串口，默認(rèn)不打開。（據(jù)說該串口不穩(wěn)定，實(shí)際測試關(guān)閉shell之后并沒有出現(xiàn)過異常情況）

注：serial0和serial1的映射關(guān)系可以通過配置反過來（具體怎么配置這里就不說了），據(jù)說ttyAMA0比ttyS0穩(wěn)定，實(shí)際測試都沒有發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定的情況（也可能是我測試的次數(shù)不夠多，或者其他進(jìn)程啟動的不夠多）。

查詢serial端口是否打開，命令如下：

ls -l /dev            // 查詢所有dev
ls -l /dev/serial     // 只查詢serial

serial0端口對應(yīng)的是樹莓派物理引腳的第8腳和第10腳。

2、串口調(diào)試

我這里用的調(diào)試工具是minicom。

1）下載minicom

sudo apt-get install minicom

2）硬件連接

通過一個USB轉(zhuǎn)TTL的模塊，連接電腦和樹莓派。（USB轉(zhuǎn)TTL的模塊可以自由選擇，如果你的樹莓派擴(kuò)展板帶有usb轉(zhuǎn)ttl的芯片，也是可以使用的）

3）運(yùn)行minicom

sudo minicom -D /dev/ttyS0  // 默認(rèn)波特率為115200，-D代表端口，/dev/ttyS0 類似于windows中的COM口

3）PC端打開串口助手

隨便打開一個串口助手，設(shè)置好波特率和com口。

4）PC端和樹莓派相互收發(fā)數(shù)據(jù)

在minicom窗口輸入字符串即可發(fā)送至PC端，窗口默認(rèn)不顯示鍵盤輸入的字符串。

在PC端發(fā)送字符串，會在minicom的窗口顯示出來。

minicom使用技巧：

1：輸入crtl+A，再輸入E，可以打開串口發(fā)送顯示（默認(rèn)是關(guān)閉顯示的），再操作一遍則是隱藏顯示。

2：輸入crtl+A，再輸入Q，Enter，可以退出minicom窗口。

四、程序編寫并運(yùn)行

示例代碼：

#!/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()

示例代碼運(yùn)行結(jié)果：

運(yùn)行后PC端會收到“Hello Wrold !!!”，PC端隨意發(fā)送一個字符串，樹莓派會返回一樣的字符串。

注：代碼運(yùn)行后可通過Crtl+C退出運(yùn)行。

進(jìn)階代碼：

修改1：波特率改為9600
修改2：增加一個功能：通過串口來控制LED燈。

#!/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()

進(jìn)階代碼運(yùn)行結(jié)果：

和預(yù)期的一樣，波特率9600，串口通信依然正常，PC端發(fā)送打開LED燈，發(fā)送b關(guān)閉LED燈。

五、結(jié)束語

總結(jié)一下串口的配置，樹莓派的串口有兩個，但是只有一個是有用排針引出來，所以先要把調(diào)試串口或硬件串口映射到引出來的那對引腳，然后再編寫串口收發(fā)的程序即可。

好了，這一講的內(nèi)容就這么多了，如果對你有幫助，可以點(diǎn)個贊或者給個收藏，如果想了解更多樹莓派的知識可以關(guān)注我，后續(xù)我會繼續(xù)更新更多的教程，謝謝！