树莓派3B串口通信

文章目录

树莓派3B串口通信
- 一、串口的基本认知
- - 1.1 关于电器标准和协议：
  - - RS232
    - RS422
    - RS485
  - 1.2 关于串口的电平：
  - - UART
    - RS232电平
    - TTL电平
  - 1.3 串口通信引脚接线：
  - 1.4 串口的通信协议：
- 二、树莓派串口通信开发
- - 2.1 树莓派的串口引脚：
  - 2.2 串口调试工具：
  - 2.3 查看串口驱动文件：
  - 2.4 基于WiringPi的串口通信：
  - 2.5 不使用WiringPi库自己实现串口通信：

一、串口的基本认知

串口通信（Serial Communication）是一种在计算机和外部设备或计算机之间进行的串行数据传输方式。它采用逐位（bit）顺序传输数据，相对于并行通信而言，**串口通信使用的数据线较少，在远距离通信中可以节约通信成本。**串口通信广泛应用于各种设备之间的数据传输，如计算机与外设（如打印机、鼠标、键盘等）、微控制器之间的通信等。
串口通信的基本参数包括波特率（数据传输速率）、数据位（每个数据包的位数）、停止位（用于表示单个数据包的结束）、奇偶校验位（用于错误检测）等。这些参数需要在通信双方之间预先约定，以确保数据的正确传输和解析。
串口通信的主要优点包括使用简单的线路结构、成本较低、适用于远距离通信等。然而，它也有一些缺点，如传输速度相对较慢、传输距离受限等。因此，在选择通信方式时，需要根据具体的应用场景和需求进行权衡。

1.1 关于电器标准和协议：

串行接口按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。RS-232-C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。

RS232

也称标准串口，最常用的一种[串行通讯接口,比如我们的电脑主机的9针串口，最高速率为20kb/s,RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其传送距离最大为约15米。所以RS-232适合本地设备之间的通信

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RS422

由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Slave），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。

RS-422的最大传输距离为1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比

RS485

是从RS-422基础上发展而来的，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。

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1.2 关于串口的电平：

UART

异步串行是指UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通用异步接收/发送。UART包含TTL电平的串口和RS232电平的串口

RS232电平

逻辑1为-3~-15V的电压，逻辑0为 3~15V的电压

笔记本通过RS232电平和单片机通信

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TTL电平

TTL是（Transistor-Transistor Logic），即晶体管-晶体管逻辑的简称，它是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。TTL电平信号应用广泛，是因为其数据表示采用二进制规定， +5V等价于逻辑”1”，0V等价于逻辑”0”。
数字电路中，由TTL电子元器件组成电路的电平是个电压范围，规定： 输出高电平>=2.4V，输出低电平<=0.4V；输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V
笔记本电脑通过TTL电平与单片机进行通信，需要将电脑的USB转成TTL电平，需要用到CH340工具将USB转换成TTL电平实现电脑与MCU之间的通信

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1.3 串口通信引脚接线：

RXD：数据接收引脚，
TXD：数据发送引脚
VCC：电源正极
GND：电源负极

在这里插入图片描述

1.4 串口的通信协议：

串口通信协议中的波特率、奇偶检验位和停止位等参数是非常重要的，它们决定了数据的传输方式和数据的完整性检查。以下是一些常见的串口通信参数：

波特率（Baud Rate）：

波特率是串口通信中的传输速率，它表示每秒传输的比特数。常见的波特率包括 9600、115200、57600 等。

通信的双方必须使用相同的波特率。波特率过高可能会导致数据传输错误，因此需要根据硬件和通信距离来选择适当的波特率。

数据位（Data Bits）：

数据位指定每个数据字节中的位数，通常为 5、6、7 或 8 位。大多数情况下，使用 8 位数据位以支持 8 位的二进制数据。

奇偶检验位（Parity）：

奇偶检验位用于检测数据传输中的错误。通常有以下几种选项：无校验位：不使用奇偶检验位。奇校验位：确保数据位中有奇数个 “1”。偶校验位：确保数据位中有偶数个 “1”。奇偶检验位通常用于检测单比特错误。

停止位（Stop Bits）：

停止位表示数据字节的结束。通常有 1 位和 2 位停止位选项，其中 1 位停止位是最常见的选择。这些参数通常一起组合，以确定数据的帧格式。例如，常见的串口通信设置是：

波特率：9600 数据位：8 无奇偶检验位 1 位停止位这意味着每个数据帧由 10 位组成：1 位起始位、8 位数据位、无奇偶检验位和 1 位停止位。

正确配置这些参数对于串口通信非常重要，因为通信的双方必须使用相同的参数，否则会导致数据传输错误。通常，串口设备的规格表明了所需的通信参数设置。在编程中，你需要使用相应的库函数来设置这些参数，以确保正确的数据传输和校验。

二、树莓派串口通信开发

2.1 树莓派的串口引脚：

在这里插入图片描述

前面我们在对树莓派刷机的时候，默认串口是接到蓝牙上面的，因为想要看到树莓派的启动过程，所以我们把串口配置到了调试信息上，后来我们树莓派配置完成以后我们又把串口配置成默认的了，所以这里就不需要配置了，如果想要配置我们这样做：

修改 /boot/cmdline.txt：

1. sudo vi /boot/cmdline.txt
2. 将“console=serial,115200”删除

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然后我们保存退出，接着执行下面指令重启树莓派：

sudo reboot

2.2 串口调试工具：

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使用安信可串口调试助手，亲测好用，可以调节波特率，可以设置快捷键等。

2.3 查看串口驱动文件：

Linux系统一切皆文件，每一个硬件设备对应一个文件，进入下面路径查看串口文件：

cd /dev

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2.4 基于WiringPi的串口通信：

#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <wiringSerial.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int fd;/* 发送线程函数 */
void* Sendhandler(void* arg)
{char *sendBuffer = NULL;                                    //发送缓冲区sendBuffer = (char *)malloc(128 * sizeof(char));             //分配发送缓冲区内存while(1){memset(sendBuffer, '\0', 128);                           //清空发送缓冲区printf("请输入要发送的内容：\n");scanf("%s", sendBuffer);                              //输入要发送的内容getchar();while(*sendBuffer!= '\0'){serialPutchar(fd, *sendBuffer);                         //发送数据sendBuffer++;                                           //指向下一个位置}}pthread_exit(NULL);                                       //退出线程
}/* 接收线程函数 */
void* Recvhandler(void* arg)                                    
{char readBuffer[128];                                       //接收缓冲区while(1){int len = serialDataAvail(fd);                         //检查串口是否有数据if(len > 0){memset(readBuffer, '\0', 128);                      //清空接收缓冲区for(int i=0; i<len; i++){readBuffer[i] = serialGetchar(fd);                //读取串口数据}printf("接收到的收据是: %s\n", readBuffer);}}pthread_exit(NULL);                                       //退出线程
}int main()
{pthread_t idSend;                                   //发送线程IDpthread_t idRecv;                                   //接收线程IDfd = serialOpen("/dev/ttyAMA0", 9600);              //打开串口if(fd < 0){printf("打开串口设备失败！\n");return -1;}pthread_create(&idSend, NULL, Sendhandler, NULL);   //创建发送线程pthread_create(&idRecv, NULL, Recvhandler, NULL);   //创建接收线程if(wiringPiSetup() == -1){                          //初始化wiringPiprintf("初始化wiringPi失败! \n");}pthread_join(idSend, NULL);                         //等待发送线程退出pthread_join(idRecv, NULL);                         //等待接收线程退出serialClose(fd);                                    //关闭串口return 0;
}

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2.5 不使用WiringPi库自己实现串口通信：

#ifndef __MYSERIALTOOL_H__
#define __MYSERIALTOOL_H__/*
* @Author: <NAME> 打开指定的串口设备，并设置波特率
*
* @param device 串口设备名称，如"/dev/ttyUSB0"
* @param baud 波特率，如9600、115200等
* @return 成功返回文件描述符，失败返回-1
*/
int mySerialOpen(const char *device, const int baud);/*
* @Author: 向指定的串口设备发送字符串
*
* @param fd 串口设备文件描述符
* @param str 要发送的字符串 
* @return 无
*/
void mySerialSendString(const int fd, const char *str);/*
* @Author: 从指定的串口设备读取字符串
*
* @param fd 串口设备文件描述符              
* @param buffer 读取到的字符串存放的缓冲区      
* @return 读取到的字符串的长度，失败返回-1
*/
int mySerialReadString(const int fd, char *buffer);#endif

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <stdarg.h>
#include <string.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>/*打开指定的串口设备，并设置波特率*/
int mySerialOpen(const char *device, const int baud)
{struct termios options; // 串口配置参数speed_t myBaud;         // 波特率int status, fd;         // 状态和文件描述符//根据传入的波特率参数设置相应的波特率switch(baud){case 9600:myBaud = B9600;break;case 115200:myBaud = B115200;break;default:printf("不支持的波特率！\n");return -2;}  //打开串口设备if( (fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY)) == -1){printf("无法打开串口设备\n");return -1;}// 设置文件描述符的标志为读写模式fcntl(fd, F_SETFL, O_RDWR);// 获取当前串口配置tcgetattr(fd, &options);// 设置串口为原始模式，无特殊处理cfmakeraw(&options);// 设置输入波特率cfsetispeed(&options, myBaud);// 设置输出波特率cfsetospeed(&options, myBaud);// 清除标志位并设置数据格式options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);options.c_cflag &= ~PARENB; // 无奇偶校验位options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 1个停止位options.c_cflag &= ~CSIZE; // 清除数据位options.c_cflag |= CS8; // 设置为8位数据位options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); // 非规范模式，不执行输入处理options.c_oflag &= ~OPOST; // 输出处理// 设置读取时的超时和最小接收字符数options.c_cc[VMIN] = 0;options.c_cc[VTIME] = 100; // 10秒超时// 应用串口配置tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);// 使用ioctl设置串口的DTR和RTS信号ioctl(fd, TIOCMGET, &status);status |= TIOCM_DTR;status |= TIOCM_RTS;ioctl(fd, TIOCMSET, &status);// 短暂延时usleep(10000); // 10毫秒延时return fd; // 返回文件描述符
}/*向指定的串口设备发送字符串*/
void mySerialSendString(const int fd, const char *str)
{int ret;ret = write(fd, str, strlen(str));            // 发送字符串if(ret == -1){printf("串口发送失败！\n");exit(-1);                                 // 发送失败，退出程序}
}/*从指定的串口设备读取字符串*/
int mySerialReadString(const int fd, char *buffer)
{int n_read;n_read = read(fd, buffer, 32);                // 读取串口数据if(n_read == -1){printf("串口读取失败！\n");exit(-1);                                 // 读取失败，退出程序}
}

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include "mySerialTool.h"int fd;void* readSerial(void* arg)
{char readBuffer[32] = {'\0'};                                               //定义读缓冲区while(1){memset(readBuffer, '\0', sizeof(readBuffer));                           //清空缓冲区int n_read = mySerialReadString(fd, readBuffer);                        //读取串口数据printf("从串口中读取的数据是：%s,读取了%d个字节\n", readBuffer, n_read);}pthread_exit(NULL);                                                         //线程退出
}void* sendSerial(void* arg)
{char sendBuffer[32] = {'\0'};                                               //定义发送缓冲区while(1){memset(sendBuffer, '\0', sizeof(sendBuffer));                           //清空缓冲区printf("请输入要发送的数据：\n");scanf("%s", sendBuffer);                                               //输入要发送的数据mySerialSendString(fd, sendBuffer);                                    //发送数据}pthread_exit(NULL);                                                         //线程退出
}   int main(int argc, char **argv)
{pthread_t readThread;                                   //读线程IDpthread_t sendThread;                                   //发送线程IDchar deviceName[32] = {'\0'};if(argc < 2){                                           //查看命令行参数是否存在printf("Usage: %s /dev/ttyAMA0\n");return -1;}strcpy(deviceName, argv[1]);                            //将命令行参数赋值给deviceNamefd = mySerialOpen(deviceName, 9600);                    //打开串口if(fd < 0){printf("打开串口设备失败\n");return -1;}pthread_create(&readThread, NULL, readSerial, NULL);    //创建读线程pthread_create(&sendThread, NULL, sendSerial, NULL);    //创建发送线程pthread_join(readThread, NULL);                         //等待读线程结束pthread_join(sendThread, NULL);                         //等待发送线程结束while(1){sleep(5);}close(fd);                                              //关闭串口return 0;
}