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树莓派4B学习笔记——IO通信篇（UART）

UART简介

UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART用来主机与辅助设备通信，如汽车音响与外接AP之间的通信，与PC机通信包括与监控调试器和其它器件，多用于上位机与下位机的通信。
在UART通信中，两个UART直接相互通信。 发送UART将控制设备（如CPU）的并行数据转换为串行形式，以串行方式将其发送到接收UART。只需要两条线即可在两个UART之间传输数据，数据从发送UART的Tx引脚流到接收UART的Rx引脚：
在这里插入图片描述
波特率：每秒传输二进制位数。
例：1分钟传输数据57600BYTE，帧格式10位，求波特率？
二进位：57600*10=576000/60 = 9600bit/s
UART属于异步通讯，这意味着没有时钟信号，取而代之的是在数据包中添加起始和停止位。这些位定义了数据包的开始和结束，通过识别起始位和结束位可以解析出数据。
帧格式：1位起始位+(5-8)位数据+1位奇偶校验位+(1~2)位停止位 =10位
奇校验：数据位上的1的个数+校验位上1的个数和位奇数。在这里插入图片描述
数据包的传输示意图：
在这里插入图片描述
上图来自此文。
①串口是什么？
串口就是一种通信方式（TX和RX）
②串口通信的特点
异步 全双工 串行
③串口通信数据帧
起始位 数据位(8) 【奇偶校验】 停止位
有关串口的详细介绍参考此文。

树莓派使用UART与串口屏通信

今天主要借助陶晶驰串口屏配合树莓派4B实现一个通信效果。

串口屏简介

串口屏内置一块STM32，构建了相对独立的系统，有配套的软件能够进行图形化编程，极大地降低了界面设计的时间和难度，而且还有各种控件以便于灵活实现更多功能，可以通过串口完成对各类控件的操作，有很强的实用性。
在这里插入图片描述
有关陶晶驰串口屏的具体使用可以参考官网的资料。

硬件连接

将串口屏的TX、RX与树莓派的UART硬件接口连接，注意交叉。(没有屏幕的同学也可以使用USB转TTL连接树莓派，然后安装陶晶驰的开发环境，在线仿真也可。)

树莓派 串口屏
5V VCC
板载编码8脚（TX） RX
板载编码10脚（RX） TX
GND GND

在这里插入图片描述

配置串口接口

树莓派一共有两个串口如下图所示：（来自B站树小悉）
在这里插入图片描述
这里还需要注意，树莓派的串口分为了主串口和辅助串口；
（硬件串口标识符为ttyAMA0；主串口标识符为serial0；辅助串口的标识符为serial1）。本此介绍使用的是硬件串口和主串口，利用引脚通信。
请添加图片描述

树莓派打开UART接口

跟之前类似，打开Serial Port，关闭Serail Console，点击OK，会提示重启。
在这里插入图片描述
点击Yes等待重启。
在这里插入图片描述
重启完毕后，打开命令终端，输入ls /dev -al 回车。（若重启失败，先把串口屏拔下来，重启完毕后再接上去）
在这里插入图片描述
下拉找到串口，此时发现，主串口（serial0）指向了mini串口，辅助串口（serial1）指向了硬件串口（ttyAM0）;这与我们所需要将主串口指向硬件串口，所以需要进一步修改配置。
在这里插入图片描述
利用nano编辑器打开并修改config.txt，具体步骤如下：
（1）在终端输入：sudo nano /boot/config.txt 回车，弹出下图画面，利用滚轮来到文件末尾。 在这里插入图片描述
（2）添加如下代码：
dtoverlay=pi3-miniuart-bt
force_turbo=1
在这里插入图片描述
按Ctrl＋S保存，Ctrl+X返回。
然后再次重启树莓派，输入sudo reboot 等待重启完成
再次打开终端，输入ls /dev -al 回车此时上滑找到串口发现已经修改为主串口指向硬件串口了。
在这里插入图片描述

树莓派安装串口调试助手

为了验证树莓派串口有没有真的工作，需要安装一个minicom的串口助手来验证一下。
安装步骤：打开终端输入：sudo apt-get install minicom回车等待下载和安装，安装过程中有提示，直接输入Y回车。
在这里插入图片描述
安装完成后需要先将USB转TTL连接到树莓派，然后打开电脑的串口调试助手，连接到CH340（波特率9600八位数据一位停止）。
在这里插入图片描述
同时打开树莓派的串口助手：
在终端输入命令： minicom -D /dev/ttyAMA0 -b 9600回车即可进入。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在电脑端输入abcd点击发送，可以发现在树莓派上有了显示，表示串口开启OK。此时我们需要退出minicom ,退出步骤：首先Ctrl＋A，然后按Z；最后按X，选是即可退出。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

编程实现

验证了串口功能后，我们开始利用串口编程，在编程之前，根据前面的经验，我还是需要先了解一下WiringPi的串口库给我们提供了哪些可以调用的函数。
之前一直没提这个库是怎么查询的，在这里说明一下：
安装后wiringpi的库后我们可以载可以在/usr/linclude找到wiringPi相关的头文件如下图所示：
wiringPi.h 基本IO驱动和常用配置定义；
wiringPiI2C.h I2C驱动的头文件；
wiringPiSPI.h SPI驱动的头文件;
wiringSerial.h Serial驱动的头文件;
在这里插入图片描述

wiringSerial.h Serial简介

双击wiringSerial.h Serial.h，我们可以看见有以下几个函数：
在这里插入图片描述
具体解释转载与此文。
extern int serialOpen (const char *device, const int baud) ;//打开串口，输入设备描述符和串口波特率，返回串口的设备ID
extern void serialClose (const int fd) ;//关闭串口，
extern void serialFlush (const int fd) ;//清空缓存区
extern void serialPutchar (const int fd, const unsigned char c) ;//输出一个字符
extern void serialPuts (const int fd, const char *s) ;//输出字符串
extern void serialPrintf (const int fd, const char *message, …) ;//格式化输出
extern int serialDataAvail (const int fd) ;//返回设备缓存区接收到的数据个数
extern int serialGetchar (const int fd) ;//从设备ID读取一个字符

C语言实现

此处转载的此文。
打开Geany输入以下代码：

// An highlighted block
#include<wiringPi.h>
#include<wiringSerial.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<time.h>
void delay_ms(int ms);
int main()
{
    int filedevid;
    int recbytenum;
    int i;
    char buf[1024];
    memset(buf,0,1024);
    wiringPiSetup();
    if((filedevid=serialOpen("/dev/ttyAMA0",115200))<0)//打开串口
    {
        printf("/dev/ttyAMA0 Open Faild\r\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("/dev/ttyAMA0 Open with 115200, success\r\n");
        while(1)
        {
            recbytenum = serialDataAvail(filedevid);//记录接受到的数据个数
            if(recbytenum > 1)//如果接收到
            {
                i=0;
                while(recbytenum--)
                {
                    buf[i++] = serialGetchar(filedevid);//读出缓存区的数据
                }
               printf("Rpi uart recv: %s\r\n",buf);输出在终端
                serialPrintf(filedevid,"Rpi uart send: %s\r\n",buf);//通过串口打印到上位机啊。
                memset(buf,0,1024);
            }
        }
    }
}

上述代码效果如下：
在这里插入图片描述

树莓派UART与串口屏通信

C语言代码如下：

//树莓派通过串口屏输出两个通道正弦波形。
#include<wiringPi.h>
#include<wiringSerial.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<time.h>

#define uchar unsigned char
#define uint  unsigned int
int filedevid;
int second,minute,hour,day,month,week,year,zwc,fwc,wdc,bal,txt,wendu;
char endbuf[]={0xff,0xff,0xff};
char buf[64];

//唤醒屏幕准备通信
void UART_Send_start(void)
{
	 delay(10);
	 serialPuts (filedevid,(char *)endbuf);//发送结束标志0xff,0xff,0xff包尾
	 delay(10);
}
int main()
{
     uint ch0,ch1;
     signed int i,j;
     second=50;minute=48;hour=12;day=15;month=7;week=2;year=16;bal=0;txt=0;wendu=0;

    wiringPiSetup();
    if((filedevid=serialOpen("/dev/ttyAMA0",9600))<0)//打开串口
    {
        printf("/dev/ttyAMA0 Open Faild\r\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("/dev/ttyAMA0 Open with 9600, success\r\n");
        UART_Send_start();//初始化串口屏
        serialPuts (filedevid,"page 0");//切换到初始页面
        serialPuts (filedevid,(char *)endbuf);//发送结束标志0xff,0xff,0xff包尾
        delay(1000);//等待屏幕启动
        
        while(1)
        {
            j= 32;
			for(i=0;i<sizeof(zhengxianbo);i++) 	//正弦波显示
			{

			 ch0 = zhengxianbo[i]/3+40;
			 ch1 = zhengxianbo[j++]/3+40;
			 if(j>=sizeof(zhengxianbo))
			 j = 0;
			 sprintf(buf,"add 1,0,%d",ch0);//将波形数据打包
			 serialPuts(filedevid,(char *)buf);
	 		 serialPuts (filedevid,(char *)endbuf);//发送结束标志0xff,0xff,0xff包尾
			 sprintf(buf,"add 1,1,%d",ch1);//将波形数据打包
			 serialPuts(filedevid,(char *)buf);
	 		 serialPuts (filedevid,(char *)endbuf);//发送结束标志0xff,0xff,0xff包尾
        }
    }
}
}
//此处展示的代码不全，有需要的点赞收藏私信笔者免费获取。

效果如下：
在这里插入图片描述

总结

有关树莓派串口的记录就到这里，到此笔者关于树莓派的基础部分笔记也就结束了，后面会根据情况更新进阶版的，前面有关内容如果存在不妥之处欢迎批评指正，此系列到此基本画上了句号。如果觉得对你有帮助记得点赞收藏加关注。

树莓派4B入门学习笔记汇总

树莓派4B学习笔记——系统烧录及初次开机
树莓派4B学习笔记——点亮你的LED
树莓派4B学习笔记——IO输入检测
树莓派4B学习笔记——IO通信篇（I2C）
树莓派4B学习笔记——IO通信篇（SPI）
树莓派4B学习笔记——IO通信篇（1-Wire）
树莓派4B学习笔记——IO通信篇（UART）

版权声明：本文为CSDN博主「小向是个Der」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_41954556/article/details/122945322

UART简介

UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART用来主机与辅助设备通信，如汽车音响与外接AP之间的通信，与PC机通信包括与监控调试器和其它器件，多用于上位机与下位机的通信。
在UART通信中，两个UART直接相互通信。 发送UART将控制设备（如CPU）的并行数据转换为串行形式，以串行方式将其发送到接收UART。只需要两条线即可在两个UART之间传输数据，数据从发送UART的Tx引脚流到接收UART的Rx引脚：
在这里插入图片描述
波特率：每秒传输二进制位数。
例：1分钟传输数据57600BYTE，帧格式10位，求波特率？
二进位：57600*10=576000/60 = 9600bit/s
UART属于异步通讯，这意味着没有时钟信号，取而代之的是在数据包中添加起始和停止位。这些位定义了数据包的开始和结束，通过识别起始位和结束位可以解析出数据。
帧格式：1位起始位+(5-8)位数据+1位奇偶校验位+(1~2)位停止位 =10位
奇校验：数据位上的1的个数+校验位上1的个数和位奇数。在这里插入图片描述
数据包的传输示意图：
在这里插入图片描述
上图来自此文。
①串口是什么？
串口就是一种通信方式（TX和RX）
②串口通信的特点
异步 全双工 串行
③串口通信数据帧
起始位 数据位(8) 【奇偶校验】 停止位
有关串口的详细介绍参考此文。

树莓派使用UART与串口屏通信

今天主要借助陶晶驰串口屏配合树莓派4B实现一个通信效果。

串口屏简介

串口屏内置一块STM32，构建了相对独立的系统，有配套的软件能够进行图形化编程，极大地降低了界面设计的时间和难度，而且还有各种控件以便于灵活实现更多功能，可以通过串口完成对各类控件的操作，有很强的实用性。
在这里插入图片描述
有关陶晶驰串口屏的具体使用可以参考官网的资料。

硬件连接

将串口屏的TX、RX与树莓派的UART硬件接口连接，注意交叉。(没有屏幕的同学也可以使用USB转TTL连接树莓派，然后安装陶晶驰的开发环境，在线仿真也可。)

树莓派 串口屏
5V VCC
板载编码8脚（TX） RX
板载编码10脚（RX） TX
GND GND

在这里插入图片描述

配置串口接口

树莓派一共有两个串口如下图所示：（来自B站树小悉）
在这里插入图片描述
这里还需要注意，树莓派的串口分为了主串口和辅助串口；
（硬件串口标识符为ttyAMA0；主串口标识符为serial0；辅助串口的标识符为serial1）。本此介绍使用的是硬件串口和主串口，利用引脚通信。
请添加图片描述

树莓派打开UART接口

跟之前类似，打开Serial Port，关闭Serail Console，点击OK，会提示重启。
在这里插入图片描述
点击Yes等待重启。
在这里插入图片描述
重启完毕后，打开命令终端，输入ls /dev -al 回车。（若重启失败，先把串口屏拔下来，重启完毕后再接上去）
在这里插入图片描述
下拉找到串口，此时发现，主串口（serial0）指向了mini串口，辅助串口（serial1）指向了硬件串口（ttyAM0）;这与我们所需要将主串口指向硬件串口，所以需要进一步修改配置。
在这里插入图片描述
利用nano编辑器打开并修改config.txt，具体步骤如下：
（1）在终端输入：sudo nano /boot/config.txt 回车，弹出下图画面，利用滚轮来到文件末尾。 在这里插入图片描述
（2）添加如下代码：
dtoverlay=pi3-miniuart-bt
force_turbo=1
在这里插入图片描述
按Ctrl＋S保存，Ctrl+X返回。
然后再次重启树莓派，输入sudo reboot 等待重启完成
再次打开终端，输入ls /dev -al 回车此时上滑找到串口发现已经修改为主串口指向硬件串口了。
在这里插入图片描述

树莓派安装串口调试助手

为了验证树莓派串口有没有真的工作，需要安装一个minicom的串口助手来验证一下。
安装步骤：打开终端输入：sudo apt-get install minicom回车等待下载和安装，安装过程中有提示，直接输入Y回车。
在这里插入图片描述
安装完成后需要先将USB转TTL连接到树莓派，然后打开电脑的串口调试助手，连接到CH340（波特率9600八位数据一位停止）。
在这里插入图片描述
同时打开树莓派的串口助手：
在终端输入命令： minicom -D /dev/ttyAMA0 -b 9600回车即可进入。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在电脑端输入abcd点击发送，可以发现在树莓派上有了显示，表示串口开启OK。此时我们需要退出minicom ,退出步骤：首先Ctrl＋A，然后按Z；最后按X，选是即可退出。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

编程实现

验证了串口功能后，我们开始利用串口编程，在编程之前，根据前面的经验，我还是需要先了解一下WiringPi的串口库给我们提供了哪些可以调用的函数。
之前一直没提这个库是怎么查询的，在这里说明一下：
安装后wiringpi的库后我们可以载可以在/usr/linclude找到wiringPi相关的头文件如下图所示：
wiringPi.h 基本IO驱动和常用配置定义；
wiringPiI2C.h I2C驱动的头文件；
wiringPiSPI.h SPI驱动的头文件;
wiringSerial.h Serial驱动的头文件;
在这里插入图片描述

wiringSerial.h Serial简介

双击wiringSerial.h Serial.h，我们可以看见有以下几个函数：
在这里插入图片描述
具体解释转载与此文。
extern int serialOpen (const char *device, const int baud) ;//打开串口，输入设备描述符和串口波特率，返回串口的设备ID
extern void serialClose (const int fd) ;//关闭串口，
extern void serialFlush (const int fd) ;//清空缓存区
extern void serialPutchar (const int fd, const unsigned char c) ;//输出一个字符
extern void serialPuts (const int fd, const char *s) ;//输出字符串
extern void serialPrintf (const int fd, const char *message, …) ;//格式化输出
extern int serialDataAvail (const int fd) ;//返回设备缓存区接收到的数据个数
extern int serialGetchar (const int fd) ;//从设备ID读取一个字符

C语言实现

此处转载的此文。
打开Geany输入以下代码：

// An highlighted block
#include<wiringPi.h>
#include<wiringSerial.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<time.h>
void delay_ms(int ms);
int main()
{
    int filedevid;
    int recbytenum;
    int i;
    char buf[1024];
    memset(buf,0,1024);
    wiringPiSetup();
    if((filedevid=serialOpen("/dev/ttyAMA0",115200))<0)//打开串口
    {
        printf("/dev/ttyAMA0 Open Faild\r\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("/dev/ttyAMA0 Open with 115200, success\r\n");
        while(1)
        {
            recbytenum = serialDataAvail(filedevid);//记录接受到的数据个数
            if(recbytenum > 1)//如果接收到
            {
                i=0;
                while(recbytenum--)
                {
                    buf[i++] = serialGetchar(filedevid);//读出缓存区的数据
                }
               printf("Rpi uart recv: %s\r\n",buf);输出在终端
                serialPrintf(filedevid,"Rpi uart send: %s\r\n",buf);//通过串口打印到上位机啊。
                memset(buf,0,1024);
            }
        }
    }
}

上述代码效果如下：
在这里插入图片描述

树莓派UART与串口屏通信

C语言代码如下：

//树莓派通过串口屏输出两个通道正弦波形。
#include<wiringPi.h>
#include<wiringSerial.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<time.h>

#define uchar unsigned char
#define uint  unsigned int
int filedevid;
int second,minute,hour,day,month,week,year,zwc,fwc,wdc,bal,txt,wendu;
char endbuf[]={0xff,0xff,0xff};
char buf[64];

//唤醒屏幕准备通信
void UART_Send_start(void)
{
	 delay(10);
	 serialPuts (filedevid,(char *)endbuf);//发送结束标志0xff,0xff,0xff包尾
	 delay(10);
}
int main()
{
     uint ch0,ch1;
     signed int i,j;
     second=50;minute=48;hour=12;day=15;month=7;week=2;year=16;bal=0;txt=0;wendu=0;

    wiringPiSetup();
    if((filedevid=serialOpen("/dev/ttyAMA0",9600))<0)//打开串口
    {
        printf("/dev/ttyAMA0 Open Faild\r\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("/dev/ttyAMA0 Open with 9600, success\r\n");
        UART_Send_start();//初始化串口屏
        serialPuts (filedevid,"page 0");//切换到初始页面
        serialPuts (filedevid,(char *)endbuf);//发送结束标志0xff,0xff,0xff包尾
        delay(1000);//等待屏幕启动
        
        while(1)
        {
            j= 32;
			for(i=0;i<sizeof(zhengxianbo);i++) 	//正弦波显示
			{

			 ch0 = zhengxianbo[i]/3+40;
			 ch1 = zhengxianbo[j++]/3+40;
			 if(j>=sizeof(zhengxianbo))
			 j = 0;
			 sprintf(buf,"add 1,0,%d",ch0);//将波形数据打包
			 serialPuts(filedevid,(char *)buf);
	 		 serialPuts (filedevid,(char *)endbuf);//发送结束标志0xff,0xff,0xff包尾
			 sprintf(buf,"add 1,1,%d",ch1);//将波形数据打包
			 serialPuts(filedevid,(char *)buf);
	 		 serialPuts (filedevid,(char *)endbuf);//发送结束标志0xff,0xff,0xff包尾
        }
    }
}
}
//此处展示的代码不全，有需要的点赞收藏私信笔者免费获取。

效果如下：
在这里插入图片描述

总结

有关树莓派串口的记录就到这里，到此笔者关于树莓派的基础部分笔记也就结束了，后面会根据情况更新进阶版的，前面有关内容如果存在不妥之处欢迎批评指正，此系列到此基本画上了句号。如果觉得对你有帮助记得点赞收藏加关注。

树莓派4B入门学习笔记汇总

树莓派4B学习笔记——系统烧录及初次开机
树莓派4B学习笔记——点亮你的LED
树莓派4B学习笔记——IO输入检测
树莓派4B学习笔记——IO通信篇（I2C）
树莓派4B学习笔记——IO通信篇（SPI）
树莓派4B学习笔记——IO通信篇（1-Wire）
树莓派4B学习笔记——IO通信篇（UART）

版权声明：本文为CSDN博主「小向是个Der」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_41954556/article/details/122945322

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