树莓派基础实验36：通用串口通信实验

一、介绍

  对于树莓派 3B+来说，他的UART功能有三种： 1、内部蓝牙使用； 2、控制终端使用； 3、与其他设备进行串口通信。

  在树莓派基础实验35：USB TO TTL模块实验中学习了通过串口对树莓派进行控制台控制，让串口作为控制终端调试口即 serial console，但是在项目中常常会使用串口同其他传感器、单片机等设备进行通用串口通信。

  本实验中设置树莓派的串口为通用串口与PC电脑的串口调试工具进行通信。

二、组件

★Raspberry Pi 3 B+主板*1

★树莓派电源*1

★USB TO TTL模块*1

★面包板*1（可选）

★40P软排线*1

★跳线若干

三、实验原理

（一）树莓派的串口

树莓派从大的方向来说一共出了3代，每一代的CPU外设基本相同，但内核不同，外设里面一共包含两个串口，一个称之为硬件串口（/dev/ttyAMA0），一个称之为mini串口（/dev/ttyS0）。

硬件串口由硬件实现，有单独的波特率时钟源，性能高、可靠，mini串口性能低，功能也简单，并且没有波特率专用的时钟源而是由CPU内核时钟提供，因此mini串口有个致命的弱点是：波特率受到内核时钟的影响。内核若在智能调整功耗降低主频时，相应的这个mini串口的波特率便受到牵连了，虽然你可以固定内核的时钟频率，但这显然不符合低碳、节能的口号。

在所有的树莓派板卡中都通过排针将一个串口引出来了，目前除了树莓派3代以外 ，引出的串口默认是CPU的那个硬件串口。而在树莓派3代中，由于板载蓝牙模块，因此这个硬件串口被默认分配给与蓝牙模块通信了，而把那个mini串口默认分配给了排针引出的GPIO Tx Rx。

树莓派的串口默认为串口终端调试使用，如要正常使用串口则需要修改树莓派设置。关闭串口终端调试功能后则不能再通过串口登陆访问树莓派，只能通过ssh或者远程桌面连接树莓派后进行控制。

树莓派管脚图

上图红框中就是引出的串口IO（GPIO 14/15），如果我们需要通过UART外接模块，默认情况下必须得使用性能很低的mini串口了，而且随着内核主频的变化，还会造成波特率的变化导致通信的失败，几乎很难使用。所以我们一般要恢复硬件串口（/dev/ttyAMA0）与GPIO 14/15的映射关系，使得我们能够通过GPIO使用高性能的硬件串口来连接我们的串口设备。

恢复映射关系前先看下默认的映射关系：

serial0是GPIO引脚对应的串口，serial1是蓝牙对应的串口。如图所示，serial0（GPIO串口）默认使用的是ttyS0(mini串口)，serial1（蓝牙）使用的是ttyAMA0（硬件串口）。

四、实验步骤

第1步： 连接电路。与树莓派基础实验35：USB TO TTL模块实验一样，使用USB TO TTL模块连接好树莓派的串口和PC电脑的USB接口。

下图中的USB要插到笔记本电脑上哈，为方便拍照就没插上。连线很简单，电路图就没画了。

USB TO TTL模块实物接线图

第2步： 首先我们先尝试使用默认的ttyS0(mini串口)来进行通用串口通信。

（1）设置树莓派，在Raspberry Pi Configuration中将Serial Port设置为Enable，但是Serial Console都要Disable，即关闭串口控制台功能，然后必须重启树莓派生效。

（2）PC电脑上运行串口调试工具，串口驱动的安装请参考树莓派基础实验35：USB TO TTL模块实验中的内容。如下图设置好参数，点击“打开串口”。

（3）树莓派上安装minicom，启动时配置参数串口为/dev/ttyS0，波特率（9600）。在树莓派上输入信息，在PC上的串口调试工具就会收到该信息。

sudo apt-get install minicom      #安装minicom
 sudo minicom -D /dev/ttyS0 -b9600   #启动minicom

（4）PC上的串口调试工具发送字符信息，树莓派上也会显示该信息，证明两者的UART双向通信成功。

（5）这里要注意的是：进入minicom工具，按提示按CTAL -A，然后按Z后会显示帮助信息。若再按O可以进入Minicom配置界面。

进入Minicom配置界面，再选择Serial port setup，可以对树莓派的串口进行设置。

进入串口设置，可以设置树莓派串口的设备、波特率等：

第3步： 为了在树莓派3中通过GPIO使用高性能的硬件串口，我们必须将分配给蓝牙使用的硬件串口与分配给IO排针的mini串口进行对换，这必然会使得蓝牙模块的功能受到影响，不过这里我们不使用蓝牙。

（1）在/boot/overlays文件内有两个文件，README 和pi3-miniuart-bt.dtbo，首先查看有没有相关文件。

（2）README文件中说明了此文件的功能，是将树莓派3的蓝牙切换到mini串口(ttyS0)，并且恢复硬件串口(ttyAMA0)到GPIO14&15引脚中。

（3）修改配置文件

sudo vim /boot/config.txt

在该文件中加一行代码

dtoverlay=pi3-miniuart-bt

保存后重启树莓派，再查看映射关系已经改变：

（4）进入minicom，发送信息给PC串口调试工具。与第2步不同的是：启动时配置参数串口必须为/dev/ttyAMA0，波特率可以更改为其它的，这里设置为115200。

pi@raspberrypi:~ $ sudo minicom -D /dev/ttyAMA0 -b115200

经过测试，双向通信成功！这里要注意，第2步里面关闭串口控制台功能的设置不能变，即Serial Console要Disable。

补充： 前面步骤当中的部分设置使用的是图形界面配置，在不能使用图形界面时，也可以直接修改配置文件。

（1）上面串口的开启的步骤中，是在Raspberry Pi Configuration 界面中，将Serial Port选项ENable，也可以直接修改/boot/config.txt文件。

sudo vim /boot/config.txt

enable_uart=1即为Serial Port Enable串口开启，enable_uart=0即为Serial Port Disable串口关闭。

（2）上面关闭串口控制台功能，是在Raspberry Pi Configuration 界面中，将Serial Console选项Disable，可以直接修改/boot/cmdline.txt文件。

sudo vim /boot/cmdline.txt

cmdline.txt修改前

cmdline.txt修改后

去掉了“console=serial0,115200”，即Disable了串口控制台功能。