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。

树莓派（name）	T型转接板（BCM）	USB TO TTL模块
TXD	TXO	RXD
RXD	RXI	TXD
GND	GND	GND

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]，(https://www.jianshu.com/p/048fcffa3ddd)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。