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介绍
UART（通用异步接收器/发送器）是一种串行通信协议，其中数据是串行传输的，即逐位传输。异步串行通信广泛用于面向字节的传输。在异步串行通信中，一次传输一个字节的数据。
UART串行通信协议使用定义的帧结构作为其数据字节。异步通信中的帧结构包括：
- START位： 它有点表示串行通信已启动且始终为低电平。
- Data bits包：数据位可以是5到9位的包。通常我们使用8位数据包，它总是在START位之后发送。
- STOP位：通常为一位或两位。它在数据位包之后发送以指示帧结束。停止位始终为逻辑高电平。
UART框架结构
通常，异步串行通信帧由START位（1位）后跟数据字节（8位）和STOP位（1位）组成，它形成一个10位帧，如上图所示。帧也可以由2个STOP位而不是单个位组成，并且在STOP位之后还可以有一个PARITY位。
Raspberry Pi UART
Raspberry Pi有两个内置UART，如下所示：
- PL011 UART
- mini UART
PL011 UART是基于ARM的UART。该UART具有比迷你 UART 更高的吞吐量。
在Raspberry Pi 3中，mini UART用于Linux控制台输出，而PL011用于板载蓝牙模块。
在其他版本的Raspberry Pi中，PL011用于Linux控制台输出。
Mini UART使用与GPU核心频率相关的频率。因此，随着GPU核心频率的变化，UART的频率也会发生变化，从而改变UART的波特率。这使得mini UART不稳定，可能导致数据丢失或损坏。要使mini UART稳定，请修复核心频率。mini UART没有奇偶校验支持。
PL011是一款稳定的高性能UART。为了更好和有效的通信，使用PL011 UART代替迷你UART。
建议启用Raspberry Pi的UART进行串行通信。否则，我们无法进行串行通信，因为UART端口用于Linux控制台输出和蓝牙模块。
Raspberry Pi 3 UART针脚
在Raspberry Pi上配置UART
在Raspberry Pi中，在终端窗口中输入以下命令以启用UART，
sudo raspi-config
选择 – > Interfacing Options
选择“接口”选项后，选择“ Serial ”选项以启用UART
然后它会要求登录shell可通过Serial访问，选择No如下所示：
最后，它会要求启用硬件串口，选择Yes：
最后，我们的UART启用了Raspberry Pi 3的RX和TX引脚上的串行通信：
然后，重新启动Raspberry Pi。
用于UART通信的串行端口
默认情况下，mini UART映射到UART引脚（TX和RX），而PL011连接到Raspberry Pi 3上的板载蓝牙模块。
在以前版本的Raspberry Pi型号中，PL011用于Linux控制台输出（映射到UART引脚），并且没有板载蓝牙模块。
完成上述配置后，UART可用于UART引脚（GPIO14和GPIO15）。
要在Raspberry Pi 3中访问mini UART，需要分配ttyS0端口。并且为了访问Raspberry Pi 3中的PL011，分配了ttyAMA0端口。但在Raspberry Pi的其他型号中，只有ttyAMA0端口可以访问。
硬件UART端口即GPIO14（TXD）和GPIO15（RXD）也称为serial0，而连接到蓝牙模块的其他UART端口称为serial1。这些名称创建为Raspberry Pi版本可移植性的串行别名。
我们可以检查哪个UART即mini UART（ttyS0）或PL011 UART（ttyAMA0）映射到UART引脚（GPIO14和GPIO15）。要检查UART映射，请输入以下命令。
ls -l /dev
/dev/ttyS0和/dev/ttyAMA0的UART映射如下所示：
Raspberry Pi Dev端口列表与映射
测试Raspberry Pi和PC之间的串行通信
要测试我们的串行通信是否正常，请进行如下图所示的连接：
Raspberry Pi UART与PC /笔记本电脑通信
在笔记本电脑/ PC上打开终端，接收将从Raspberry Pi传输的数据。
现在，输入以下命令从Raspberry Pi终端传输数据。
echo “Hello” > /dev/ttyS0
该命令将在UART端口输出“Hello”字符串，即Tx引脚，并将其显示在PC / Laptop的终端应用程序上。
默认情况下，mini UART映射到GPIO14（TX）和GPIO15（RX）。而PL011即ttyAMA0连接到板载蓝牙模块。
例程
让我们使用UART在Raspberry Pi 3和Laptop / PC之间建立串行通信。我们可以使用Python和C执行基于UART的串行通信。
在这里，我们将在PC上响应回应。
使用Python在Raspberry Pi上进行UART通信
'''
UART communication on Raspberry Pi using Pyhton
https://www.qutaojiao.com
'''
import serial
from time import sleep
ser = serial.Serial ("/dev/ttyS0", 9600) #Open port with baud rate
while True:
received_data = ser.read() #read serial port
sleep(0.03)
data_left = ser.inWaiting() #check for remaining byte
received_data += ser.read(data_left)print (received_data) #print received data
ser.write(received_data) #transmit data serially 使用的功能：
serial.Serial(port,baudrate)
它是Serial的一个类，用于打开端口。为这个类创建实例（这里命名为ser， 我们可以使用任何名称）。
例如
ser = serial.Serial(/dev/ttyS0, 9600)
参数：
Port – 端口名称即ttyUSB0，ttyS0等或无
Baudrate – 波特率如9600,38400等。
以上功能有更多参数，但这里没有使用。因此，有关更多参数详细信息，您可以参考Python API for PySerial。
read(Size)
该功能用于读取串口数据。
参数：
Size – 要读取的字节数。默认大小为1。
返回：
从端口读取的字节数。
write(Data)
此功能用于在串行端口上传输/发送数据。
参数:
Data – 要发送的数据
返回:
写入/发送的字节数
有关更多串行API及其详细信息，您可以参考Python API for PySerial。
使用C在Raspberry Pi上进行UART通信
让我们使用C语言编写的程序在Raspberry Pi 3和Laptop / PC之间实现UART串行通信。在这里，我们使用WiringPi库在Raspberry Pi上建立UART通信。
/*
UART communication on Raspberry Pi using C (WiringPi Library)
https://www.qutaojiao.com
*/
#include
#include
#include
#include
#include
int main ()
{int serial_port ;
char dat;
if ((serial_port = serialOpen ("/dev/ttyS0", 9600)) < 0) /* open serial port */
{
fprintf (stderr, "Unable to open serial device: %sn", strerror (errno)) ;
return 1 ;
}
if (wiringPiSetup () == -1) /* initializes wiringPi setup */
{
fprintf (stdout, "Unable to start wiringPi: %sn", strerror (errno)) ;
return 1 ;
}
while(1){
if(serialDataAvail (serial_port) )
{
dat = serialGetchar (serial_port); /* receive character serially*/
printf ("%c", dat) ;
fflush (stdout) ;
serialPutchar(serial_port, dat); /* transmit character serially on port */
}
}
}Raspberry Pi终端的输出
Raspberry Pi终端的串行输出
笔记本电脑/ PC终端的输出
PC /笔记本电脑的串行输出
在PC /笔记本电脑端，我们在这里使用Realterm软件。
串行别名
在这里，我们使用了在Raspberry Pi 3中映射UART（GPIO14和GPIO15）的ttyS0端口。但在Raspberry Pi的其他型号中，它被映射到ttyAMA0，因为没有板载蓝牙模块。
因此，为Raspberry Pi 3编写的程序将在旧版Raspberry Pi上出错，因为端口名称不同。为了在端口名称中提供可移植性，在Raspbian中创建了名为serial0和serial1的串行别名。serial0是指映射到默认端口（ttyS0或ttyAMA0）的UART端口。因此，我们可以用serial0替换ttyS0或ttyAMA0。
当我们使用serial0作为UART端口而不是ttyS0或ttyAMA0时，为Raspberry Pi 3编写的程序也将在较旧的Raspberry Pi模型上运行。
在Raspberry Pi 3上交换串行端口
为了获得更好的性能，GPIO14和GPIO15上的串行通信需要使用连接到蓝牙模块的ttyAMA0端口。要使用此端口，我们应交换UART端口，即将ttyAMA0映射到GPIO14和GPIO15，同时将ttyS0（迷你UART）映射到蓝牙模块。
交换串口可以通过设备覆盖使用mini UART（ttyS0）来实现蓝牙模块，即pi3-miniuart-bt。或者可以通过设备覆盖完全禁用蓝牙，即pi3-disable-bt来完成。
要交换UART端口，请打开文件config.txt，如下所示，
sudo nano /boot/config.txt
然后将下面的行添加到文件的末尾，如下所示，
dtoverlay = pi3-miniuart-bt
或者
dtoverlay = pi3-disable-bt
添加上面的行后，将更 改保存到文件并重新启动系统。
我们可以检查串口的新映射，
ls -l /dev
UART端口的映射如下所示，
本节课完整程序下载：
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