代码收藏家技术教程 2024-01-20

Linux下树莓派与电脑之间的串口通信编程详解

1、串口基本认知

2、USB转TTL，使用ch340通信

2.1 TTL电平

2.2 串口接线方式

3、串口通信常用的API

4、代码通信实例

4.1 发送一个字符/字符串到串口

4.2 树莓读取串口数据（字符串）

4.3 双方互相通信

4.3.1 树莓派接收一个字符同时再发送字符到串口

4.3.2 树莓派子进程接收字符串父进程每一秒打印一个字符串到串口

1、串口基本认知

串行接口简称串口，也称
串行通信
接口或
串行通讯接口
（通常指
COM
接口
），是采用串行通信方式的
扩展接口
。串行
接口
（
Serial Interface
）是指数据一位一位地顺序传送。其特点是
通信线路
简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢

是设备间接线通信的一种方式

数据一位一位地顺序传送

双向通信，全双工

传送速度相对较慢

串口通信经常使用在多机通信中。不管是软件还是硬件，都存在模块化的编程思想。

● 半双工：A传数据给B，B只接收数据，什么也不能做；

● 全双工：A传数据给B的同时，B也能给A传输数据；

实现串口多机通信的协议设置：串口号，数据格式和波特率。

● 串口号：CH340软件来接收或生成串口号；

● 波特率：好比人的语速，常用的115200，9600；

● 数据格式：可以比作人交流的语种。数据位；奇偶校验位；停止位。

类似于人和人在交流沟通时，都必须使用同一种语言和语速，这样通信双方才能明白对方的内容。

2、USB转TTL，使用ch340通信

作用：将通信双方识别的电平转换为通信电平。

2.1 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
电平与单片机通信

TX
发送线（端口）
3.1

RX
接收线
(
端口）
3.0

USB
转
TTL
，使用
ch340
通信

● 我们常用的单片机，引出来的串口，如果不加其他的接口电路，出来的信号就是TTL电平；

● 如果需要看串口的打印信息，一般是需要接一个上位机的，常规的就是电脑，而现在的电脑一般的通信接口只有USB；

● 对于USB口而言，是没法和TTL串口直接通信的，因为接口不匹配，电平也不匹配，这时候就需要借助其它设备来实现接口与电平的转换；

● 常规操作是使用CH340这种芯片所制作的USB转串口模块，这个模块就可以实现TTL串口和USB之前的转换。

2.2 串口接线方式

RXD
：数据输入引脚，数据接受；

TXD
：数据发送引脚，数据发送；

3、串口通信常用的API

使用时需要包含头文件：#include <wiringSerial.h>

int serialOpen (char *device, int baud)	device:串口的地址，在Linux中就是设备所在的目录。默认一般是"/dev/ttyAMA0",我的是这样的。 baud：波特率返回：正常返回文件描述符，否则返回-1失败。	打开并初始串口
void serialClose (int fd)	fd：文件描述符	关闭fd关联的串口
void serialPutchar (int fd, unsigned char c)	fd:文件描述符 c:要发送的数据	发送一个字节的数据到串口
void serialPuts (int fd, char *s)	fd：文件描述符 s：发送的字符串，字符串要以'\0'结尾	发送一个字符串到串口
void serialPrintf (int fd, char *message, …)	fd：文件描述符 message：格式化的字符串	像使用C语言中的printf一样发送数据到串口
int serialDataAvail (int fd)	fd：文件描述符返回：串口缓存中已经接收的，可读取的字节数，-1代表错误	获取串口缓存中可用的字节数。
int serialGetchar (int fd)	fd：文件描述符返回：读取到的字符	从串口读取一个字节数据返回。如果串口缓存中没有可用的数据，则会等待10秒，如果10后还有没，返回-1 所以，在读取前，做好通过serialDataAvail判断下。
void serialFlush (int fd)	fd：文件描述符	刷新，清空串口缓冲中的所有可用的数据。
size_t read(int fd,void buf ,size_t count);	fd：文件描述符 buf：需要发送的数据缓存数组 count:发送buf中的前count个字节数据返回：实际写入的字符数，错误返回-1	这个是Linux下的标准IO库函数，需要包含头文件#include <unistd.h> 当要发送到的数据量过大时，wiringPi建议使用这个函数。
size_t read(int fd,void buf ,size_t count);	fd：文件描述符 buf：接受的数据缓存的数组 count:接收的字节数. 返回：实际读取的字符数。	这个是Linux下的标准IO库函数，需要包含头文件#include <unistd.h> 当要接收的数据量过大时，wiringPi建议使用这个函数。

注：初次使用树莓串口编程，需要配置，不然容易出错。

/* 修改 cmdline.txt文件 */
>cd /boot/
>sudo vim cmdline.txt
删除【】之间的部分
dwc_otg.lpm_enable=0 【console=ttyAMA0,115200】 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

/*修改 inittab文件 */（有的有，有的没有，没有则不用修改）
>cd /etc/
>sudo vim inittab

注释掉最后一行内容:，在前面加上 # 号
#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

sudo reboot 重启

4、代码通信实例

4.1 发送一个字符/字符串到串口

#include<wiringPi.h>
#include<wiringSerial.h>
#include<stdio.h>

int main()
{

    if(-1==wiringPiSetup()){    
        printf("初始化库错误\n");    
        return -1; 
    }    

    int fd; //Linux 的思想是：将一切IO设备，都看做文件，fd就是代表串口抽象出来的文件

    if((fd = serialOpen("/dev/ttyAMA0",9600))==-1)    //初始化串口，波特率9600
    {   
        printf("打开串口错误");
        return -1; 
    }   
    while(1)
    {   
        //serialPutchar (fd, 'w');//打印一个字符
        serialPuts (fd, "wangjian niubi\r\n");//打印字符串
        delayMicroseconds (1000000);//每一秒打印一次    
    }   

    return 0;
}

结果演示：

4.2 树莓读取串口数据（字符串）

#include <stdlib.h>
#include <wiringSerial.h>
#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#include<string.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    int fd; 

    if(wiringPiSetup() == -1) {   
        printf("硬件接口初始化失败!\n");
        exit(-1);
    }   

    fd=serialOpen("/dev/ttyAMA0",9600);//打开并初始化串口，波特率9600
    if(fd != -1){
        printf("serial open success\n");
        printf("fd=%d\n",fd);
    }   
    char cmd[128]={0};
    int n=0;
    while(1)
    {   
        int i=0;
        memset(cmd,0,128);            //情况字符数组
        while(serialDataAvail(fd)!=0)  
        {   
            char c=serialGetchar(fd);  //接受一个字节
            cmd[i]=c; //将接收到的每一个字节都存到数组中
            i++;
            if(i==7){     //当字节数超过8个的时候，需要延时一会供串口缓存   
                delay(200);   //延时200ms
            }   
        }   
        i=0;
        while(cmd[i]!=0)
        {   
            printf("%c",cmd[i]);    //将数组打印出来
            i++;
        }  
        if(i>0){  
            printf("\n");          //换行
        }
    }
    return 0;
}

结果演示：

4.3 双方互相通信

4.3.1 树莓派接收一个字符同时再发送字符到串口

#include <stdlib.h>
#include <wiringSerial.h>
#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#include<string.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    int fd; 

    if(wiringPiSetup() == -1){   
        printf("硬件接口初始化失败!\n");
        exit(-1);
    }   

    fd=serialOpen("/dev/ttyAMA0",9600);//打开并初始化串口，波特率9600
    if(fd != -1){
        printf("serial open success\n");
        printf("fd=%d\n",fd);
    }   
    while(1)
    {   
        while(serialDataAvail(fd)!=0)  
        {   
            char cmd = 0;
    
            cmd = serialGetchar (fd); 
            printf("get data:%c\n",cmd);

            if(cmd == '2'){
                serialPuts(fd,"hello 2\r\n");//串口中换行\r\n结合使用
            }   
            if(cmd == '3'){ //树莓收到字符3时，就发送hello 3这个字符串到串口
                serialPuts(fd,"hello 3\r\n");
            }   
            if(cmd == '4'){
                serialPuts(fd,"hello 4\r\n");
            }   

        }   

    }   
    return 0;
}

结果演示：

4.3.2 树莓派子进程接收字符串父进程每一秒打印一个字符串到串口

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <wiringPi.h>
#include <wiringSerial.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char cmd[128] = {0};
    wiringPiSetup();

    int fd =serialOpen("/dev/ttyAMA0",9600); //打开串口
    if(fd == -1){   //如果打开串口失败则退出程序
        printf("serialOpen failed!\n");
        return 0;
    }   

    if(fork() == 0){ //创建子进程读取串口发送来的数据
        while(1)
        {
            int i=0;
            memset(cmd,0,128);            //情况字符数组
            while(serialDataAvail(fd)!=0)  
            {   
                char c=serialGetchar(fd);  //接受一个字节
                cmd[i]=c;
                i++;
                if(i==7)     //当字节数超过8个的时候，需要延时一会供串口缓存
                {   
                    delay(200);   //延时200ms
                }   
            }   
            i=0;
            while(cmd[i]!=0)
            {   
                printf("%c",cmd[i]);    //打印十六进制
                i++;
            }   
            if(i>0){   
                printf("\n");          //换行
            }   
        }   
    }else{//父进程
        while(1)
        {
            serialPrintf(fd,"hello world!!\n"); //父进程每隔三秒发送一次hello world!!
            delay(1000);
        }
    }

    return 0;
}

结果演示：