串口通信

1. 本节介绍

📝本节您将学习如何通过将PICO2开发板的GPIO引脚复用为串口(UART)功能并输出和接收串口数据；

🏆学习目标

1️⃣如何将引脚配置为UART模式，与外部串口(UART)设备进行发送和接收数据。

2️⃣如何进行简单的串口回环测试。

2. 串口通信介绍

串口是指外设和处理器之间通过数据信号线、地线和控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。尽管传输速度比并行传输低。但串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本。

串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验位，这些参数在两个通信端口之间必须一致。

串口通信参数介绍

串口通信参数包括波特率（Baud Rate）、数据位（Data Bits）、校验位（Parity Bits）、停止位（Stop Bits）等。这些参数描述了传输数据的基本规格。例如，波特率定义了数据传输的速率，数据位确定每个数据字节中包含的位数，校验位用于数据的差错检测，停止位表示数据传输结束的标志等。

波特率：衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的 bit 的个数。
数据位：衡量通信中实际数据位的参数，表示一个信息包里包含的数据位的个数。
停止位：用于表示单个信息包的最后位，典型值为 1、1.5 和 2 位。由于数据是在传输线上传输的，每个设备都有自己的时钟，很有可能在通信过程中出现不同步，停止位不仅仅表示传输的结束，还能提供校正时钟同步的机会。停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率也越慢。
奇偶检验位：表示一种简单的检查错误的方式。

关于更为详细的介绍请搜索百度。

串口通信的底层实现

串口通信协议定义了在串口上进行数据交换的规则和格式。常见的串口通信协议包括ASCII协议、Modbus协议、RS-232协议等。协议规定了数据的帧结构、数据格式、校验方式等，确保发送和接收双方按照相同的规则进行数据交换，从而实现数据的正确传输和解析。

串口通信是一位一位地传输，每传输一个字符总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平），后面由 7 位数据位组成，接着是一位校验位，最后是停止位。停止位后面是不定长的空闲位，停止位和空闲位都规定为高电平。

优势及作用

串口是计算机和外部设备之间最常见的通信接口之一，具有重要的作用和广泛的应用。在计算机领域，串口的重要性体现在以下几个方面：

数据传输：串口是一种常用的数据传输接口。通过串口，计算机可以与各种外部设备进行数据交换和通信。无论是传感器、执行器、显示器、打印机还是其他外部设备，串口通信都可以实现数据的传输和控制。
远程控制和监控：串口通信被广泛应用于远程控制和监控领域。通过串口，计算机可以远程控制设备的动作，并实时监测设备的状态和数据信息。这在工业控制、自动化系统、远程监控等场景中具有重要的作用。
调试和故障排查：串口通信是调试和故障排查的重要工具。通过串口，计算机可以与嵌入式系统、单片机等进行通信，实时监控和调试程序，输出调试信息，进行错误定位和排查，并对系统进行状态监测和故障诊断。
硬件连接：串口可以作为计算机与各种外部设备之间的连接桥梁。通过串口，可以连接和控制各类外部设备，如传感器、执行器、外围设备等。串口能够提供稳定的数据传输和双向通信功能。
通信协议：串口通信协议是计算机与外部设备之间数据传输的规范和约定。通过定义不同的协议，可以实现不同设备之间的数据交互和通信。常见的串口通信协议有UART、RS-232、RS-485等。

总之，串口对于计算机和外部设备之间的通信具有重要的作用。它是数据传输、远程控制和监控、调试和故障排查的关键工具，是计算机与外部设备连接和通信的桥梁。通过串口通信，可以实现与各种外部设备的数据交互，提高系统的功能和性能。

3. RP2350的串口说明

有两个 UART，UART0 和 UART1。

UART0 可以映射到 GPIO 0/1、2/3、12/13 、14/15 、16/17 和 18/19。
UART1 可以映射到 GPIO 4/5、6/7、8/9、10/11、20/21、26/27。

不是所有的引脚都支持串口功能，只有特定的引脚才支持。这个需要大家去根据数据手册进行查找。也可以参考下方我们总结的外设引脚分布图。

4. 串口通信的硬件连接

串口通信是要有两个设备，并且两个设备都有串口功能才能够通信。现在我们的开发板上的串口功能有了，那跟谁跟哪一个设备通信呢？

需要一个 USB转TTL模块，它可以将USB的数据转为TTL的串口数据。通过这个模块我们就可以跟电脑通信，方便我们查看数据。

5. 实现串口通信的方式

使用`machine.UART`

machine.UART 类是 MicroPython 中用于控制串口外设的核心模块。通过该模块，我们可以轻松地管理微控制器上的串口外设进行通信。

要使用 machine.UART，需要导入该模块：

from machine import UART

构造函数

uart0 = UART(id, baudrate, bits, parity, stop, tx, rx ...)

参数说明

id：使用的是哪一个串口号。使用UART0填0，使用UART1填1。
baudrate： 串口波特率。
bits：(可不配置)：数据位的位数，默认8位数据位。
parity：(可不配置)：校验位的位数，默认无校验位。
stop：（可不配置）：停止位的位数，默认1位停止位。
tx：串口的数据发送引脚配置，使用时请确保配置引脚支持串口功能。
rx：串口的数据接收引脚配置，使用时请确保配置引脚支持串口功能。

可能支持的其他仅关键字参数包括：

txbuf 指定 TX 缓冲区的字符长度。
rxbuf 指定 RX 缓冲区的字符长度。
timeout 指定等待第一个字符的时间（以毫秒为单位）。
timeout_char 指定在字符之间等待的时间（以毫秒为单位）。
invert 指定要反转的行。

示例：

from machine import UART
# 配置GPIO4/5为串口1的发送/接收引脚，波特率为9600
uart1 = UART(1, baudrate=9600, tx=Pin(4), rx=Pin(5))

方法总结

重新初始化引脚配置

UART.init(baudrate=9600, bits=8, parity=None, stop=1, *, ...)

使用给定的参数初始化 UART 总线。除了没有 id 参数，其他跟UART构造函数基本一致.

数据发送

UART.write(buf)

将字节缓冲区数据写入 UART 总线进行发送。

buf：要写入的数据

返回值：写入或 None 超时的字节数。

数据接收

UART.read([nbytes])

读取字符。如果 nbytes 指定，则最多读取 nbytes 个字节，否则读取尽可能多的数据。字节。如果超时，它可能会更快返回。超时可在构造函数中配置。

返回值：包含读入字节的字节对象。None 超时时返回。

UART.readinto(buf[, nbytes])

将字节读入buf。如果 nbytes 指定，则最多读取那么多字节。否则，最多读取 len(buf) 字节。如果超时，它可能会更快返回。超时可在构造函数中配置。

返回值：读取并存储到 buf 或 None 超时的字节数。

UART.readline()

读取一行，以换行符结尾。如果达到超时，它可能会更快返回。超时可在构造函数中配置。

返回值：读取或 None 超时的行。

查询有无数据

UART.any()

返回一个整数，计算可以在不阻塞的情况下读取的字符数。如果没有可用字符，则返回 0，如果有字符，则返回正数。即使有多个字符可供读取，该方法也可能返回 1。

6. 串口通信实验

🏆学习目标

1️⃣如何将引脚配置为UART模式，与外部串口(UART)设备进行发送和接收数据。

2️⃣如何进行简单的串口回环测试。

代码验证

将引脚配置为UART模式，与外部串口(UART)设备进行发送和接收数据。

这里使用USB转TTL模块，让RP2350与电脑进行串口通信。

from machine import UART
import time

# 初始化UART0，波特率为115200
# 配置该串口0的TX发送引脚为0，串口0的RX接收引脚为1
uart = UART(0, baudrate=115200, tx=0, rx=1)

# 确保UART已经初始化
if uart:
    print("UART0 initialized")

    # 发送一个字符串
    uart.write('Hello from RP2350 UART0!\n')

    # 主循环
    while True:
        # 检查是否有数据可读
        if uart.any():
            # 读取数据
            data = uart.read()
            # 打印接收到的数据
            print('Received:', data.decode('utf-8'))
else:
    print("Failed to initialize UART0")

效果：

进行简单的串口回环测试

这里使用GPIO4/5创建UART1，将两个引脚短接。这样我们发数据出去就会被自己接收到，接收到后我们输出到IDE的REPL命令栏。

from machine import UART, Pin
import time

# 创建UART1实例，使用GPIO 4作为TX，GPIO 5作为RX
uart = UART(1, baudrate=115200, tx=Pin(4), rx=Pin(5))

# 确保UART1已经初始化
if uart:
    print("UART1 initialized on GPIO 4 (TX) and GPIO 5 (RX)")

    # 主循环
    while True:
        # 发送一个字符串
        uart.write('Hello from RP2350 UART1!\n')

        # 简单的延时，确保数据发送完成
        time.sleep(0.1)

        # 检查是否有数据可读
        if uart.any():
            # 读取数据
            data = uart.read()
            # 打印接收到的数据到REPL
            print('Received:', data.decode('utf-8'))

        # 简单的延时，避免CPU占用过高
        time.sleep(0.5)
else:
    print("Failed to initialize UART1")

串口通信 ​

1. 本节介绍 ​

2. 串口通信介绍 ​

串口通信参数介绍 ​

串口通信的底层实现 ​

优势及作用 ​

3. RP2350的串口说明 ​

4. 串口通信的硬件连接 ​

5. 实现串口通信的方式 ​

使用machine.UART ​

构造函数 ​

方法总结 ​

6. 串口通信实验 ​

代码验证 ​