什么是串口

串口是串行接口的简称，这是一个非常大的概念，在嵌入式中串口通常指 UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）。使用串口进行的通信叫做串行通信，与之相对的一个概念是并行通信。串行通信是指数据一位一位的按顺序传输，而并行通信则是多位数据同时传输。如下图所示，DATA BUS 到 UART 1 之间是并行通信，UART 1 到 UART 2 之间是串行通信。

串口通信的数据帧格式如下图所示，通常一帧共包括 10 位：1 个起始位，8 个数据位和 1 个停止位。有一些特殊的数据帧在停止位前面包含 1 位的奇偶校验位，还有的停止位有 2 个比特。其中起始位为低电平（0），标志着数据传输的开始；停止位为高电平（1），表示数据帧传输结束；数据位则为实际发送的数据，使用高低电平来表示二进制信息，如果发送的内容是文本，那么这段数据为字符的二进制编码（ASCII、UTF-8等）。数据传输的速率我们使用波特率（Baud Rate）来表示，即每秒钟传送的码元符号的个数。比如数据传输速率为 9600 字符/s，那么这时的波特率为 9600。

设备进行串口通信时，设备的连线如下图所示，两个设备的信号线，即发送端（TXD）与接收端（RXD）交叉相连，并且需要共地。在 Raspberry Pi Pico 的引脚上共引出了 2 组串口，即 UART0 与 UART1。

使用方法

使用 MicroPython 控制 GPIO 要使用 machine 包中的 UART 类。

from machine import UART

通过构造函数实例化获取串口对象。

UART(id: int, baudrate: int = 115200, ...)

• id 指串口的编号。对于 Pico 而言只能是 0 或 1。
• baudrate 用于设置波特率。
• tx、rx 参数指定要使用的 tx、rx 引脚。
• parity 设置校验位。None 无，0 偶数，1 奇数。
• stop 设置停止位的长度。
• timeout 设置读取超时时间，单位为毫秒。

使用 init() 方法可以修改串口的设置，方法参数与构造函数的参数一致。常见的用法参考下面的例子：

uart0 = UART(0, 9600)   # 实例化串口 0，波特率为 9600
uart0.init(115200, bits=8, parity=None, stop=1) # 修改串口 0 设置
uart1 = UART(1, baudrate=9600, tx=Pin(8), rx=Pin(9))    # 实例化串口 1 并指定引脚

实例化串口对象后，使用 write(buf: bytearray) 方法发送数据，发送成功会返回字节数，失败则返回 None。

data = b'hello world'
uart0.write(data)

接收数据使用 read(nbytes: Optional[int] = None) 方法，nbytes 设置接收的字节数，读取成功会返回一个字节对象，读取超时则返回 None。也可以使用 readline() 方法读取一行。

data = bytes()
data = uart0.read(10)
print(data.decode('utf-8')) # 解码成 utf-8 字符串
print(uart0.readline()) # 从串口读取一行

有些时候需要判断串口中有没有数据，可以使用 any() 方法。

while uart0.any() > 0:
    print(uart0.readline())

使用 deinit() 方法可关闭串口。

uart0.deinit()

使用板载串口相互通信

Pico 上有两组串口 UART0 与 UART1，因此可以使用这两组串口相互通信。

硬件需求

电路

• UART0 RX(GP1) - UART1 TX(GP4)
• UART0 TX(GP0) - UART1 RX(GP5)

代码

from machine import UART, Pin
import utime

# 初始化串口
uart0 = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0), rx=Pin(1))
uart1 = UART(1, baudrate=9600, tx=Pin(4), rx=Pin(5))
# 串口 1 发送数据
txData = b'hello world'
uart1.write(txData)
utime.sleep_ms(100)
# 串口 2 检测接收数据
rxData = bytes()
while uart0.any() > 0:
    rxData += uart0.read(1)
# 解码并打印
print(rxData.decode('utf-8'))

使用板载的 USB 串口

当 Pico 连接到计算机上时，在设备管理器中会新增一个通信端口 COMx，MicroPython 的 REPL 终端就是运行在这个串口之上。那么能使用这个板载 USB 串口传输数据吗？答案是可以的，但与正常串口通信的代码不同，需要使用 select，一个用于异步 I/O 多路复用的模块。将下面的代码烧录到 Pico 中，使用 PuTTY 等串口工具连接 Pico，当 Pico 检测到输入 1 时点亮板载 LED，输入 0 时熄灭。

import machine
import select
import sys

led = machine.Pin('LED', machine.Pin.OUT)
# 获取复用的轮询对象
poll_object = select.poll()
# 将系统标准输入注册为轮询对象
poll_object.register(sys.stdin, 1)

while True:
    # 检查 USB 串口输入
    if poll_object.poll(0):
        # 从 USB 串口中读取
        ch = sys.stdin.read(1)
        if ch == '1'
            led.value(1)
            # 向 USB 串口中写入
            print("LED ON")
        else
            led.value(0)
            print("LED OFF")

参考

1. Universal asynchronous receiver-transmitter - Wikipedia：https://en.wikipedia.org/wiki/Universal_asynchronous_receiver-transmitter
2. Serial Communication - Wikipedia：https://en.wikipedia.org/wiki/Serial_communication
3. BASICS OF UART COMMUNICATION：http://www.circuitbasics.com/basics-uart-communication/
4. 波特率 - 百度百科：https://baike.baidu.com/item/波特率
5. MicroPython documentation：https://docs.micropython.org/en/latest/library/machine.UART.html