UART串口异步收发传输原理树莓派Pico与ESP32单片机Python和C++例程【入门教程】

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UART串口通信C++ESP32Pico

一：UART串口通讯介绍

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）是一种通用的串行通信协议，用于在两个设备之间进行异步数据传输。它不需要时钟信号同步，而是通过预先约定的波特率（数据传输速率）来保证数据正确传输。

在嵌入式系统中，UART 常用于：

与传感器、GPS 模块等外设通信

与电脑进行数据交互

两个微控制器之间的通信

1.UART 的工作原理

UART 通信使用两根线实现双向通信：

TX（Transmit）：发送数据

RX（Receive）：接收数据

通信过程中，每个数据帧通常包含：

起始位：表示数据传输开始

数据位：实际传输的数据（通常 8 位）

校验位（可选）：用于简单的错误检测

停止位：表示数据传输结束

2.UART的引脚

一般在单片机/开发板上，UART引脚是可以灵活配置，默认常用的引脚标识为：UART0，TX，RX

二：Pico示例

1.硬件连接

要在树莓派pico上测试 UART 通信，你可以：

方法 1：与电脑通信

使用 USB 转 TTL 模块（如 CH340）

连接方式：

Pico 的 GP0（TX）→ USB 转 TTL 的 RX

Pico 的 GP1（RX）→ USB 转 TTL 的 TX

Pico 的 GND → USB 转 TTL 的 GND

将 USB 转 TTL 模块连接到电脑，使用串口调试工具（如 Putty、TeraTerm）打开对应串口，波特率 9600

方法 2：两个 Pico 之间通信

Pico A 的 GP0（TX）→ Pico B 的 GP1（RX）

Pico A 的 GP1（RX）→ Pico B 的 GP0（TX）

两个 Pico 的 GND 相连

运行下面代码后，你将看到 Pico 定期发送消息，同时可以通过串口工具或另一个 Pico 向它发送消息并查看接收结果。

2.示例代码

下面是一个使用树莓派 Pico 进行 UART 通信的示例，包括发送和接收数据的功能。

from machine import Pin, UART
import time

# 初始化UART0，波特率9600
# TX = GP0, RX = GP1
uart = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0), rx=Pin(1))

# 发送数据函数
def send_data(message):
    uart.write(message + '\n')  # 添加换行符作为结束标志
    print(f"发送: {message}")

# 接收数据函数
def receive_data():
    if uart.any():  # 检查是否有数据可接收
        data = uart.readline()  # 读取一行数据
        if data:
            try:
                # 解码字节数据为字符串并去除首尾空白
                message = data.decode('utf-8').strip()
                print(f"接收: {message}")
                return message
            except UnicodeError:
                print("接收的数据不是有效的UTF-8编码")
    return None

# 主循环
while True:
    # 发送测试消息
    send_data("Hello from Pico!")
    
    # 尝试接收数据
    receive_data()
    
    # 延时1秒
    time.sleep(1)

代码说明：

导入必要的模块：Pin用于引脚配置，UART用于 UART 通信，time用于延时

初始化 UART0，设置波特率为 9600，TX 引脚为 GP0，RX 引脚为 GP1

send_data()函数：发送字符串数据，并添加换行符作为结束标志

receive_data()函数：检查并接收数据，将字节数据解码为字符串

主循环：每秒发送一条消息，并检查是否有接收的数据

三：ESP32示例

这是一个使用 Arduino IDE 开发环境的 ESP32 UART（串口）通信基础示例。代码中同时包含了 UART0（默认用于打印日志和上传程序）以及硬件串口 UART2 的数据发送与接收演示。

// ESP32 拥有 3 个硬件串口：UART0, UART1, UART2
// UART0 默认绑定在 GPIO1 (TX) 和 GPIO3 (RX)，通常用于串口监视器打印日志

// 定义 UART2 的引脚
#define RX2_PIN 16
#define TX2_PIN 17

void setup() {
  // 1. 初始化 UART0（与电脑串口监视器通信）
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial) {
    ; // 等待串口连接
  }
  
  Serial.println("================================");
  Serial.println("ESP32 UART 通信测试启动");
  Serial.println("================================");

  // 2. 初始化 UART2（自定义硬件串口，用于与其他设备通信）
  // 参数依次为：波特率、数据格式、RX引脚、TX引脚
  Serial2.begin(115200, SERIAL_8N1, RX2_PIN, TX2_PIN);
  Serial.println("UART2 (Hardware Serial 2) 初始化完成！");
}

void loop() {
  // --- 示例 1: 定时通过 UART2 发送数据 ---
  static unsigned long lastSendTime = 0;
  if (millis() - lastSendTime > 2000) { // 每 2 秒发送一次
    lastSendTime = millis();
    
    String message = "Hello from ESP32 UART2! Time: " + String(millis());
    Serial2.println(message);  // 从 UART2 发送数据
    Serial.println("[UART0 输出] 已向 UART2 发送数据: " + message);
  }

  // --- 示例 2: 检查并读取 UART2 接收到的数据 ---
  if (Serial2.available() > 0) {
    String incomingData = Serial2.readStringUntil('\n'); // 读取直到换行符
    
    // 将 UART2 接收到的内容打印到 Serial0（串口监视器）
    Serial.print("[UART0 输出] UART2 收到新消息: ");
    Serial.println(incomingData);
  }
}