UART 串口通信

UART stands for Universal Asynchronous Receiver/Transmitter. It’s not a communication protocol like SPI and I2C, but a physical circuit in a microcontroller, or a stand-alone IC.
摘自 Circuit Basics | http://www.circuitbasics.com/basics-uart-communication/

简单来说,就是一种比较常用的通信协议,使用 RX 和 TX 两个引脚进行通信.使用Bandrate (波特率)控制通信速率

  • RX 表示耳朵,用来通信过程中接收数据

  • TX 表示嘴巴,用来通信过程中发送数据

  • BandRate 表示传输和接收数据的速度,单位是 bit/s 也就是每秒钟接收或者发送多少个 bit,收发双方必须保证使用同一个波特率才能保证数据的正常收发.

ESP 32 引脚图

ESP32 开发板引脚基本相同,这里采用某宝上果云科技的 GOOUUU-ESP32 开发板,然后从网上找了 NodeMCU-32S 的开发板的引脚图,并没有什么区别.

32s_pin

ESP32 共有三对串口:

组号 RX TX
0 GPIO3 GPIO1
1 GPIO9 GPIO10
2 GPIO16 GPIO17

第一组为板子上标出的 RX 和 TX 引脚, USB 连接板子的使用需要占用 0 号串口引脚,因此可用的只有 1 号和 2 号引脚.除了天生的串口引脚外, ESP32 还可以自定义 GPIO 引脚作为串口引脚.(PS.部分 ESP32 的 34,35,36,39 这四个 GPIO 引脚只能作为输入,但是作为 TX 必须要能够输出,作为 RX 必须要能够输入,所以在选择 GPIO 引脚的时候需要注意这个问题)

UART 的 API

以下内容来源于 MicroPython 官方文档

导包

UART 模块可以直接从 machine 中导入:

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from machine import UART

构造函数

UART作为一个对象,其构造函数定义如下:

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UART(id, baudrate, databits, parity, rx, tx, stopbit, timeout)
参数 描述
id 串口编号,总共有三对串口,但是0号通常被占用,所以常用的是1和2
bandrate 波特率，常用波特率有: 9600 115200
databits 数据位，是通信中的每一个字节单元所包含的比特位数。可选的值为 6, 7, 8, 9,默认 8 个位,也就是一个 byte
parity 基础校验方式 ，None不进行校验，0 表示偶校验 1 表示奇校验, 校验方式通常是传感器给出的,如果既不是奇校验也不是偶校验而是其他校验方式,需要在这里写None后,接收数据并自行校验
rx 接收口的GPIO编号
tx 发送口的GPIO编号
stopbit 停止位个数,用来表示数据收发完成,可以为1或2， 默认为1
timeout 超时时间，取值范围： 0 < timeout ≤ 2147483647

这里以 HH06.03 分贝传感器为例,可以使用以下代码构造一个串口通信对象

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from machine import UART
hh06 = UART(1, baudrate=115200)
print(hh06)

读写数据

uart.read(length)

length 表示从串口读取数据的长度，该函数若长度未指定则读取所有数据。

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uart.read(10)         # 读入10个字符

uart.readline()

顾名思义,就是从串口读取一行数据

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uart.readline()      # 读入一行

uart.readinto(buf)

读入数据并且保存到缓冲区

uart.write(data)

向串口写入数据，函数会返回 data 的长度

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uart.write(b'\xbb\xaa')    # 向串口写入2个Byte

uart.any()

检查待读入数据的长度，并返回.如果没有数据则返回长度 0

HH06.03 分贝检测模块串口通信示例

采用 HH06.03 与 ESP32 进行串口通信作为示例.该模块的参数如下:

项目 参数描述
产品型号 HH_06.03
模块功能 检测声音分贝值
通信形式 主动型
工作电压 DC 5.0V
工作电流 29mA/5.0V
通信方式 串行 TTL/5V
测量范围 40-130dB
频率范围 40-8kHz
计权方式 A 计权
分辨率 0.1dB
帧间隔 约 500ms
PCB 尺寸 47.12*28.00mm
整体尺寸 54.4628.009.70（H）mm

模块采用如下主动发送协议:

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一、 串口参数及协议 
    1.1 串口参数 
        串口波特率：115200，校验位：无，停止位：1 位
    1.2 串口数据包协议 
        数据包格式：起始符+命令+数据+校验值
        1)起始符：BBAA ，2 字节数据（0xBB、0xAA）；
        2)命令：1 字节长度；
            00,返回模块固件版本号命令；
            01，返回分贝数据命令；
        3)数据：2 字节长度 ，软件版本信息及分贝值数据放于此数据段；
        4)校验值：1 字节长度，起始符、命令及数据的算术和校验，不计超过 256 的溢出值。
二、通信命令说明 
    2.1 模块固件版本号命令 
        如：BB AA 00 02 00 67
        起始符：BB AA，表示一帧的开始。
        命令：00，表示此帧为返回模块软件版本号帧。
        数据：02 00，表示模块软件版本号为 2.0。
        校验值：67，为 BB AA 00 02 00 的的算术和校验值。
        注：此帧为模块上电后第一个返回的包，且只在上电后返回一次。
    2.2 分贝数据命令 
        如：BB AA 01 7F 02 E7
        起始符：BB AA，表示一帧的开始。
        命令：01，表示此帧为返回分贝值数据。
        数据：7F 02，表示检测到的分贝值为 63.9dB。低字节在前，高字节在后，且每单位为 0.1dB。
        校验值：E7，为 BB AA 01 7F 02 的的算术和校验值。
        注：此帧为模块上电返回固件版本号命令帧后每约 500ms 返回一次此帧

串口收到的数据类型为 byte,在 Python3 中需要使用 int.from_bytes(byteData, 'big') 转换为整数方便计算,完整的代码如下:

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from machine import UART
hh06 = UART(1)
print(hh06)
frameHeader = b'\xbb\xaa\x01'
while True:
    if frameHeader == hh06.read(3):
        frameDataLowPosition = hh06.read(1)
        frameDataHighPosition = hh06.read(1)
        frameCheck = hh06.read(1)
        frameDataLowPosition = int.from_bytes(frameDataLowPosition, 'big')
        frameDataHighPosition = int.from_bytes(frameDataHighPosition, 'big')
        frameCheck = int.from_bytes(frameCheck, 'big')
        if ((frameDataLowPosition+frameDataHighPosition+187+170+1)&0xFF) == frameCheck:
            db = (frameDataHighPosition<<8 | frameDataLowPosition)*0.1
            print(db)