ARM开发板串口通信如何实现？配置步骤与常见问题解析

串口通信是ARM开发板最基础且应用广泛的通信方式之一，因其硬件接口简单、协议直观、成本低廉，在设备调试、传感器数据采集、嵌入式系统互联等场景中发挥着不可替代的作用，本文将从基本原理、硬件连接、软件配置、编程实现及常见问题解决等方面,详细解析ARM开发板的串口通信实践。

串口通信基础：异步串行与UART协议

串口通信（Serial Communication）是一种按位串行传输数据的通信方式，分为同步和异步两种，ARM开发板中最常用的是异步串行通信，无需时钟线同步，通过约定的参数（波特率、数据位、停止位等）确保收发双方数据一致，其核心硬件外设是UART（通用异步收发传输器），大多数ARM芯片（如STM32、树莓派、瑞芯微等）都内置多路UART接口，支持全双工通信（同时收发数据）。

异步串行数据帧格式固定，包含：

• 起始位：1位低电平，标志数据帧开始；
• 数据位：5~9位（通常8位，即1字节），实际传输的有效数据；
• 校验位：可选（无校验/奇校验/偶校验），用于简单错误检测；
• 停止位：1/1.5/2位高电平，标志数据帧结束，为下一帧做准备。

这种格式无需额外时钟线，仅靠收发双方预先约定参数即可实现可靠通信，特别适合嵌入式系统中低速、短距离的数据传输场景。

硬件连接：引脚、电平与接口转换

ARM开发板的串口通信需正确连接硬件，涉及引脚定义、电平匹配和接口转换三个关键环节。

串口引脚定义

每个UART接口有3个核心引脚：

• TX（Transmit）：发送数据，开发板通过此引脚向外输出数据；
• RX（Receive）：接收数据，开发板通过此引脚输入外部数据；
• GND：地线，确保收发双方参考电位一致，避免数据干扰。

连接时需遵循交叉原则：开发板的TX引脚连接设备的RX引脚，设备的TX引脚连接开发板的RX引脚，GND引脚直接共地，开发板与PC通信时，需通过USB转串口模块（如CH340、FT232）将PC的USB接口转为串口，模块的TX接开发板RX，模块RX接开发板TX。

电平匹配问题

ARM开发板的串口电平通常为TTL电平（0V表示逻辑0，3.3V或5V表示逻辑1），而工业设备或PC的串口可能采用RS232电平（-3V~-15V表示逻辑1，+3V~+15V表示逻辑0）或RS485电平（差分信号，抗干扰强），若电平不直接连接，会导致芯片损坏或通信失败，需通过电平转换芯片解决：

• TTL转RS232：使用MAX232芯片，将TTL电平转换为±12V的RS232电平；
• TTL转RS485：使用MAX3485芯片，支持半双工差分传输，传输距离可达1.2km（波特率≤9600bps）。

常见接口类型

接口类型	电平标准	传输距离	抗干扰能力	典型应用场景
TTL	0V/3.3V	≤1m	弱	开发板与模块近距离通信（如传感器、Wi-Fi模块）
RS232	±3V~±15V	≤15m	中	PC与开发板调试、工业设备低速通信
RS485	差分信号	≤1200m	强	多节点工业控制、远程数据传输

软件配置：参数与驱动

硬件连接完成后，需在软件层面配置串口参数并启用驱动，确保操作系统或应用程序能正确访问串口。

串口核心参数配置

串口通信的“语言”是双方约定的参数，必须完全一致，否则会出现乱码或通信失败，关键参数包括：

• 波特率（Baud Rate）：每秒传输的比特数，常见值有9600、19200、38400、115200等，低速传感器用9600，高速调试用115200，需根据设备能力选择；
• 数据位（Data Bits）：通常8位（1字节），支持5~9位，需与发送端一致；
• 停止位（Stop Bits）：通常1位，低速设备可选2位；
• 校验位（Parity）：无校验（None）最常用，奇校验（Odd）和偶校验（Even）用于简单错误检测；
• 流控（Flow Control）：硬件流控（RTS/CTS）或软件流控（XON/XOFF），用于防止数据溢出，短距离通信可关闭。

Linux系统下的串口操作

大多数ARM开发板运行Linux系统，串口设备文件位于/dev/目录下，如/dev/ttySAC0（板载UART）、/dev/ttyAMA0（树莓派默认UART），操作步骤如下：

• 权限管理：普通用户默认无串口访问权限，需将用户加入dialout组：

  sudo usermod -aG dialout $USER  # 登录后重启生效

• 工具调试：使用minicom或screen工具测试串口，以minicom为例：

  sudo minicom -s                 # 进入配置菜单
  选择“Serial port setup” -> 设置串口设备（如/dev/ttySAC0）、波特率（115200）、数据位（8）、停止位（1）、校验位（None）
  保存配置并退出，按Ctrl+A+Q退出minicom

• 驱动加载：若串口设备文件不存在，需检查内核是否加载对应驱动，树莓派启用串口需在/boot/config.txt中添加enable_uart=1，并禁用串口终端（sudo raspi-config -> Interface -> Serial Port -> No）。

编程实现：C语言串口通信示例

在ARM开发板上，可通过C语言直接操作串口设备文件，实现数据的收发，以下是基于Linux的串口通信代码框架，包含配置、发送、接收功能：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
// 配置串口参数
int serial_config(const char *dev, int baud) {
    int fd = open(dev, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (fd < 0) {
        perror("Open serial port failed");
        return -1;
    }
    struct termios options;
    tcgetattr(fd, &options);  // 获取当前配置
    // 设置波特率
    cfsetispeed(&options, baud);
    cfsetospeed(&options, baud);
    // 设置数据位8位，停止位1位，无校验
    options.c_cflag &= ~CSIZE;
    options.c_cflag |= CS8;
    options.c_cflag &= ~CSTOPB;
    options.c_cflag &= ~PARENB;
    // 忽略调制解调器控制，启用接收
    options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);
    // 原始输入模式，关闭 canonical 模式和回显
    options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
    // 设置超时：100ms内读取至少1个字节
    options.c_cc[VMIN] = 1;
    options.c_cc[VTIME] = 10;
    // 应用配置
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);
    return fd;
}
// 串口发送数据
int serial_send(int fd, const char *data, int len) {
    return write(fd, data, len);
}
// 串口接收数据
int serial_receive(int fd, char *buf, int max_len) {
    return read(fd, buf, max_len);
}
int main() {
    const char *dev = "/dev/ttySAC0";
    int baud = B115200;
    char send_buf[100] = "Hello, ARM Serial Communication!";
    char recv_buf[100] = {0};
    int fd = serial_config(dev, baud);
    if (fd < 0) {
        return -1;
    }
    // 发送数据
    serial_send(fd, send_buf, strlen(send_buf));
    printf("Sent: %sn", send_buf);
    // 接收数据（假设有设备回复）
    sleep(1);  // 等待接收
    int len = serial_receive(fd, recv_buf, sizeof(recv_buf));
    if (len > 0) {
        printf("Received: %.*sn", len, recv_buf);
    }
    close(fd);
    return 0;
}

编译运行：

gcc serial_test.c -o serial_test && ./serial_test

常见问题与解决

通信乱码

原因：波特率不匹配、数据位/停止位/校验位设置错误、电平不匹配、接线交叉（TX接TX而非TX接RX）。
解决：用示波器或逻辑分析仪检测信号，确认双方参数一致；检查电平是否需转换；用万用表验证接线是否交叉共地。

无法接收数据

原因：串口未启用（如树莓派蓝牙占用串口）、权限不足、设备未打开（open()返回-1）。
解决：检查设备文件是否存在（ls /dev/ttyS*）；确认用户是否在dialout组；通过minicom工具测试，若工具能接收则问题在应用程序代码。

FAQs

问：ARM开发板串口通信时，为什么有时能发送数据但接收不到？
答：可能原因包括：① 接线错误（开发板TX未接设备RX，或设备TX未接开发板RX）；② 串口设备未启用（如树莓派默认串口被蓝牙占用，需通过/boot/config.txt禁用蓝牙）；③ 接收端程序未正确打开串口或配置参数（如波特率不匹配），解决方法：① 用万用表或示波器检查接线是否交叉且共地；② 检查设备文件是否存在（ls /dev/ttyS*），确认开发板文档中的串口编号；③ 在接收端用minicom等工具测试，若能接收则问题在接收端程序，检查参数配置和读取逻辑。

问：如何在Linux下通过C语言实现串口数据的实时发送和接收？
答：步骤如下：① 包含头文件，打开串口设备（open，O_RDWR模式）；② 配置termios结构体，设置波特率、数据位、停止位、校验位等，关闭 canonical 模式（ICANON）和回显（ECHO），设置非阻塞读取（O_NONBLOCK）；③ 创建循环，用read()读取串口数据到缓冲区，若数据有效则处理（如打印）；用write()发送数据（如从键盘输入发送）；④ 关闭串口（close），关键代码：struct termios options; tcgetattr(fd, &options); cfsetispeed(&options, B115200); options.c_cflag &= ~PARENB; options.c_cflag &= ~CSTOPB; options.c_cflag |= CS8; options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD); tcsetattr(fd, TCSANOW, &options); char buf[1024]; while(1) { int n = read(fd, buf, sizeof(buf)); if(n > 0) { printf(“Received: %.*sn”, n, buf); } char send_buf[256]; fgets(send_buf, sizeof(send_buf), stdin); write(fd, send_buf, strlen(send_buf)); }