一、介紹
??PC機(jī)與樹(shù)莓派的常用通信方式SSH（Secure Shell）遠(yuǎn)程登錄、VNC Viewer虛擬網(wǎng)絡(luò)控制臺(tái)都需要網(wǎng)絡(luò)連接，但還有一種不需要網(wǎng)絡(luò)的通信方式：Serial port串口通信。
??就好比配置路由器一樣，除了網(wǎng)頁(yè)配置、SSH遠(yuǎn)程登錄外，還可以Console口本地配置，特別是初始配置時(shí)。樹(shù)莓派也會(huì)遇到?jīng)]有顯示器又沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)、不能遠(yuǎn)程登錄的情況，這時(shí)就可以使用串口通信。
??我們的筆記本通常沒(méi)有串口，這時(shí)就需要一個(gè)USB轉(zhuǎn)TTL的模塊了，它的作用就是把電平轉(zhuǎn)換到雙方都能識(shí)別進(jìn)行通信，USB口插筆記本，模塊的相應(yīng)針腳連接樹(shù)莓派的UART串口TX、RX。
二、組件
★Raspberry Pi 3主板*1
★樹(shù)莓派電源*1
★USB TO TTL模塊*1
★面包板*1（可選）
★40P軟排線*1
★跳線若干
三、實(shí)驗(yàn)原理
（一）串口通信介紹
串口
串口，即串行接口，與之相對(duì)應(yīng)的另一種接口叫并口，并行接口。兩者的區(qū)別是，傳輸一個(gè)字節(jié)（8個(gè)位）的數(shù)據(jù)時(shí)，串口是將8個(gè)位排好隊(duì)，逐個(gè)地在1條連接線上傳輸，而并口則將8個(gè)位一字排開(kāi)，分別在8條連接線上同時(shí)傳輸。
在相同的數(shù)據(jù)傳輸速率下，并口的確比串口更快，但由于并口的各個(gè)連接線之間容易互相干擾，高速情況下難以同步各連接線的數(shù)據(jù)，而且硬件成本也相對(duì)串口更高（線多），因而串口取代并口成為了現(xiàn)在的主流接口，較具代表性的要數(shù)Universal Serial Bus，通用串行總線，也就是USB。其它在嵌入式領(lǐng)域常見(jiàn)的串行接口還包括：I2C，SPI，RJ-45，UART，USART等。
COM口
電腦上的異步串行通信接口，有時(shí)也稱(chēng)之為串口（其實(shí)這個(gè)叫法并不嚴(yán)謹(jǐn)）。電腦COM口使用DB9連接器，遵循RS-232標(biāo)準(zhǔn)，RS-232規(guī)定了通信口的電氣特性（比如多少伏為邏輯“1”）和接口機(jī)械特性（形狀，針腳定義）等內(nèi)容。COM口多見(jiàn)于舊式電腦，用于連接鼠標(biāo)，調(diào)制調(diào)解器等設(shè)備，現(xiàn)在已被USB取代。
USB接口
通用串行總線（Universal Serial Bus，縮寫(xiě)：USB）是一種串口總線標(biāo)準(zhǔn)，也是一種輸入輸出接口的技術(shù)規(guī)范，規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊，具有熱插拔功能。USB是在1994年底由英特爾等多家公司聯(lián)合在1996年推出后，已成功替代串口和并口，已成為當(dāng)今電腦與大量智能設(shè)備的必配接口。
USB只有4根線，兩根電源兩根信號(hào)，故信號(hào)是串行傳輸?shù)模瑄sb接口也稱(chēng)為串行口，usb2.0的速度可以達(dá)到480Mbps。接口的輸出電壓和電流是： +5V， 500mA 。實(shí)際上有誤差，最大不能超過(guò)+/-0.2V ，也就是4.8--5.2V 。
usb接口的4根線一般是下面這樣分配的，需要注意的是千萬(wàn)不要把正負(fù)極弄反了，否則會(huì)燒掉usb設(shè)備或者電腦的南橋芯片：黑線：gnd ；紅線：vcc ；綠線：data+ ；白線：data-。
UART與USART
UART，全稱(chēng)Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發(fā)傳輸器。
USART，全稱(chēng)Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步異步收發(fā)傳輸器。
兩者都是一個(gè)數(shù)據(jù)收發(fā)器，屬于硬件電路范疇。既然是“器”，顯然，它就是個(gè)設(shè)備而已，要完成一個(gè)特定的功能的硬件，它本身并不是協(xié)議。
它的最基本功能，是串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。我們知道，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)以Byte為基本單位，對(duì)一個(gè)Byte的存取是并行的，即，同時(shí)取得/寫(xiě)入8個(gè)bit。而串行通信，需要把這個(gè)Byte“打碎”，按照時(shí)間順序來(lái)收發(fā)以實(shí)現(xiàn)串行。例如：
這就是UART做的最基本工作，進(jìn)一步的，它還要控制“發(fā)車(chē)的班次”，比如確認(rèn)一個(gè)Byte的這8個(gè)bit是什么時(shí)候開(kāi)始的，又是什么時(shí)候結(jié)束的，兩個(gè)班次之間至少要隔多長(zhǎng)時(shí)間的緩沖，等等。這一部分，也具有協(xié)議的特征，但是相對(duì)于道路上的協(xié)議，更具有一般性，或曰，是與車(chē)在什么道路上開(kāi)，相對(duì)獨(dú)立的。
UART使用異步通信，而USART既可異步通信，也可同步通信。當(dāng)USART使用異步通信時(shí)，就變成了UART。單片機(jī)的串口指的就是UART或USART。
同步通信和異步通信的區(qū)別是：時(shí)鐘線的有無(wú)。同步通信有時(shí)鐘線，收發(fā)雙方通過(guò)統(tǒng)一的時(shí)鐘來(lái)確定何時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，如I2C和SPI。異步通信沒(méi)有時(shí)鐘線，只能在數(shù)據(jù)的頭和尾加入標(biāo)志位來(lái)區(qū)分不同的數(shù)據(jù)幀，接收數(shù)據(jù)之前也要預(yù)先知道波特率的大小，傳輸效率比同步通信要低。
串口、RS-232與TTL
前面講過(guò)，RS-232是一個(gè)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了邏輯“1”為-3 ~ -15V，邏輯“0”為+3 ~ +15V，符合該標(biāo)準(zhǔn)的串口也叫RS-232串口，比如電腦的COM口。那么，還有不符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的串口？答案是肯定的，那就是單片機(jī)（如stm32）的UART/USART，這個(gè)也叫串口，但它不遵循RS-232標(biāo)準(zhǔn)，使用的是TTL電平（Transistor-Transistor Logic），該電平的邏輯“1”為+5V，邏輯“0”為0V，稱(chēng)為T(mén)TL串口。
需要注意的是，串口、UART/USART通常指的是硬件接口，而RS-232指的是屬于物理層范疇的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)而言之，RS-232就是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
串口通訊，其實(shí)，UART就相當(dāng)于車(chē)站，而RS232/RS485則對(duì)應(yīng)于公路的規(guī)則?？梢哉f(shuō)，線路上存在的僅僅是電流，RS232/RS485規(guī)定了這些電流在什么樣的線路上流動(dòng)和流動(dòng)的樣式；在UART那里，電流才被解釋和組裝成數(shù)據(jù)，并變成CPU可直接讀寫(xiě)的形式。
單片機(jī)與電腦的連接
既然單片機(jī)有串口（UART/USART），電腦也有串口（COM口），那么兩者就可以通過(guò)串口進(jìn)行通信。
如果電腦有實(shí)體COM口，由于COM口使用的RS-232電平跟單片機(jī)的UART/USART使用的TTL電平不一樣，這時(shí)就需要使用MAX232之類(lèi)的電平轉(zhuǎn)換芯片，將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平，連接示意如下：
電腦COM口 <---> MAX232 <---> 單片機(jī)UART/USART
如果電腦沒(méi)有COM口，就要通過(guò)CH340之類(lèi)的USB轉(zhuǎn)TTL串口芯片，來(lái)實(shí)現(xiàn)用USB模擬COM口，這樣電腦的USB口就變成了一個(gè)TTL串口，可以跟單片機(jī)的UART/USART通信，連接示意如下：
電腦USB口 <---> CH340 <---> 單片機(jī)UART/USART
本次實(shí)驗(yàn)中的USB TO TTL模塊就是使用的CH340G芯片。
（二）模塊介紹
CH340G芯片，比國(guó)產(chǎn)PL2303穩(wěn)定，該系列芯片是STC官方推薦的USB轉(zhuǎn)TTL芯片，不會(huì)出現(xiàn)由于不同的驅(qū)動(dòng)或不同的電腦等導(dǎo)致不兼容現(xiàn)象。
可選擇3V3或5V供電，3V3和5V由短路冒選擇：6PIN排針上的短路冒――電壓選擇，（正面看上去，從上往下數(shù)）1、2短路為5V TTL輸出，2、3短路為3V3 TTL輸出；
3.3V和5V的選擇視實(shí)際應(yīng)用環(huán)境使用，系統(tǒng)為3.3V時(shí)選擇3.3V，系統(tǒng)為5V時(shí)選擇5V，本實(shí)驗(yàn)中樹(shù)莓派只能使用3.3V，否則可能燒毀樹(shù)莓派。若驅(qū)動(dòng)和接線都對(duì)，模塊不能正常通訊則可對(duì)調(diào)RXD和TXD兩條線試試。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
??第1步： 連接電路。
| 樹(shù)莓派（name） | T型轉(zhuǎn)接板（BCM） | USB TO TTL模塊 |
|---|---|---|
| TXD | TXO | RXD |
| RXD | RXI | TXD |
| GND | GND | GND |
下圖中的USB要插到筆記本電腦上哈，為方便拍照就沒(méi)插上。連線很簡(jiǎn)單，電路圖就沒(méi)畫(huà)了。
??第2步： 設(shè)置樹(shù)莓派，在Raspberry Pi Configuration中將Serial Port和Serial Console都要Enable，然后必須重啟樹(shù)莓派生效。
??第3步： 將USB插上筆記本后，筆記本上要安裝串口驅(qū)動(dòng)程序（CH340G驅(qū)動(dòng)），安裝好后在設(shè)備管理器中可以看到串口，名稱(chēng)為“COM3”。
??第4步： 在筆記本上啟動(dòng)SecureCRT軟件，或者putty軟件連接樹(shù)莓派。我這里使用SecureCRT，設(shè)置好串口連接參數(shù)，點(diǎn)擊連接。
??第5步： 登錄樹(shù)莓派賬號(hào)，如同SSH遠(yuǎn)程登錄后一樣，可以管理樹(shù)莓派了。
