想来串口通信是我第一次接触嵌入式就知道的，一直调试也是用串口线，但是里面的原理还真不清楚。这次难得把环境弄出来了，就顺便学学。

一 环境搭建

还是老规矩，废话不多说，干就完事。

这次用的树莓派zero小板，一个USB转串口。接线真的很简单，RX->TX，TX->RX，再接个地（我的实验里面地不接也行）。电脑上串口终端软件用的是mobaXterm。代码还是老朋友micropython。

二 协议分析

这次实验的目标是做一个串口echo程序。最开始是直接用GPT的代码上来怼，本来以为很简单，一个小时结束战斗。但是真跑起来根本没法用。回显的全是乱码。没办法，又拿出祖传的逻辑分析仪看看。

先还是抓几个PC出来的波形吧。波特率设置的9600。很多协议，只要看了波形，真的很好懂。

传输数字1

因为波特率是9600，那么每个信号的时间就是1/9600秒，大概就是104us。所以可以看出，这里的波形是0 1000 1100。第一个下拉0是起始位。所以数据是1000 1100。

但是1的ascii码是49，换成二进制是110001，这里好像是没对啊。看了很久眼睛都看痛了，终于发现110001如果补全就是0011 0001，刚好和上面的1000 1100是反的。查了一下这个原来叫LSB first。取数据的时候倒着取就行了。

传输数字2

有了1的经验，下面就简单很多，这个波形是0 0100 1100。2的ascii是50，刚好是110010，补全之后是0011 0010，刚好也是直接反过来就行。

总结

总结一下UART协议

基本就是两根线（不算地线），甚至你都可以理解成一根线，只是方向相反而已。也没有时钟那些乱七八糟的，时隙直接sleep就欧了。数据一次一个byte，高就是1，低就是0。真的很简单。。在嵌入式里面，不知道有没有比它更简单的协议。。。

上图的校验位据说基本上不会用的。。。

三 代码实现

解决了LSB first问题，后面没有太多难点。虽然说协议真的不难，但是编程的时候还是遇到一些坑。

1 需要微秒级的定时器。

GPT给的代码是：

baudrate = 1200
bit_time = 1 / baudrate

utime.sleep(bit_time)

事实上这样用根本就不准，取出来的值每次都不同。改成下面才算解决问题。

bit_time = 832
utime.sleep_us(bit_time)

2 Python的性能确实不大行

最开始设置的波特率是9600，已经算很低了，每个时隙是差不多100微妙。但是micropython软件处理这个时间好像也够呛，最后索性改成最小的波特率1200，每个时隙接近1毫秒，才算把问题解决。

3 调试

在以往上层纯软环境中，调试环境往往相对简单。直接用print或者cout都不用考虑太多。但是在底层编程中，print就会有影响了，因为print本上也是一个io操作。稍微不注意，就把程序的时间逻辑给破坏了。

    for i in range(8):
        if rx_pin.value():
            print("1")
            byte |= (1 << i)
        else:
            print("0")

最开始我是想这样看收到的数据，但是这个打印只要一加上，程序立马就混乱了。。。最后只有等一个byte抓完，再整体打印，这样就暂时没问题了。

做的好还是应该像Android那样，log是一个独立的系统，这样影响最小。

好了，解决完上面的问题，也就比较顺利了。

最后的结果：

最后的代码

import machine
import utime

# 定义 UART 参数
bit_time = 832

# 定义 GPIO 引脚
tx_pin = machine.Pin(0, machine.Pin.OUT)
rx_pin = machine.Pin(1, machine.Pin.IN)

# 初始化 TX 引脚为高电平（空闲状态）
tx_pin.value(1)

def uart_send_byte(byte):
    # 发送起始位（低电平）
    tx_pin.value(0)
    utime.sleep_us(bit_time)
    
    # 发送数据位（LSB first）
    for i in range(8):
        tx_pin.value((byte >> i) & 1)
        utime.sleep_us(bit_time)
    
    # 发送停止位（高电平）
    tx_pin.value(1)
    utime.sleep_us(bit_time)

def uart_receive_byte():
    # 等待起始位（低电平）
    while rx_pin.value() == 1:
        utime.sleep_us(2)
    
    # 等待半个位时间，进入数据位的中间
    utime.sleep_us(832 + 416)
    
    # 接收数据位
    byte = 0
    for i in range(8):
        if rx_pin.value():
            byte |= (1 << i)
        utime.sleep_us(bit_time)
    
    # 等待停止位
    #utime.sleep_us(bit_time)
    
    return byte

# UART Echo 功能实现
while True:
    byte = uart_receive_byte()
    print("Received:", chr(byte))  # 打印接收到的数据
    uart_send_byte(byte)           # 回显接收到的数据