ESP32-pico-kit 串口通信 与 蓝牙串口

一、串口及ESP32介绍

1.串口通信

关于串口通信的相关知识，可以参考如下几篇文章。

串口通信基础（一）——串行与并行通信，同步与异步通信
串口通信基础（二）——传输方式（方向）、错误校验、传输速率与传输距离
串口通信接口标准（三）——RS232
串口通信接口标准（四）——RS422、RS485

注意在接线时应注意 RX 和 TX 交叉接线。

2.ESP32-pico-kit

使用的开发板为乐鑫公司的 ESP32-pico-kit，相关文档参见官网技术文档以及入门指南。

二、串口UART

1.串口引脚

ESP32 有三个串口，其中 UART1 用于 Flash 读/写：

串口名	RX引脚	TX引脚
Serial	3	1
Serial1	9	10
Serial2	16	17

在 HardwareSerial.cpp 和 HardwareSerial.h 文件中定义了有关串口的相关信息，两个文件所在文件夹的路径为 .\Arduino15\packages\esp32\hardware\esp32\1.0.3\cores\esp32。

在文件 HardwareSerial.h 中定义了 HardwareSerial 类，该类继承了 Stream 类，Stream 类继承了 Print 类

class HardwareSerial: public Stream
class Stream: public Print

在文件 HardwareSerial.h 中声明了三个串口对象。

#if !defined(NO_GLOBAL_INSTANCES) && !defined(NO_GLOBAL_SERIAL)
extern HardwareSerial Serial;
extern HardwareSerial Serial1;
extern HardwareSerial Serial2;
#endif

在文件 HardwareSerial.cpp 中定义了串口的引脚，代码片段如下所示

...
#ifndef RX1
#define RX1 9
#endif

#ifndef TX1
#define TX1 10
#endif

#ifndef RX2
#define RX2 16
#endif

#ifndef TX2
#define TX2 17
#endif
...

void HardwareSerial::begin(unsigned long baud, uint32_t config, int8_t rxPin, int8_t txPin, bool invert, unsigned long timeout_ms)
{
	...
    if(_uart_nr == 0 && rxPin < 0 && txPin < 0) {
        rxPin = 3;
        txPin = 1;
    }
    if(_uart_nr == 1 && rxPin < 0 && txPin < 0) {
        rxPin = RX1;
        txPin = TX1;
    }
    if(_uart_nr == 2 && rxPin < 0 && txPin < 0) {
        rxPin = RX2;
        txPin = TX2;
    }
    ...
}

2.串口常用函数

(1)开启串口

void begin(unsigned long baud, uint32_t config=SERIAL_8N1, int8_t rxPin=-1, int8_t txPin=-1, bool invert=false, unsigned long timeout_ms = 20000UL);

功能：开启串口。

参数：仅有波特率需要指定，其余参数均有默认值。

第二个参数 config 为数字位、校验位、停止位的配置，SERIAL_8N1 表示8个数字位，0个校验位，1个停止位。其余可选配置如下表所示：

config	数据位	校验位	停止位	config	数据位	校验位	停止位
SERIAL_5N1	5	无	1	SERIAL_5E2	5	偶	2
SERIAL_6N1	6	无	1	SERIAL_6E2	6	偶	2
SERIAL_7N1	7	无	1	SERIAL_7E2	7	偶	2
SERIAL_8N1	8	无	1	SERIAL_8E2	8	偶	2
SERIAL_5N2	5	无	2	SERIAL_5O1	5	奇	1
SERIAL_6N2	6	无	2	SERIAL_6O1	6	奇	1
SERIAL_7N2	7	无	2	SERIAL_7O1	7	奇	1
SERIAL_8N2	8	无	2	SERIAL_8O1	8	奇	1
SERIAL_5E1	5	偶	1	SERIAL_5O2	5	奇	2
SERIAL_6E1	6	偶	1	SERIAL_6O2	6	奇	2
SERIAL_7E1	7	偶	1	SERIAL_7O2	7	奇	2
SERIAL_8E1	8	偶	1	SERIAL_8O2	8	奇	2

(2)关闭串口

void end();

功能：关闭串口。

参数：无。

(3)输出数据

size_t print(...);//在print类中定义
size_t println(...);//在print类中定义
size_t write(uint8_t);

功能：串口输出数据，写入字符数据到串口。println 输出时带一个换行字符。

区别：在发送数值类型参数时，Serial.print() 与 Serial.println() 发送的是字符，Serial.write() 发送的是字节。可以参考Serial.print()函数与Serial.write()函数的区别。

(4)读取数据

int peek(void);
int read(void);

功能：读取串口数据，一次读一个字符。串口接收到的数据都会暂时存放在接收缓冲区中，使用 read() 与 peek() 都是从接收缓冲区中读取数据。

区别：使用 read() 读取数据后，会将该数据从接收缓冲区移除；而使用 peek() 读取时，不会移除接收缓冲区中的数据。

(5)判断缓冲区状态

int available(void);

功能：判断串口缓冲区的状态，返回从串口缓冲区读取的字节数。

(6)更新波特率

void updateBaudRate(unsigned long baud);

功能：更新波特率。

参数：新的波特率。

三、蓝牙串口BluetoothSerial

ESP32 自带蓝牙和 WiFi 功能，为方便使用，将蓝牙配置成蓝牙串口的形式。

在 .\Arduino15\packages\esp32\hardware\esp32\1.0.3\libraries\BluetoothSerial\src 文件夹中找到的 BluetoothSerial.h 和 BluetoothSerial.cpp 文件，在 .h 中定义了如下的属性和方法。

class BluetoothSerial: public Stream
{
    public:

        BluetoothSerial(void);
        ~BluetoothSerial(void);

        bool begin(String localName=String());
        int available(void);
        int peek(void);
        bool hasClient(void);
        int read(void);
        size_t write(uint8_t c);
        size_t write(const uint8_t *buffer, size_t size);
        void flush();
        void end(void);
        esp_err_t register_callback(esp_spp_cb_t * callback);

    private:
        String local_name;

};

注意：与 Serial 不同的是，BluetoothSerial.begin 的参数为蓝牙名称。

四、蓝牙串口实验SerialToSerialBT

打开 ESP32 例程中的 SerialToSerialBT，代码如下所示：

#include "BluetoothSerial.h"

//是否配置了蓝牙串口，即是否编译过BluetoothSerial相关文件
#if !defined(CONFIG_BT_ENABLED) || !defined(CONFIG_BLUEDROID_ENABLED)
#error Bluetooth is not enabled! Please run `make menuconfig` to and enable it
#endif

BluetoothSerial SerialBT;

void setup() {
  Serial.begin(115200);//此处使用Serial，RX - pin3，TX - pin1
  SerialBT.begin("ESP32test"); //Bluetooth device name
  Serial.println("The device started, now you can pair it with bluetooth!");
}

//实现了蓝牙与串口的消息互发
void loop() {
  if (Serial.available()) {
    SerialBT.write(Serial.read());
  }
  if (SerialBT.available()) {
    Serial.write(SerialBT.read());
  }
  delay(20);
}

实验过程：先用手机连接蓝牙 ESP32test （代码中设置的蓝牙名），然后用串口调试助手发送 “123456” ，看手机蓝牙是否可以输出；再用手机蓝牙发送 “78910” ，看串口调试助手是否能正确打印。

实验截图如下：

至此，得到了预期的结果，实验成功。

实验中遇到的问题：如果把串口和下载器同时插在电脑上，编译上传会报错，编译器提示

串口持续输出：

解决方式：烧录的时候不接USB转TTL模块，手机连接好蓝牙之后，再连接。

附 其他参考资料

一些参考资料在本文中已经通过超链接的方式引用，除此以外，还有参考了如下文章：
玩转 ESP32 + Arduino (三) GPIO和串口
串口的一些高级用法