树莓派串口通信实战指南：从接线到收发，零基础也能一次成功

你有没有遇到过这种情况——兴冲冲地把树莓派和Arduino连上，写好代码、通上电，结果串口死活没数据？或者更糟，树莓派直接重启了？

别急，这几乎是每个嵌入式新手都会踩的坑。而问题的根源，往往就出在最基础的硬件连接上。

今天我们就来彻底讲清楚：如何正确完成树莓派与外部设备的串口通信连接。不绕弯子，不堆术语，从一根线怎么接到每一伏电压都不能错，手把手带你打通第一道关卡。

一、先搞明白：串口到底是什么？

很多人一上来就想接线，但其实连“串口”是啥都没搞清。

简单说，串口就是两个设备之间“说话”的通道。它不像USB那样复杂，也不像网络需要IP地址，它是赤裸裸的电气信号对话。

树莓派用的是UART（通用异步收发器），关键词是“异步”——没有时钟线同步节奏，双方只能靠事先约定好的速度（波特率）来对拍子。就像两个人打电话，必须都说普通话、语速一致，才能听懂。

最常见的配置是115200, 8N1：
- 115200：每秒传11.5万比特
- 8位数据位
- N（No Parity）：无校验
- 1个停止位

只要两边都设成这个，基本不会出错。

✅ 小贴士：如果你不确定该用什么波特率，优先选115200—— 快且稳定，调试神器。

二、树莓派上的串口引脚在哪？别插错了！

所有40针的树莓派（3B/4B/Zero等），串口硬件引脚位置都一样。我们重点关注三个：

记住一句话：你的TX接它的RX，它的TX接你的RX，GND共用。

千万别犯低级错误——把TX接TX，RX接RX，那等于两个人面对面喊“我听你说”，谁也听不见。

📌重点提醒：
树莓派的GPIO是3.3V逻辑电平，最大耐压约3.6V。如果直接接5V设备（比如经典Arduino Uno），轻则读数不准，重则烧毁IO口甚至整个主板！

所以接下来这一节，关乎“生死”。

三、电平匹配：3.3V vs 5V，怎么安全对接？

这是最容易翻车的地方。

情况1：对方也是3.3V设备（如ESP32、STM32）

✅ 直接连！
TX → RX
RX ← TX
GND ↔ GND

干净利落，无需转换。

情况2：对方是5V设备（如Arduino Uno）

⚠️ 危险！不能直连！

尤其是Arduino的TX脚输出5V，接到树莓派RX（GPIO15）会超压！

解决方案①：分压电阻法（低成本推荐）

只改从5V到3.3V的方向（即Arduino TX → Pi RX），另一方向可以直连（因为Pi TX输出3.3V，Arduino能识别）。

电路如下：

Arduino TX (5V) │ ┌┴┐ │ │ R1 = 4.7kΩ └┬┘ ├────→ Raspberry Pi RX (GPIO15) ┌┴┐ │ │ R2 = 10kΩ └┬┘ │ GND

计算一下：
$$ V_{out} = 5V × \frac{10k}{4.7k + 10k} ≈ 3.39V $$

接近3.3V，安全！

📝 实测建议：R1可用4.7k或5.1k，R2用10k，误差范围内都能稳定工作。

解决方案②：专用电平转换模块（推荐用于双向高速通信）

比如TXS0108E、HX711模块（带电平转换功能）、MAX3232（RS232转TTL）等。

优点：
- 支持多路信号
- 双向自动转换
- 更可靠，适合长期运行项目

缺点：贵一点，多占点空间。

💡 建议：初学者先用电阻分压练手；正式项目上，直接焊个电平转换芯片省心又安全。

四、软件准备：让硬件真正“活”起来

硬件接好了，还得告诉系统：“别把串口拿去当登录终端用了。”

否则你会发现/dev/ttyAMA0根本不存在，或者被占用。

步骤1：关闭串口控制台登录

运行：

sudo raspi-config

进入菜单：

Interface Options → Serial Port

弹出两个问题：
1.Would you like a login shell to be accessible over serial?
→ 选No（禁用shell登录）

2. Do you want the serial port hardware to be enabled?
   → 选Yes（启用UART硬件）

保存退出，重启。

步骤2：验证设备是否就绪

重启后执行：

ls /dev/ttyAMA*

正常应看到：

/dev/ttyAMA0

如果没有，检查是否启用了蓝牙（在Pi 3/Zero W中，蓝牙默认占用了主UART）。解决办法是在/boot/config.txt中添加：

dtoverlay=disable-bt

然后禁用蓝牙服务：

sudo systemctl disable hciuart

再重启即可释放/dev/ttyAMA0。

五、动手测试：用Python接收第一行数据

现在轮到最关键的一步：收数据。

确保安装了pyserial：

pip install pyserial

创建一个监听脚本：

import serial import time # 配置串口 ser = serial.Serial( port='/dev/ttyAMA0', baudrate=115200, parity=serial.PARITY_NONE, stopbits=serial.STOPBITS_ONE, bytesize=serial.EIGHTBITS, timeout=1 ) print("等待串口数据...") try: while True: if ser.in_waiting: line = ser.readline().decode('utf-8', errors='ignore').strip() if line: print(f"收到: {line}") except KeyboardInterrupt: print("\n退出") finally: ser.close()

保存为serial_read.py，运行：

python serial_read.py

然后在Arduino端发送点东西，比如：

void setup() { Serial.begin(115200); } void loop() { Serial.println("Hello from Arduino!"); delay(1000); }

如果一切顺利，你会在树莓派终端看到：

收到: Hello from Arduino! 收到: Hello from Arduino! ...

🎉 成功了！你已经完成了第一次完整的串口通信。

六、常见问题 & 调试秘籍

🔧 调试技巧：
- 用万用表测GND是否导通
- 用示波器或逻辑分析仪看TX波形（进阶）
- 先用echo "test" > /dev/ttyAMA0测试发送能力
- 权限问题？把你加入dialout组：
bash sudo usermod -aG dialout $USER

七、最佳实践：老司机的经验总结

1. 永远先接GND
   再接信号线。避免热插拔导致电压冲击。

2. 标记清楚每根线
   用不同颜色杜邦线：绿色=TX，蓝色=RX，黑色=GND，养成习惯。

3. 不要用树莓派给大电流设备供电
   如电机、继电器。外设尽量独立供电，只共享地线。

4. 高频干扰环境加保护
   在信号线上串联100Ω电阻，并加TVS二极管防静电。

5. PCB设计预留调试接口
   引出UART到排针或CH340模块插座，方便后期升级维护。

结尾：这只是开始

当你第一次看到那句“Hello from Arduino!”出现在屏幕上时，你就已经跨过了嵌入式开发的第一道门槛。

串口不只是通信手段，它是你与硬件“对话”的起点。后续的I²C、SPI、Modbus，甚至是自定义协议解析，都建立在这份最基本的连接之上。

所以别小看这几根线、几个电阻、一段Python脚本。它们是你通往机器人、物联网、工业自动化世界的钥匙。

下次，我们可以聊聊：如何通过串口远程控制树莓派、传输传感器数据并绘图显示，甚至做一个属于自己的监控面板。

如果你正在尝试连接某个具体模块（GPS、LoRa、RFID……），欢迎留言，我可以为你定制接线方案。

一起玩转硬件，不见不散。