Uart demo

作者：陈媛媛　|　最后修改：2026-06-04

一、串口（UART）概述

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）是一种常用的串行通信协议，广泛应用于单片机或各种嵌入式设备之间的通信。以下是 UART 的详细介绍：

1.1 UART 的基本概念

UART 是一种串行通信接口，它允许设备通过串行通信方式发送和接收数据。UART 通信是异步的，这意味着通信双方不需要共享一个时钟信号来同步数据传输。UART 通常用于嵌入式系统中，如微控制器与其他设备之间的数据交换。

1.2 UART 的物理连接

UART 通信通常只需要两条线：一条用于数据的发送（TX），一条用于数据的接收（RX）。此外，还需要一条地线（GND）来提供一个共同的参考电平，确保信号的准确性。在实际连接时，一个设备的 TX 线需要连接到另一个设备的 RX 线，反之亦然，这样才能实现双向通信。

1.3 UART 的数据格式

UART 的数据格式通常包含以下几个部分：

1.3.1 起始位（Start Bit）

起始位是一个逻辑低电平（0），它标志着一个数据字符的开始。在进行数据传输过程中，数据线通常保持为高电平（空闲状态），当有数据要发送时，发送方会将数据线从高电平拉低，维持一个比特时间，这个低电平信号称为起始位。接收方检测到这个低电平后，便开始准备接收后续的数据位。

1.3.2 数据位（Data Bits）

数据位紧跟在起始位之后，包含有实际要传输的数据。数据位的位数可以是 5 - 9 位，具体位数根据实际应用需求和协议约定来确定。
例如，如果使用 8 位数据位，那么它可以表示 256（2⁸）种不同的数据值。对于常见的 ASCII 码字符传输，8 位数据位可以完整地表示一个字符，包括其字节值。

1.3.3 奇偶校验位（Parity Bit，可选）

奇偶校验位用于错误检测。它可以是奇校验或偶校验。如果选择奇校验，发送方会根据数据位中 1 的个数来设置奇偶校验位的值，使得整个数据位（包括奇偶校验位）中 1 的个数为奇数。同样，偶校验则是让 1 的个数为偶数。接收方收到数据后，会根据约定的奇偶校验方式来检查数据的完整性。如果奇偶校验位与数据位的组合不符合约定的奇偶性规则，就认为数据传输过程中可能出现了错误。
例如，假设数据位是 8 位，数据位中有 3 个 1，此时使用偶校验，那么奇偶校验位就设置为 1，使得整个数据（8 位数据位 + 1 位奇偶校验位）有 4 个 1，满足偶校验的要求。

1.3.4 停止位（Stop Bits）

停止位位于数据帧的末尾，是一个或多个逻辑高电平（1）。它用于标志着一个数据字符的结束，并为接收方提供数据恢复时间。停止位的长度可以是 1 位、1.5 位或 2 位，具体取决于选用的 UART 配置。较长的停止位可以为接收方提供更充裕的时间来处理接收到的数据，但对于数据传输速率较高的情况，较短的停止位可以提高数据传输效率。

1.4 UART 的波特率

波特率（Baud Rate）是 UART 通信中最重要的参数之一，它定义了数据传输的速率，即每秒钟传输的位数。常见的波特率值有 300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200 等。波特率必须在通信双方之间进行匹配，否则数据将无法正确传输。

1.5 UART 的信号管脚

UART 的信号管脚主要包括以下几个：

1.5.1 基本信号管脚

TX（Transmit）：发送数据管脚，用于将数据从发送端传输到接收端。
RX（Receive）：接收数据管脚，用于接收来自发送端的数据。
GND（Ground）：地线，用于提供信号的参考电平，确保发送和接收设备之间的电平一致。
VCC（Power Supply）：电源管脚，为 UART 设备提供直流电源。

二、演示功能概述

本文将演示如何在 Air1601开发板上实现 UART（通用异步收发传输器）的通信。演示功能主要包括以下几个方面：

初始化 UART：将介绍如何配置 UART 的波特率、数据位、停止位和校验位等参数，并初始化 UART。
接收数据：将展示如何通过注册接收事件的回调函数接收来自 UART 的数据，并处理接收到的数据。
发送数据：将介绍如何使用 UART 的 API 接口发送数据，包括发送普通字符串、十六进制数据和 JSON 格式的数据。
单串口通信：将展示如何在 Air1601开发板上实现单串口通信，包括配置和发送接收数据的步骤。
单串口大数据通信：将展示如何在 Air1601开发板上实现大数据量的通信，包括配置和发送接收数据的步骤。
多串口通信：将展示如何在 Air1601开发板上实现多串口通信，包括配置和发送接收数据的步骤。

通过这些演示，大家可以了解如何在 Air1601开发板上实现 UART 通信，包括初始化、接收和发送数据、以及实现单串口、多串口通信等。

三、演示硬件环境

参考：硬件环境清单，准备以及组装好硬件环境。

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四、准备软件环境

1.Luatools 工具；

2.内核固件文件（底层 core 固件文件）：LuatOS-SoC_V1004_Air1601.soc ；

3.luatos 需要的脚本和资源文件

脚本和资源文件点击此处查看与下载
lib 脚本文件：使用 Luatools 烧录时，勾选添加默认 lib 选项，使用默认 lib 脚本文件；

准备好软件环境之后，接下来查看如何烧录项目文件到 Air1601 开发板中，将本篇文章中演示使用的项目文件烧录到Air1601开发板中。

五、软硬件资料

5.1 uart 库介绍

5.1.1 主要功能介绍

uart 库即串口操作库，该库为内部库，因此在程序中使用时无需 require 调用。该库主要用于支持 UART（通用异步收发传输）功能，适用于一些嵌入式设备或平台。它使用 C 语言，并结合 Lua 脚本提供了一些 API 供用户方便地控制和操作串口。该库包含如下主要功能：

初始化、配置和管理多个串口设备，包括支持软件 UART。
发送和接收数据，支持串口的基本通信功能。
提供事件回调机制，用户可以注册接收和发送的数据处理函数。
允许用户检查串口的存在以及读取剩余数据缓存的大小。

5.1.2 API 接口介绍

本教程所用 API 接口参考：uart - 串口操作库。

5.2 串口接线介绍

Air 1601 用户可用4个串口，分别为 UART1、UART2、UART3、UART5。

本文使用 UART1、UART2 进行演示。

特别说明，UART4 作为下载和调试专用串口，不能连接任何外设。

5.2.1 串口管脚位置说明

在进行复用之前请先参考：Air1601_1602管脚复用表

5.2.2 串口接线说明

接下来进行接线操作，Air1601开发板与 MCU/串口板之间是 TX 接 RX，RX 接 TX，GND 接 GND 。

UART1 接线说明：

Air1601开发板	MCU或者串口板
UART1_TXD	UART_RXD
UART1_RXD	UART_TXD
GND	GND

UART2 接线说明：

Air1601开发板	MCU或者串口板
UART2_TXD	UART_RXD
UART2_RXD	UART_TXD
GND	GND

六、代码示例介绍

6.1 初始化

6.1.1 单串口

大家任选其中一个就行，本文使用 UART1 串口进行演示。

使用 UART1 串口：

local uartid = 1 -- 使用uart1，可根据实际设备选取不同的uartid

--初始化 参数都可以根据实施情况修改
uart.setup(
    uartid,--串口id
    115200,--波特率
    8,--数据位
    1--停止位
)

6.1.2 多串口

本文以 UART1、UART2 串口进行演示.

-- 根据实际设备选取不同的uartid
local uartid1 = 1 -- 第一个串口id
local uartid2 = 2 -- 第二个串口id

-- 初始化第一个串口
uart.setup(
    uartid1,--串口id
    115200,--波特率
    8,--数据位
    1--停止位
)

-- 初始化第二个串口
uart.setup(
    uartid2,--串口id
    115200,--波特率
    8,--数据位
    1--停止位
)

6.2 注册接收数据的回调函数

uart.on 函数用于注册一个接收事件的回调函数，当指定的串口 uartid 接收到数据时，该回调函数会被自动触发并执行。回调函数通过 uart.on(uartid1, "receive", function(id, len) ... end) 定义，并处理接收到的数据。数据的读取是通过 uart.read() 函数进行的，uart.read() 函数是非阻塞的，它是直接从现有缓存区中直接读取数据。

-- 收取数据会触发回调, 这里的 "receive" 是固定值不要修改。
uart.on(uartid, "receive", function(id, len)
    local s = ""
    repeat
        s = uart.read(id, 128)
        if #s > 0 then -- #s 是取字符串的长度
            -- 关于收发hex值,请查阅 https://doc.openluat.com/article/583
            log.info("uart", "receive", id, #s, s)
            log.info("uart", "receive(hex)", id, #s, s:toHex())   -- 如果传输二进制/十六进制数据, 部分字符不可见, 不代表没收到，可以用以hex格式打印
        end
    until s == ""
end)

使用 zbuff 接收数据：

local rxbuff = zbuff.create(10240) -- 接收数据的zbuff
local function uart_cb(id, len)  -- 串口接收数据回调函数
        while true do
            log.info("uart", "缓冲区", uart.rxSize(id))
            local len = uart.rx(id, rxbuff)
            if len <= 0 then
                break
            end
            log.info("uart", "receive", id, rxbuff:used(), rxbuff:toStr())
            rxbuff:seek(0)
        end
    end

6.3 注册数据发送完成的回调函数

uart.on 函数用于注册一个接收事件的回调函数，当指定的串口数据发送完成时，该回调函数会被自动触发并执行。回调函数通过 uart.on(uartid1, "sent", function(id) ... end) 定义

local function uart_send_cb(id)
    log.info("uart", id , "数据发送完成回调")
end

6.4 发送数据

本文中字符串编码格式为 UTF-8 编码格式，SSCOM 串口调试工具无法正确显示字符串中的中文，需要注意。

发送普通字符串

uart.write(uartid, "\r\nRDY\r\n模块型号：" .. hmeta.model())

发送十六进制的数据串

uart.write(uartid, string.char(0x55,0xAA,0x4B,0x03,0x86))

通过 zbuff 的方式发送数据

local buff = zbuff.create(1024)
buff:copy(0, "aa:bb:cc:dd, zbuff!")
uart.tx(uartid, buff)

发送 json 格式的数据

local data =
{
    host = "abcdefg.com",
    port = "1883",
    clientID = "c88885",
    username = "user",
    password = "123456",
    ca_self = {ssl=false},
}

local jsondata = json.encode(data)
uart.write(uartid, jsondata)