Pi 4B插针定义深度解读：UART串口引脚使用方法-开发者社区

树莓派4B的UART串口：从引脚定义到实战通信，一文讲透

你有没有遇到过这种情况——接好了线，写好了代码，树莓派就是收不到GPS模块的数据？或者用USB转TTL连上去，终端里只看到乱码甚至完全没反应？

别急，问题很可能出在UART串口配置上。而根源，往往是对“Pi 4B插针定义”理解不深，尤其是那两个关键引脚：GPIO14 和 GPIO15。

今天我们就来彻底拆解树莓派4B上的UART串口，从物理引脚、电平特性、系统配置到Python通信实战，一步步带你打通任督二脉。无论你是刚入门的新手，还是卡在某个环节的老手，这篇文章都能帮你把坑踩明白。

为什么是GPIO14和GPIO15？搞懂这俩引脚才算入门

树莓派4B背面那个40针的排母，看起来密密麻麻，其实它有一套非常清晰的设计逻辑。其中最常被用到的一组功能就是UART串口通信，对应的正是：

GPIO14（物理引脚8） → TXD（发送）
GPIO15（物理引脚10） → RXD（接收）

这两个引脚属于BCM编号体系下的通用IO，但在默认状态下已经被映射为硬件UART控制器（PL011 UART）的通信通道。它们工作在3.3V TTL电平下，意味着高电平代表“1”时电压约为3.3V，低电平为0V。

🔍 小贴士：千万不要直接接到5V设备！像Arduino Uno这类主控输出的是5V信号，如果直接连到GPIO15，轻则通信失败，重则烧毁树莓派GPIO！

更麻烦的是，默认情况下，树莓派操作系统会把这对引脚当作“串口控制台”使用——也就是说，开机过程中的内核日志、登录提示符都会通过这里输出。如果你想用自己的程序去读写数据，就得先把这个“默认权限”释放出来。

所以，真正要用好UART，光知道哪根线接哪根还不够，你还得动系统配置。

引脚编号别再傻傻分不清：Board、BCM、WiringPi到底怎么选？

新手最容易混淆的就是引脚编号方式。同一个物理位置，三种叫法，稍不留神就配错了GPIO。

类型	特点	推荐场景
物理引脚号（Board）	按照从左到右、从上到下顺序编号1~40	接线时方便对照板子
BCM编号	芯片内部寄存器编号，如GPIO14、GPIO15	编程控制首选
WiringPi编号	第三方库自定义编号，现已弃用	不推荐使用

举个例子：
- 物理引脚第8针 = BCM GPIO14 = 原来的WiringPi编号15（但现在没人用了）

结论很明确：写代码一律用BCM编号。因为所有现代库（比如RPi.GPIO、pyserial、gpiozero）都基于BCM，这样能确保你的脚本在不同版本的树莓派之间有更好的兼容性。

UART是怎么工作的？一句话说清本质

UART全称叫“通用异步收发器”，关键词是“异步”。这意味着它不需要一根专门的时钟线来同步双方节奏，而是靠事先约定好的波特率来协调数据传输速度。

比如你设成115200 bps，那发送方每秒发11万5千多个比特，接收方也按这个节奏一个一个采样。只要两边差得不太离谱，就能正确还原数据。

典型的数据帧结构如下（以最常见的8N1模式为例）：

[起始位(0)] [D0][D1][D2][D3][D4][D5][D6][D7] [停止位(1)]

总共10位，传输一个字节。没有校验位，起止分明，简单高效。

常见的波特率有：9600、19200、38400、57600、115200。对于树莓派与传感器之间的通信，115200是最常用的选择，兼顾速度与稳定性。

硬件怎么接？三句话讲清楚正确连接方式

要实现树莓派与其他设备（比如USB-TTL模块、ESP32、STM32等）的串口通信，请牢记以下三条铁律：

交叉连接
- Pi 的 TX（GPIO14） → 对方的 RX
- Pi 的 RX（GPIO15） ← 对方的 TX
共地是必须的
双方必须共用GND（物理引脚6），否则没有统一的参考电平，信号无法识别。
电平必须匹配
如果对方是3.3V系统（如ESP8266、多数LoRa模块），可直连；如果是5V系统（如Arduino Uno），必须加电平转换电路或使用带电平匹配的模块。

⚠️ 再强调一遍：绝对不要让5V信号进入GPIO14/15！

典型的连接拓扑如下：

[树莓派4B] GPIO14 (TX) ──────→ [RX of USB-TTL] GPIO15 (RX) ←────── [TX of USB-TTL] GND ──→ GND │ [PC via USB]

这种结构非常适合你在PC端通过串口工具（如PuTTY、minicom、Screen）查看树莓派启动信息，或者调试嵌入式程序。

系统配置才是关键：为什么/dev/ttyS0总是打不开？

很多人明明接对了线，却始终无法打开/dev/ttyS0或/dev/serial0，程序报错“No such device”或“Permission denied”。

原因只有一个：串口还被系统拿去当控制台用了。

解决办法分两步走：

第一步：关闭串口登录 shell

运行：

sudo raspi-config

进入菜单：

Interfacing Options → Serial

然后回答两个问题：
- “Would you like a login shell to be accessible over serial?” →No
- “Would you like the serial port hardware to be enabled?” →Yes

这一步的作用是告诉系统：“我不需要通过串口登录了，请把硬件交给我自己用。”

第二步：确保UART永久启用

编辑配置文件：

sudo nano /boot/config.txt

确认里面包含这一行：

enable_uart=1

如果没有，加上它。这一行能防止系统因动态电源管理或其他覆盖设置而禁用UART。

同时检查是否误加了以下语句（旧版配置常见错误）：

dtoverlay=pi3-disable-bt # 或 dtoverlay=disable-bt

这些会干扰UART资源分配，在Pi 4B上应注释掉或删除。

改完重启：

sudo reboot

验证是否成功

重启后执行：

ls /dev/ttyS*

正常应该看到：

/dev/ttyS0

还可以查看符号链接：

readlink /dev/serial0

通常指向/dev/ttyS0，这是推荐在代码中使用的路径，因为它具有更好的跨平台适应性。

Python实战：用pyserial轻松实现串口通信

一旦硬件和系统都准备就绪，剩下的就是写代码了。Python配合pyserial库，可以让串口编程变得异常简单。

安装依赖

pip install pyserial

示例代码：双向通信模板

import serial import time # 打开串口 ser = serial.Serial( port='/dev/serial0', # 推荐使用symbolic link baudrate=115200, parity=serial.PARITY_NONE, stopbits=serial.STOPBITS_ONE, bytesize=serial.EIGHTBITS, timeout=1 # 设置非阻塞读取 ) print("串口已打开，开始监听...") try: while True: # 检查是否有数据到达 if ser.in_waiting > 0: data = ser.readline().decode('utf-8', errors='ignore').strip() print(f"收到: {data}") # 主动发送心跳包（可选） ser.write(b'Hello from Raspberry Pi!\n') time.sleep(1) except KeyboardInterrupt: print("\n退出中...") finally: ser.close()

📌关键细节说明：
- 使用/dev/serial0而不是/dev/ttyS0，避免未来更换型号时路径失效
-timeout=1是为了防止readline()永久阻塞
-in_waiting判断缓冲区是否有数据，提升响应效率
- 加errors='ignore'防止非法编码导致崩溃
- 记得将当前用户加入dialout组以获得访问权限：
bash sudo usermod -aG dialout $USER

实际应用场景：树莓派作为智能网关的核心桥梁

在真实的项目中，UART不只是用来“打印点东西”。它是树莓派连接外部世界的关键通道之一。

场景1：接入GPS模块（如NEO-6M）

GPS模块持续广播NMEA语句（如$GPGGA）
树莓派通过GPIO15接收，解析经纬度、时间、定位状态
数据可用于轨迹记录、时间同步或上传至服务器

💡 提示：很多GPS模块默认波特率为9600，请在代码中对应调整。

场景2：驱动LoRa模组（如SX1278）

使用AT指令通过UART配置LoRa参数（频率、扩频因子等）
树莓派作为中心节点，收集远程传感器数据
构建远距离、低功耗的无线传感网络

场景3：与STM32协同工作

STM32处理实时任务（电机控制、PID调节）
树莓派负责高级运算（图像识别、网络通信）
双方通过UART交换状态和命令，形成“主控+协处理器”架构

这些应用的背后，都是那一对小小的引脚在默默支撑。

常见问题与避坑指南

❌ 问题1：什么都收不到？

✅ 检查是否已禁用串口控制台
✅ 双方波特率是否一致
✅ 接线是否交叉（TX→RX，RX←TX）
✅ 是否共地
✅ 用万用表测一下对方TX脚有没有电平跳动

❌ 问题2：/dev/ttyS0不存在？

✅ 确保/boot/config.txt中有enable_uart=1
✅ 查看启动日志：dmesg | grep uart，看是否有初始化信息
✅ 是否启用了蓝牙相关覆盖层导致冲突？

❌ 问题3：通信不稳定、丢包严重？

✅ 避免超过1米的长导线
✅ 使用带屏蔽层的杜邦线
✅ 加大电源滤波电容，减少噪声干扰
✅ 高干扰环境下考虑升级为RS-485差分通信

工程级建议：让产品更可靠的设计实践

如果你是在做正式产品而非实验原型，以下几点值得参考：

保留调试接口
即使最终产品封闭，也建议在PCB上预留UART排针或测试点，便于现场升级和故障排查。
命名清晰
在电路板丝印上明确标注“UART_TX”、“UART_RX”、“GND”，避免装配出错。
增加防护
在UART信号线上添加TVS二极管，防静电（ESD）击穿，提高工业环境下的可靠性。
注意蓝牙影响
Pi 4B上蓝牙使用的是mini-UART（通常是ttyS0），而主UART用于GPIO14/15。若需高性能蓝牙通信，可通过锁定core_freq=250来稳定mini-UART时钟源。
权限管理自动化
在部署脚本中自动添加用户到dialout组，避免每次手动操作。

结语：掌握UART，才真正打开了硬件交互的大门

回到最初的问题：为什么你的串口不通？

可能只是少勾了一个选项，或多接了一根5V线。

但背后反映的，是对树莓派插针定义和底层机制的理解深度。

GPIO14 和 GPIO15 看似普通，实则是连接数字世界与物理世界的桥梁。只有当你真正搞懂它们的功能、限制和配置方法，才能游刃有余地驾驭各种传感器、模组和微控制器。

下次当你拿起杜邦线准备连接UART时，不妨停下来想一想：
- 我的波特率设对了吗？
- 控制台关了吗？
- 电平安全吗？
- 共地了吗？

把这些细节都理顺了，你会发现，原来串口通信，也没那么难。

如果你在实际项目中遇到了其他UART难题，欢迎在评论区留言交流。我们一起把每一个坑，变成通往精通的台阶。

创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考

Pi 4B插针定义深度解读：UART串口引脚使用方法