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摘要

本文详细介绍ESP32-S3芯片的UART外设开发方法，涵盖UART0(默认调试串口)、UART1和UART2的配置与使用技巧，并提供完整示例代码，帮助开发者快速实现多设备串口通信。

一、ESP32-S3串口硬件资源

ESP32-S3芯片提供3个UART控制器：

控制器	默认引脚	特性
UART0	GPIO43(TX)、44(RX)	通常用于USB CDC调试输出
UART1	GPIO17(TX)、18(RX)	可自由映射引脚
UART2	无默认引脚	完全灵活配置

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二、开发环境准备

2.1 硬件要求

• ESP32-S3开发板(如ESP32-S3-DevKitC-1)

• USB数据线

• 逻辑分析仪(可选，用于调试)

2.2 软件要求

• vsCode + PlatformIO

• 驱动：CP210x/CH340 USB转串口驱动

• 库：HardwareSerial.h(内置)

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三、三串口配置实战

3.1 UART0 - 调试串口配置

UART0默认连接USB-OTG，用于Serial Monitor调试输出：

void setup() {// 初始化UART0，波特率115200Serial.begin(115200);// 等待串口连接while(!Serial);Serial.println("UART0初始化完成");
}
void loop() {Serial.println(millis()); // 打印系统运行时间delay(1000);
}

3.2 UART1 - 可重映射串口

UART1默认使用GPIO17/18，但可以重映射：

HardwareSerial uart1(1); // 创建UART1实例
void setup() {// 初始化UART1，自定义引脚uart1.begin(115200, SERIAL_8N1, 5, 6); // TX=5, RX=6// 发送测试数据uart1.println("UART1初始化成功");
}
void loop() {// 双向通信示例if(uart1.available()) {String data = uart1.readString();Serial.print("收到UART1数据: ");Serial.println(data);}
}

3.3 UART2 - 全功能串口

UART2需要完全手动配置：

HardwareSerial uart2(2); // 创建UART2实例
void setup() {// 初始化UART2，波特率9600uart2.begin(9600, SERIAL_8N1, 7, 8); // TX=7, RX=8// 设置中断回调uart2.onReceive({Serial.println("UART2收到数据!");});
}
void loop() {// 定时发送数据static uint32_t lastSend = 0;if(millis() - lastSend > 2000) {uart2.printf("时间戳: %lu\n", millis());lastSend = millis();}
}

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四、多串口协同工作示例

4.1 温湿度数据采集转发系统

#include <Arduino.h> 
​​​​​​​#include <HardwareSerial.h>
// 串口定义
HardwareSerial uart1(1);
HardwareSerial uart2(2);
// 模拟传感器读数
float readTemperature() { return random(200, 350)/10.0; }
float readHumidity() { return random(300, 800)/10.0; }
void setup() {Serial.begin(115200);uart1.begin(115200, SERIAL_8N1, 17, 18); // 默认引脚uart2.begin(9600, SERIAL_8N1, 8, 9);    // 自定义引脚Serial.println("多串口系统启动");
}
void loop() {// 每5秒采集并转发数据static uint32_t lastTime = 0;if(millis() - lastTime > 5000) {float temp = readTemperature();float hum = readHumidity();// UART1发送JSON格式uart1.printf("{\"temp\":%.1f,\"hum\":%.1f}\n", temp, hum);// UART2发送CSV格式uart2.printf("%.1f,%.1f\n", temp, hum);// 串口监视器显示Serial.printf("数据已发送: %.1fC, %.1f%%\n", temp, hum);lastTime = millis();}
}

4.2 使用freeROST实时操作系统来实现

#include <Arduino.h>
#include <HardwareSerial.h>
​
// UART1 引脚配置 (ESP32-S3默认: TX=17, RX=18)
#define UART1_TX_PIN 17
#define UART1_RX_PIN 18
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// UART2 引脚配置 (自定义)
#define UART2_TX_PIN 8
#define UART2_RX_PIN 9
​
// 创建UART实例
HardwareSerial uart1(1);
HardwareSerial uart2(2);
​
// 数据结构
typedef struct {float temperature;float humidity;uint32_t timestamp;
} SensorData;
​
// FreeRTOS任务句柄
TaskHandle_t uart1TaskHandle = NULL;
TaskHandle_t uart2TaskHandle = NULL;
​
// 模拟读取传感器数据
SensorData readSensorData() {SensorData data;data.temperature = random(200, 350) / 10.0f; // 20.0°C ~ 35.0°Cdata.humidity = random(300, 800) / 10.0f;    // 30.0% ~ 80.0%data.timestamp = millis();return data;
}
​
// 通过UART1发送数据的任务
void uart1SendTask(void *pvParameters) {const TickType_t xDelay = pdMS_TO_TICKS(3000); // 3秒间隔while(1) {// 读取传感器数据SensorData data = readSensorData();// 准备JSON格式数据char jsonBuffer[128];snprintf(jsonBuffer, sizeof(jsonBuffer),"{\"uart\":1,\"temp\":%.1f,\"hum\":%.1f,\"time\":%lu}",data.temperature, data.humidity, data.timestamp);// 通过UART1发送数据uart1.println(jsonBuffer);// 调试信息Serial.printf("[UART1发送] %s\n", jsonBuffer);vTaskDelay(xDelay);}
}
​
// 通过UART2发送数据的任务
void uart2SendTask(void *pvParameters) {const TickType_t xDelay = pdMS_TO_TICKS(5000); // 5秒间隔while(1) {// 读取传感器数据SensorData data = readSensorData();// 准备CSV格式数据char csvBuffer[64];snprintf(csvBuffer, sizeof(csvBuffer),"%.1f,%.1f,%lu", data.temperature, data.humidity, data.timestamp);// 通过UART2发送数据uart2.println(csvBuffer);// 调试信息Serial.printf("[UART2发送] %s\n", csvBuffer);vTaskDelay(xDelay);}
}
​
void setup() {// 初始化USB串口(用于调试)Serial.begin(115200);// 初始化UART1 (JSON格式)uart1.begin(115200, SERIAL_8N1, UART1_RX_PIN, UART1_TX_PIN);// 初始化UART2 (CSV格式)uart2.begin(9600, SERIAL_8N1, UART2_RX_PIN, UART2_TX_PIN);// 等待串口初始化while(!Serial);Serial.println("\nESP32-S3 双UART温湿度数据发送示例");Serial.printf("UART1配置: TX=%d, RX=%d (JSON格式, 3秒间隔)\n", UART1_TX_PIN, UART1_RX_PIN);Serial.printf("UART2配置: TX=%d, RX=%d (CSV格式, 5秒间隔)\n", UART2_TX_PIN, UART2_RX_PIN);// 创建发送任务xTaskCreate(uart1SendTask,      // 任务函数"UART1 Send Task",  // 任务名称2048,               // 堆栈大小NULL,               // 参数1,                  // 优先级&uart1TaskHandle    // 任务句柄);xTaskCreate(uart2SendTask,      // 任务函数"UART2 Send Task",  // 任务名称2048,               // 堆栈大小NULL,               // 参数1,                  // 优先级&uart2TaskHandle    // 任务句柄);Serial.println("系统初始化完成，开始发送数据...");
}
​
void loop() {// 主循环保持空闲，所有工作由任务完成static uint32_t lastHeapPrint = 0;if(millis() - lastHeapPrint > 10000) { // 每10秒打印一次内存状态Serial.printf("[系统] 空闲内存: %d bytes\n", ESP.getFreeHeap());lastHeapPrint = millis();}delay(1000);
}

4.3 性能优化技巧

1. 使用DMA缓冲：

#include <driver/uart.h>
void setup() {// 配置UART1使用DMA缓冲区uart_param_config(UART_NUM_1, &uart_config);uart_driver_install(UART_NUM_1, 2048, 2048, 0, NULL, 0);
}

1. 中断优先级设置：

void setup() {// 设置UART2中断优先级uart_isr_free(UART_NUM_2);uart_isr_register(UART_NUM_2, uart2_isr, NULL, ESP_INTR_FLAG_IRAM | ESP_INTR_FLAG_LEVEL3, NULL);
}

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五、常见问题解答

Q1: 如何解决串口数据丢失问题？

A:

1. 检查波特率是否匹配

2. 增加硬件流控(RTS/CTS)

3. 使用环形缓冲区和DMA

Q2: 多串口同时工作时如何避免冲突？

A:

1. 为每个UART分配独立任务

2. 使用互斥锁保护共享资源

3. 设置不同的中断优先级

Q3: 如何自定义UART引脚？

A: 在begin()函数中指定TX/RX引脚：

uart2.begin(115200, SERIAL_8N1, custom_tx_pin, custom_rx_pin);

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六、总结

本文全面介绍了ESP32-S3的三UART开发方法，关键要点：

1. UART0默认用于调试，不建议复用

2. UART1提供灵活的引脚重映射能力

3. UART2适合连接外部设备

4. 多串口协同需注意资源分配和冲突避免 进阶学习：

• ESP32-S3技术参考手册

• Arduino HardwareSerial源码分析

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