作為硬件工程師，設(shè)計(jì)Air780EGH的UART串口電路需關(guān)注多個(gè)技術(shù)維度。本文聚焦關(guān)鍵要點(diǎn)，涵蓋主串口與擴(kuò)展串口特性、電平兼容性處理、休眠喚醒配置及調(diào)試串口安全使用，助力打造高可靠性串口系統(tǒng)。

本文主要從硬件設(shè)計(jì)的角度，分享串口設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵注意點(diǎn)，軟件開(kāi)發(fā)方面不做深入探討。

一、串口相關(guān)管腳

Air780EGH支持3個(gè)串口，分別是：

主串口UART1

擴(kuò)展串口UART3

調(diào)試串口UART0

Air780EGH不支持AT指令操作，UART1/UART3僅用于LuatOS二次開(kāi)發(fā)使用。

對(duì)應(yīng)的管腳如下：

二、串口功能描述

2.1 主串口特性

模組的數(shù)據(jù)傳輸主要通過(guò)主串口UART1來(lái)實(shí)現(xiàn)，建議優(yōu)先用主串口進(jìn)行外部通信和模塊控制。

主串口UART1有以下特性：

1）均為TTL電平串口

Air780EGH所有串口均為TTL電平串口，電平為3.0(默認(rèn))/1.8V電平。兩種串口電平選擇，可以通過(guò)pin100管腳配置或者二次開(kāi)發(fā)代碼配置。

2）只有主串口支持模組休眠喚醒功能（LPUART)

Air780EGH模組在休眠時(shí)，所有串口均為關(guān)閉狀態(tài)，只有主串口支持接收串口數(shù)據(jù)喚醒模組。

注意：在非9600的其他波特率下，進(jìn)行串口收發(fā)數(shù)據(jù)喚醒時(shí)，會(huì)丟失前幾個(gè)字節(jié)。

3）待機(jī)狀態(tài)下高電平

2.2 擴(kuò)展串口

擴(kuò)展串口AUX_UART從硬件上的電器特性來(lái)說(shuō)，與主串口一樣（但是不能支持休眠喚醒功能）。

2.3 調(diào)試串口

調(diào)試串口UART0，用來(lái)輸出模塊的運(yùn)行日志。

調(diào)試串口固定波特率921600不可更改，不建議連接任何外設(shè)，但建議設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留測(cè)試點(diǎn)。

調(diào)試串口日志數(shù)據(jù)有專門的協(xié)議，如果用普通的串口工具抓取會(huì)顯示亂碼，只有用專用調(diào)試工具，如有需要請(qǐng)聯(lián)系官方技術(shù)人員。

對(duì)于OpenCPU二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用來(lái)說(shuō)：

調(diào)試串口可以配置為一般串口使用，但是要注意，即使配置為一般串口在開(kāi)機(jī)時(shí)軟件跑起來(lái)前的這段時(shí)間內(nèi)，仍然會(huì)輸出調(diào)試日志，這就有可能對(duì)外接的外設(shè)造成誤動(dòng)作。同理，將調(diào)試串口配置為GPIO使用時(shí)也會(huì)有這個(gè)問(wèn)題。

因此不是萬(wàn)不得已情況下，不要使用調(diào)試串口做其他功能。

三、硬件設(shè)計(jì)指導(dǎo)

3.1 串口的連接方式

主串口的型號(hào)命名很容易讓人聯(lián)想到RS232標(biāo)準(zhǔn)的DB9接口，其實(shí)不然，模組的串口連接方式與標(biāo)準(zhǔn)RS232連接方式有所不同。

標(biāo)準(zhǔn)RS232串口連接方式如下圖所示，特點(diǎn)是交叉連接。

而模組串口遵循的是早期賀氏(HAYES)公司制定的MODEM串口標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下，DTR/DSR/CTS/RTS信號(hào)的功能有所不同。

MODEM串口標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)下，DTR/DSR/CTS/RTS采用的是直連方式。

如下圖示：

在逐漸的演變過(guò)程中，DCD/DSR/RI逐漸演變?yōu)槠渌莫?dú)立功能，在物聯(lián)網(wǎng)串口應(yīng)用中僅保留T/RX加流控管腳的5線串口的形式。

但是CTS/RTS的命名規(guī)則保留了下來(lái)，雖然CTS/RTS采用直連的方式，但是實(shí)際上模組的CTS管腳起到的功能是標(biāo)準(zhǔn)RTS功能；模組RTS管腳起到的功能是標(biāo)準(zhǔn)CTS功能。

連接方式如下：

甚至流控管腳也不是必須，就變成了3線串口：

3.2 串口的電平轉(zhuǎn)換

Air780EGH的串口是TTL電平串口，TTL電平串口會(huì)有輸入輸出判別門限，如下圖：

同時(shí)，外接MCU或者外設(shè)的TTL電平串口同樣有判別門限。

一般來(lái)說(shuō)，TTL電平的判別門限高低取決于IO供電電平VDD的高低。如果串口雙方的判別門限差別較大，一方的輸出高電平落在對(duì)方的高電平判別門限下，就容易出現(xiàn)誤判的現(xiàn)象。

雖說(shuō)Air780EGH可以通過(guò)pm.iovol() 來(lái)配置串口電平，但也僅有1.8V和3.3V兩個(gè)檔位，無(wú)法覆蓋全部情況。

在串口雙方電平不一致的情況，就要增加電平轉(zhuǎn)換電路來(lái)轉(zhuǎn)換通信電平。

1）雙方模組串口電平差別不大的情況

例如，模組串口電平3.3V，MCU串口電平3.0V。按照上圖判別門限，模組的輸入高判別門限為：0.7x3.3=2.31V。

所以MCU串口高電平輸出為3V，高于模組的輸入高判別門限，能夠穩(wěn)定判斷。這種情況下即使MCU與模組的電平不一致，直接連接也不會(huì)造成通信問(wèn)題。

通常這種情況下，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換，只需要在串口TX/RX信號(hào)線上串聯(lián)限流電阻即可。

限流電阻用于減小串口電平不匹配造成的漏電，通常按經(jīng)驗(yàn)串聯(lián)1K電阻即可，注意串聯(lián)電阻不宜過(guò)大，會(huì)影響串口信號(hào)的上升下降時(shí)間，從而影響串口信號(hào)質(zhì)量。

需要特別注意：

不要只看判別門限，還要考慮串口的耐壓，即使落在判別門限內(nèi)，但是一方高電平高于對(duì)方的IO耐壓值的情況下就不能要串聯(lián)電阻的方式，還是老老實(shí)實(shí)加串口電平轉(zhuǎn)換。

一般來(lái)說(shuō)，雙方的電平差不宜超過(guò)0.5V。

2）晶體管的電平轉(zhuǎn)方案

在串口波特率不高的情況下（如115200），可以通過(guò)NPN晶體管的方式進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

優(yōu)點(diǎn)：成本低；

劣勢(shì)：低電平下會(huì)被三極管的飽和管壓降抬高（通常在0.1V左右，不影響通信）；開(kāi)關(guān)速度不夠，超過(guò)460800波特率時(shí)不建議用這種方式。

參考設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)如下：

3）電平轉(zhuǎn)換芯片方案

對(duì)成本不敏感的話，優(yōu)先考慮用電平轉(zhuǎn)換芯片，無(wú)論速度，可靠性都很完美。

對(duì)于設(shè)計(jì)方面只要注意芯片選型，同時(shí)模組端參考電平注意用AGPIO3，其他的參考具體芯片參考設(shè)計(jì)即可，沒(méi)有太多注意事項(xiàng)。

考慮到電平轉(zhuǎn)換芯片價(jià)格與通道數(shù)量成正相關(guān)，也可以采用TX/RX用雙通道電平轉(zhuǎn)換芯片，其他流控信號(hào)用晶體管或者分壓方式來(lái)做電平轉(zhuǎn)換，兼顧性能和成本。

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇