串口设计一些关键注意点！千万别踩雷！

本文将以Air700ECQ/EAQ/EMQ为例，带你从硬件设计的角度，一起来了解串口设计中的一些关键注意点；软件开发或者AT设置方面不做深入探讨。
 

一、串口相关管脚

Air700ECQ/EAQ/EMQ系列模组支持2个串口，分别是：

主串口MAIN_UART

调试串口DBG_UART

对应的管脚如下：

 

注：MAIN_DTR，MAIN_RI管脚严格意义来说，并不能归为串口功能；MAIN_DTR、MAIN_RI是独立的控制功能管脚。

二、串口功能描述

模组的AT指令控制，数据传输都是通过主串口来实现。注意，即使采用二次开发方式，也建议优先用主串口进行外部通信和模组控制。

1. 主串口特性

1）均为TTL电平串口

Air700ECQ/EAQ/EMQ所有串口均为TTL电平串口，电平默认只能为1.8V电平。

注意这点与Air780E/Air780EP等不同：

Air700ECQ/EAQ/EMQ无法通过软硬件配置为3.3V默认电平。

2）默认波特率115200

可以通过AT+IPR指令来配置波特率，最大支持921600波特率，支持自适应波特率。

3）只有主串口支持模组休眠唤醒功能（LPUART)

Air700ECQ/EAQ/EMQ模组在休眠时，所有串口均为关闭状态，只有主串口支持接收串口数据唤醒模组。

注意：在非9600的其他波特率下，进行串口收发数据唤醒时，会丢失前几个字节。

4）MAIN_DTR管脚

为中断输入管脚，用于唤醒模组。DTR管脚内部串联5.6K电阻，而且内部上拉，外部直连即可，不建议外接上拉。

5）MAIN_RI管脚

振铃管脚，当模组收到短信时，会输出120ms低脉冲通知主控来信。

同时也可以通过AT+CFGRI指令设置URC上报提醒：

当AT+CFGRI=1时，网络URC来到时，也会产生120ms低脉冲。

▼ 详细功能逻辑 ▼

待机状态下：

MAIN_RI管脚为高电平。

短信接收：

当收到短信时，MAIN_RI管脚会产生一个120ms的低脉冲。

数据传输：

数据业务（包括 TCP/IP、HTTP、MQTT、FTP）到来时的URC上报，会产生一个120ms 低脉冲。

注：需要 AT+CFGRI=1将功能使能。

其他的URC上报：

当模块主动发起对上位机的URC上报时，也会在 MAIN_RI管脚会产生一个120ms的低脉冲，以通知上位机进行接收。

注：需要AT+CFGRI=1将功能使能。

2. 调试串口

调试串口DBG_UART，用来输出模组的运行日志。无法通过AT指令来操作，但是可以通过AT指令（内部指令）来关闭调试串口的日志输出功能，但不建议。

调试串口固定波特率961200不可更改，不建议连接任何外设，但建议设计时预留测试点。调试串口日志数据有专门的协议，如果用普通的串口工具抓取会显示乱码，只有用专用调试工具，如有需要请联系官方技术人员。

三、硬件设计指导

1. 串口的连接方式

主串口的型号命名很容易让人联想到RS232标准的DB9接口，其实不然，模组的串口连接方式与标准RS232连接方式有所不同。

标准RS232串口连接方式如下图所示，特点是交叉连接。

模组串口遵循的是早期贺氏（HAYES）公司制定的MODEM串口标准，在这个标准下，DTR/DSR/CTS/RTS信号的功能有所不同。

MODEM串口标准标准下，DTR/DSR/CTS/RTS采用的是直连方式。

如下图示：

在逐渐的演变过程中，DCD/DSR/RI逐渐演变为其他的独立功能，在物联网串口应用中仅保留T/RX加流控管脚的5线串口的形式。

但是CTS/RTS的命名规则保留了下来，虽然CTS/RTS采用直连的方式，但是实际上模组的CTS管脚起到的功能是标准RTS功能；模组RTS管脚起到的功能是标准CTS功能。

连接方式如下：

甚至流控管脚也不是必须，就变成了3线串口。

也就是Air700ECQ/EAQ/EMQ支持的方式：

2. 串口的电平转换

Air700ECQ/EAQ/EMQ的串口是TTL电平串口，TTL电平串口会有输入输出判别门限，如下图。

同时，外接MCU或者外设的TTL电平串口同样有判别门限。

一般来说，TTL电平的判别门限高低取决于IO供电电平VDD的高低。如果串口双方的判别门限差别较大，一方的输出高电平落在对方的高电平判别门限下，就容易出现误判的现象。

在串口双方电平不一致的情况，就要增加电平转换电路来转换通信电平。

1）晶体管的电平转换方案：

在串口波特率不高的情况下（如115200），可以通过NPN晶体管的方式进行电平转换。

参考设计如下图：

这种方式的优劣也比较明显，实际应该须注意。

优点：成本低；

劣势：低电平下会被三极管的饱和管压降抬高（通常在0.1V左右，不影响通信）；开关速度不够，超过460800波特率时不建议用这种方式。

▼ 设计注意要点 ▼

RXD上拉电源选择：

参考设计选择AGPIO做上拉而没有选择VDD_EXT电源做上拉，是因为VDD_EXT在模组休眠时会关闭，会导致RXD上产生一个低电平，又由于主串口支持休眠唤醒，就导致这个低电平让串口产生中断将模组唤醒，最终导致模组无法休眠。

所以在需要休眠的应用设计上，禁止用VDD_EXT电源上拉串口。

对Air700ECQ/EAQ/EMQ来说，VDD_EXT没有引出，而是由RefVolt代替，其作用与图中的AGPIO3一样。

三极管的基极：

要用较低电平的一方参考电平来上拉，否则容易找出三级管不能完截止。

RXD和TXD的上拉电阻：

在不影响信号质量的情况下尽量加大，一方面是降低休眠功耗，一方面是降低RefVolt的驱动负荷。

对于三极管选型：

选型方面并没有严格要求，通用的3904NPN三极管都能满足要求。

2）电平转换芯片方案：

对成本不敏感的话，优先考虑用电平转换芯片，无论速度，可靠性都很完美。

对于设计方面只要注意芯片选型，同时模组端参考电平注意用AGPIO3，其他的参考具体芯片参考设计即可，没有太多注意事项。

考虑到电平转换芯片价格与通道数量成正相关，也可以采用TX RX用双通道电平转换芯片，其他流控信号用晶体管或者分压方式来做电平转换，兼顾性能和成本。

电平转换芯片选型参考：

TXS0102/TXS0104/TXS0108系列

2/4/8通道，品牌TI

RS0102/RS0104/RS0108系列

2/4/8通道，品牌润石

SGM4553，双通道，品牌圣邦威

今天的内容就分享到这里了~

审核编辑 黄宇