Air780EGH串口电路设计攻略：硬件工程师必知要点

作为硬件工程师，设计Air780EGH的UART串口电路需关注多个技术维度。本文聚焦关键要点，涵盖主串口与扩展串口特性、电平兼容性处理、休眠唤醒配置及调试串口安全使用，助力打造高可靠性串口系统。

本文主要从硬件设计的角度，分享串口设计中的一些关键注意点，软件开发方面不做深入探讨。

一、串口相关管脚

Air780EGH支持3个串口，分别是：

主串口UART1

扩展串口UART3

调试串口UART0

Air780EGH不支持AT指令操作，UART1/UART3仅用于LuatOS二次开发使用。

对应的管脚如下：

二、串口功能描述

2.1 主串口特性

模组的数据传输主要通过主串口UART1来实现，建议优先用主串口进行外部通信和模块控制。

主串口UART1有以下特性：

1）均为TTL电平串口

Air780EGH所有串口均为TTL电平串口，电平为3.0(默认)/1.8V电平。两种串口电平选择，可以通过pin100管脚配置或者二次开发代码配置。

2）只有主串口支持模组休眠唤醒功能（LPUART)

Air780EGH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。

3）待机状态下高电平

2.2 扩展串口

扩展串口AUX_UART从硬件上的电器特性来说，与主串口一样（但是不能支持休眠唤醒功能）。

2.3 调试串口

调试串口UART0，用来输出模块的运行日志。

调试串口固定波特率921600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。

对于OpenCPU二次开发应用来说：

调试串口可以配置为一般串口使用，但是要注意，即使配置为一般串口在开机时软件跑起来前的这段时间内，仍然会输出调试日志，这就有可能对外接的外设造成误动作。同理，将调试串口配置为GPIO使用时也会有这个问题。

因此不是万不得已情况下，不要使用调试串口做其他功能。

三、硬件设计指导

3.1 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。

而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：

3.2 串口的电平转换

Air780EGH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。

虽说Air780EGH可以通过pm.iovol() 来配置串口电平，但也仅有1.8V和3.3V两个档位，无法覆盖全部情况。

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）双方模组串口电平差别不大的情况

例如，模组串口电平3.3V，MCU串口电平3.0V。按照上图判别门限，模组的输入高判别门限为：0.7x3.3=2.31V。

所以MCU串口高电平输出为3V，高于模组的输入高判别门限，能够稳定判断。这种情况下即使MCU与模组的电平不一致，直接连接也不会造成通信问题。

通常这种情况下，无需电平转换，只需要在串口TX/RX信号线上串联限流电阻即可。

限流电阻用于减小串口电平不匹配造成的漏电，通常按经验串联1K电阻即可，注意串联电阻不宜过大，会影响串口信号的上升下降时间，从而影响串口信号质量。

需要特别注意：

不要只看判别门限，还要考虑串口的耐压，即使落在判别门限内，但是一方高电平高于对方的IO耐压值的情况下就不能要串联电阻的方式，还是老老实实加串口电平转换。

一般来说，双方的电平差不宜超过0.5V。

2）晶体管的电平转方案

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。

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。

参考设计及注意事项如下：

3）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。

今天的内容就分享到这里了~

审核编辑 黄宇