本文將以Air700ECQ/EAQ/EMQ為例，帶你從硬件設計的角度，一起來了解串口設計中的一些關鍵注意點；軟件開發(fā)或者AT設置方面不做深入探討。

一、串口相關管腳

Air700ECQ/EAQ/EMQ系列模組支持2個串口，分別是：

主串口MAIN_UART

調試串口DBG_UART

對應的管腳如下：

注：MAIN_DTR，MAIN_RI管腳嚴格意義來說，并不能歸為串口功能；MAIN_DTR、MAIN_RI是獨立的控制功能管腳。

二、串口功能描述

模組的AT指令控制，數據傳輸都是通過主串口來實現。注意，即使采用二次開發(fā)方式，也建議優(yōu)先用主串口進行外部通信和模組控制。

1.主串口特性

1）均為TTL電平串口

Air700ECQ/EAQ/EMQ所有串口均為TTL電平串口，電平默認只能為1.8V電平。

注意這點與Air780E/Air780EP等不同：

Air700ECQ/EAQ/EMQ無法通過軟硬件配置為3.3V默認電平。

2）默認波特率115200

可以通過AT+IPR指令來配置波特率，最大支持921600波特率，支持自適應波特率。

3）只有主串口支持模組休眠喚醒功能（LPUART)

Air700ECQ/EAQ/EMQ模組在休眠時，所有串口均為關閉狀態(tài)，只有主串口支持接收串口數據喚醒模組。

注意：在非9600的其他波特率下，進行串口收發(fā)數據喚醒時，會丟失前幾個字節(jié)。

4）MAIN_DTR管腳

為中斷輸入管腳，用于喚醒模組。DTR管腳內部串聯5.6K電阻，而且內部上拉，外部直連即可，不建議外接上拉。

5）MAIN_RI管腳

振鈴管腳，當模組收到短信時，會輸出120ms低脈沖通知主控來信。

同時也可以通過AT+CFGRI指令設置URC上報提醒：

當AT+CFGRI=1時，網絡URC來到時，也會產生120ms低脈沖。

▼ 詳細功能邏輯 ▼

待機狀態(tài)下：

MAIN_RI管腳為高電平。

短信接收：

當收到短信時，MAIN_RI管腳會產生一個120ms的低脈沖。

數據傳輸：

數據業(yè)務（包括 TCP/IP、HTTP、MQTT、FTP）到來時的URC上報，會產生一個120ms 低脈沖。

注：需要 AT+CFGRI=1將功能使能。

其他的URC上報：

當模塊主動發(fā)起對上位機的URC上報時，也會在 MAIN_RI管腳會產生一個120ms的低脈沖，以通知上位機進行接收。

注：需要AT+CFGRI=1將功能使能。

2.調試串口

調試串口DBG_UART，用來輸出模組的運行日志。無法通過AT指令來操作，但是可以通過AT指令（內部指令）來關閉調試串口的日志輸出功能，但不建議。

調試串口固定波特率961200不可更改，不建議連接任何外設，但建議設計時預留測試點。調試串口日志數據有專門的協(xié)議，如果用普通的串口工具抓取會顯示亂碼，只有用專用調試工具，如有需要請聯系官方技術人員。

三、硬件設計指導

1.串口的連接方式

主串口的型號命名很容易讓人聯想到RS232標準的DB9接口，其實不然，模組的串口連接方式與標準RS232連接方式有所不同。

標準RS232串口連接方式如下圖所示，特點是交叉連接。

模組串口遵循的是早期賀氏（HAYES）公司制定的MODEM串口標準，在這個標準下，DTR/DSR/CTS/RTS信號的功能有所不同。

MODEM串口標準標準下，DTR/DSR/CTS/RTS采用的是直連方式。

如下圖示：

在逐漸的演變過程中，DCD/DSR/RI逐漸演變?yōu)槠渌莫毩⒐δ?，?a target="_blank">物聯網串口應用中僅保留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，雖然CTS/RTS采用直連的方式，但是實際上模組的CTS管腳起到的功能是標準RTS功能；模組RTS管腳起到的功能是標準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。

也就是Air700ECQ/EAQ/EMQ支持的方式：

2.串口的電平轉換

Air700ECQ/EAQ/EMQ的串口是TTL電平串口，TTL電平串口會有輸入輸出判別門限，如下圖。

同時，外接MCU或者外設的TTL電平串口同樣有判別門限。

一般來說，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方的高電平判別門限下，就容易出現誤判的現象。

在串口雙方電平不一致的情況，就要增加電平轉換電路來轉換通信電平。

1）晶體管的電平轉換方案：

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

參考設計如下圖：

這種方式的優(yōu)劣也比較明顯，實際應該須注意。

優(yōu)點：成本低；

劣勢：低電平下會被三極管的飽和管壓降抬高（通常在0.1V左右，不影響通信）；開關速度不夠，超過460800波特率時不建議用這種方式。

▼ 設計注意要點 ▼

RXD上拉電源選擇：

參考設計選擇AGPIO做上拉而沒有選擇VDD_EXT電源做上拉，是因為VDD_EXT在模組休眠時會關閉，會導致RXD上產生一個低電平，又由于主串口支持休眠喚醒，就導致這個低電平讓串口產生中斷將模組喚醒，最終導致模組無法休眠。

所以在需要休眠的應用設計上，禁止用VDD_EXT電源上拉串口。

對Air700ECQ/EAQ/EMQ來說，VDD_EXT沒有引出，而是由RefVolt代替，其作用與圖中的AGPIO3一樣。

三極管的基極：

要用較低電平的一方參考電平來上拉，否則容易找出三級管不能完截止。

RXD和TXD的上拉電阻：

在不影響信號質量的情況下盡量加大，一方面是降低休眠功耗，一方面是降低RefVolt的驅動負荷。

對于三極管選型：

選型方面并沒有嚴格要求，通用的3904NPN三極管都能滿足要求。

2）電平轉換芯片方案：

對成本不敏感的話，優(yōu)先考慮用電平轉換芯片，無論速度，可靠性都很完美。

對于設計方面只要注意芯片選型，同時模組端參考電平注意用AGPIO3，其他的參考具體芯片參考設計即可，沒有太多注意事項。

考慮到電平轉換芯片價格與通道數量成正相關，也可以采用TX RX用雙通道電平轉換芯片，其他流控信號用晶體管或者分壓方式來做電平轉換，兼顧性能和成本。

電平轉換芯片選型參考：

TXS0102/TXS0104/TXS0108系列

2/4/8通道，品牌TI

RS0102/RS0104/RS0108系列

2/4/8通道，品牌潤石

SGM4553，雙通道，品牌圣邦威

今天的內容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇