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

一、串口相關(guān)管腳

Air700ECQ/EAQ/EMQ系列模組支持2個(gè)串口，分別是：

主串口MAIN_UART

調(diào)試串口DBG_UART

對(duì)應(yīng)的管腳如下：

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

二、串口功能描述

模組的AT指令控制，數(shù)據(jù)傳輸都是通過主串口來實(shí)現(xiàn)。注意，即使采用二次開發(fā)方式，也建議優(yōu)先用主串口進(jìn)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(rèn)只能為1.8V電平。

注意這點(diǎn)與Air780E/Air780EP等不同：

Air700ECQ/EAQ/EMQ無法通過軟硬件配置為3.3V默認(rèn)電平。

2）默認(rèn)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(yīng)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(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)。

4）MAIN_DTR管腳

為中斷輸入管腳，用于喚醒模組。DTR管腳內(nèi)部串聯(lián)5.6K電阻，而且內(nèi)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(dāng)模組收到短信時(shí)，會(huì)輸出120ms低脈沖通知主控來信。

同時(shí)也可以通過AT+CFGRI指令設(shè)置URC上報(bào)提醒：

當(dāng)AT+CFGRI=1時(shí)，網(wǎng)絡(luò)URC來到時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生120ms低脈沖。

▼ 詳細(xì)功能邏輯 ▼

待機(jī)狀態(tài)下：

MAIN_RI管腳為高電平。

短信接收：

當(dāng)收到短信時(shí)，MAIN_RI管腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)120ms的低脈沖。

數(shù)據(jù)傳輸：

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（包括 TCP/IP、HTTP、MQTT、FTP）到來時(shí)的URC上報(bào)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)120ms 低脈沖。

注：需要 AT+CFGRI=1將功能使能。

其他的URC上報(bào)：

當(dāng)模塊主動(dòng)發(fā)起對(duì)上位機(jī)的URC上報(bào)時(shí)，也會(huì)在 MAIN_RI管腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)120ms的低脈沖，以通知上位機(jī)進(jìn)行接收。

注：需要AT+CFGRI=1將功能使能。

2.調(diào)試串口

調(diào)試串口DBG_UART，用來輸出模組的運(yùn)行日志。無法通過AT指令來操作，但是可以通過AT指令（內(nèi)部指令）來關(guān)閉調(diào)試串口的日志輸出功能，但不建議。

調(diào)試串口固定波特率961200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。

三、硬件設(shè)計(jì)指導(dǎo)

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。

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，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。

也就是Air700ECQ/EAQ/EMQ支持的方式：

2.串口的電平轉(zhuǎn)換

Air700ECQ/EAQ/EMQ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(duì)方的高電平判別門限下，就容易出現(xiàn)誤判的現(xiàn)象。

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

1）晶體管的電平轉(zhuǎn)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(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

參考設(shè)計(jì)如下圖：

這種方式的優(yōu)劣也比較明顯，實(shí)際應(yīng)該須注意。

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）；開關(guān)速度不夠，超過460800波特率時(shí)不建議用這種方式。

▼ 設(shè)計(jì)注意要點(diǎn) ▼

RXD上拉電源選擇：

參考設(shè)計(jì)選擇AGPIO做上拉而沒有選擇VDD_EXT電源做上拉，是因?yàn)閂DD_EXT在模組休眠時(shí)會(huì)關(guān)閉，會(huì)導(dǎo)致RXD上產(chǎn)生一個(gè)低電平，又由于主串口支持休眠喚醒，就導(dǎo)致這個(gè)低電平讓串口產(chǎn)生中斷將模組喚醒，最終導(dǎo)致模組無法休眠。

所以在需要休眠的應(yīng)用設(shè)計(jì)上，禁止用VDD_EXT電源上拉串口。

對(duì)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(jí)管不能完截止。

RXD和TXD的上拉電阻：

在不影響信號(hào)質(zhì)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(qū)動(dòng)負(fù)荷。

對(duì)于三極管選型：

選型方面并沒有嚴(yán)格要求，通用的3904NPN三極管都能滿足要求。

2）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做電平轉(zhuǎn)換，兼顧性能和成本。

電平轉(zhuǎn)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(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇