Air780EQ 模块串口电路设计硬件指导

概述

串口作为 Air780EQ 模块最最主要的通信接口，承担着控制，数据传输，外设通信等重要功能。基本上绝大部分的 Cat.1 应用场景都会用到。而 Air780EQ 模块的串口特性和使用要求上与通常的 MCU 串口会有些不同，导致在第一次用 Air780EQ 模块做设计时容易踩到一些坑。本文主要从硬件设计的角度，着重讲解串口设计中的一些关键注意点，LuatOS二次开发或者AT指令设置方面不做深入探讨。

串口相关管脚

Air780EQ 支持 3 个串口，分别是主串口 MAIN_UART, 扩展串口 AUX_UART, 调试串口 DBG_UART。对应的管脚如下：

*注：

1，在AT指令使用方式中，MAIN_DTR，MAIN_RI, MAIN_DCD 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，MAIN_DCD 目前并无功能，仅仅作为普通 GPIO。

2，在LuatOS二次开发中，大家根据需要是将这些管教用作MAIN_UART，还是用作GPIO，这也就是二次开发的灵活之处；

功能描述

• 主串口：

模块的 AT 指令控制，数据传输都是通过主串口来实现； 在LuatOS二次开发时，也建议优先用主串口进行外部通信和模块控制；

主串口有以下特性：

• 为 TTL 电平串口（Air780EQ 所有串口均为 TTL 电平串口），电平默认只能为 1.8V 电平(这点与Air780E/Air780EP不同，Air780EQ无法通过软硬件配置为3.3V默认电平)。
• 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。不支持自适应波特率。

• 只有主串口支持模块休眠唤醒功能（LPUART)。Air780EQ 模块在休眠时，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块。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。

• 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，但不支持休眠唤醒功能，仅用于特定应用，比如外接 GNSS 定位模块；

• 调试串口：

调试串口 DBG_UART，用来输出模块的运行日志；

调试串口固定波特率 961200 不可更改，不能连接任何外设，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，只能使用专用调试工具；

硬件设计指导

• 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，模块的串口连接方式与标准 RS232 连接方式有所不同，如下是标准 RS232 串口连接方式，特点是交叉连接。 而模块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 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 TX/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，但是实际上模块的 CTS 管脚起到的功能是标准 RTS 功能；模块 RTS 管脚起到的功能是标准 CTS 功能。连接方式如下：

合宙LuatOS二次开发的串口应用，仅支持RX/TX/GND三线串口应用。

• 串口的电平转换：

Air780EQ 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 电平串口同意有判别门限，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。

• 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，参考设计如下图，这种方式的优点：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。

• 电平转换芯片方案： 电平转换芯片，对成本不敏感的话，优先考虑用电平转芯片，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，同时模块端参考电平注意用 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：

总结

虽然串口这个硬件总线原理简单，速率低速，设计也不复杂，但是对于 CAT.1 通信系统尤其是低功耗物联网应用，串口的设计就会牵涉到休眠和功耗，因此在设计中还是要有足够的重视。