一、概述
- 串口重要性：串口是 Air8101 工业引擎最主要的通信接口，承担着控制、数据传输、外设通信等重要功能。
- 串口特性：Air8101 工业引擎的串口特性与普通 MCU 串口有所不同，请务必仔细阅读本说明。
- 串口用途：其 3 个 UART(UART0、UART1、UART2)，UART0 为模组的下载、debug 调试和 log 输出的接口，UART0 TXD需要预留一颗电阻到地,正常出货不贴片，认证时需要贴1K电阻，这样上电开机就会进入测试模式；
二、Air8101 工业引擎串口相关管脚概述
| **管脚编号** | **管脚名称** | **UART接口定义** | **描述** |
| 26 | U0RX_GPIO10 | UART0_RXD | 串口数据接收、下载接收口、Debug调试接收口 |
| 27 | U0TX_GPIO11 | UART0_TXD | 串口数据发送、下载发送口、Debug调试发送口；UART0 TXD需要预留一颗电阻到地,正常出货不贴片，认证时需要贴1K电阻，这样上电开机就会进入测试模式； |
| 11 | U1RX_GPIO1 | UART1_RXD | 扩展串口数据接收 |
| 12 | U1TX_GPIO0 | UART1_TXD | 扩展串口数据发送 |
| 3 | DVP_GPIO30 | UART2_RXD | 扩展串口数据接收，为GPIO引脚复用表中的复用功能2 |
| 73 | DVP_GPIO31 | UART2_TXD | 扩展串口数据发送，为GPIO引脚复用表中的复用功能2 |
| 48 | RGB_G4_GPIO40 | UART2_RXD | 扩展串口数据接收，为GPIO引脚复用表中的复用功能2 |
| 35 | RGB_G3_GPIO41 | UART2_TXD | 扩展串口数据发送，为GPIO引脚复用表中的复用功能2 |
- 串口 UART0：模组管脚编号：26、27
UART0 接口是 Air8101 模组的下载、debug 调试和 log 输出的接口，UART0 TXD需要预留一颗电阻到地,正常出货不贴片，认证时需要贴1K电阻，这样上电开机就会进入测试模式； - 串口 UART1：模组管脚编号：11、12 - 串口 UART2：模组管脚编号：3、73 和 48、35； - 推荐客户使用 UART1 和 UART2；
三、Air8101 工业引擎串口连接方式
Air8101 串口使用三线制的串口连接方式，如下图：
模组内部 Tx、Rx 并未交叉连接。在使用时需要如下图连接方式 TX、Rx 交叉连接。
四、Air8101 工业引擎串口电平转换设计参考
当使用Air8101模组与其他不同供电电压MCU之间需要通讯，或者Air8101模组与不同电压的外围芯片进行通讯时，不可避免地要进行电平转换，否则会出现通讯不成功，甚至电压超过Air8101模组耐受值而损坏的情况。
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。
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 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：
甚至流控管脚也不是必须，就变成了 3 线串口：
- 串口的电平转换：
Air8101 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。
- 双方模块串口电平差别不大的情况：
例如，模块串口电平 3.3V， MCU 串口电平 3.0V。按照上图判别门限，模块的输入高判别门限为 0.7x3.3=2.32V，所以 MCU 串口高电平输出为 3V，高于模块的输入高判别门限，能够稳定判断。这种情况下即使 MCU 与模块的电平不一致，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，只需要在窗口 TX RX 型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，会影响串口型号的上升下降时间，从而影响串口信号质量。
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
- 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。
设计注意：
- 三极管的基极要用较低电平的一方参考电平来上拉，否则容易找出三极管不能完截止。
- RXD 和 TXD 的上拉电阻在不影响信号质量的情况下尽量加大。
- 对于三极管选型并没有严格要求，通用的 3904NPN 三极管都能满足要求
- 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，同时模块端参考电平注意用 VDD_GPIO，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：
- 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
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。