串口作為Air780EPM模塊的核心通信接口，承擔著設備控制、數據傳輸及外設交互等關鍵功能，在物聯網終端、智能設備、工業自動化等場景中不可或缺。

串口作為 Air780EPM 模塊最最主要的通信接口，承擔著控制，數據傳輸，外設通信等重要功能。基本上絕大部分的 Cat.1 應用場景都會用到。而 Air780EPM 模塊的串口特性和使用要求上與通常的 MCU 串口會有些不同，導致在第一次用 Air780EPM 模塊做設計時容易踩到一些坑。

特別說明： Air780EPM 不支持AT指令操作，3 個 UART ( UART1 UART2 UART3) 僅用于 LuatOS 二次開發使用；

本文主要從硬件設計的角度，著重講解串口設計中的一些關鍵注意點，軟件開發方面不做深入探討。

Air780EPM 支持 4 個串口，分別是主串口 UART1(MAIN_UART), UART2(AUX_UART)和UART3, 調試串口 UART0(DBG_UART)。對應的管腳如下：

• 主串口UART1： 模塊的數據傳輸主要通過主串口 UART1 來實現，建議優先用主串口進行外部通信和模塊控制。 主串口 UART1 有以下特性：

• TTL 電平串口（Air780EPM 所有串口均為 TTL 電平串口），電平為 3.0V(默認)/1.8V電平。（兩種串口電平選擇，可以通過 PIN 100 管腳配置或者二次開發代碼配置）。
• 只有主串口支持模塊休眠喚醒功能（LPUART)。Air780EPM 模塊在休眠時，所有串口均為關閉狀態，只有主串口支持接收串口數據喚醒模塊。 注意，在非 9600 的其他波特率下，進行串口收發數據喚醒時，會丟失前幾個字節。
• 待機狀態下：高電平。

• 擴展串口：
   

擴展串口 UART2 和 UART3 從硬件上的電氣特性來說與主串口一樣（但是不能支持休眠喚醒功能）。

• 調試串口：

調試串口 UART0，用來輸出模塊的運行日志。 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。 對于 openCPU 二次開發應用來說，調試串口可以配置為一般串口使用，但是要注意，即使配置為一般串口在開機時軟件跑起來前的這段時間內，仍然會輸出調試日志，這就有可能對外接的外設造成誤動作。同理，將調試串口配置為 GPIO 使用時也會有這個問題。因此萬不得已情況下不要使用調試串口做其他功能。

• 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，模塊的串口連接方式與標準 RS232 連接方式有所不同，如下是標準 RS232 串口連接方式，特點是交叉連接。

模塊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
 

在逐漸的演變過程中，DCD ,DSR,RI 逐漸演變為其他的獨立功能，在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 的命名規則保留了下來，雖然 CTS/RTS 采用直連的方式，但是實際上模塊的 CTS 管腳起到的功能是標準 RTS 功能；模塊 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：
 

• 串口的電平轉換：
   

Air780EPM 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，雖說 Air780EPM 可以通過 100 管腳來選擇串口電平，但也僅有 1.8V 和 3.3V 兩個檔位，無法覆蓋全部情況，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。
 

• 雙方模塊串口電平差別不大的情況：

例如，模塊串口電平 3.3V， MCU 串口電平 3.0V。按照上圖判別門限，模塊的輸入高判別門限為 0.7x3.3=2.32V，所以 MCU 串口高電平輸出為 3V，高于模塊的輸入高判別門限，能夠穩定判斷。這種情況下即使 MCU 與模塊的電平不一致，直接連接也不會造成通信問題。通常這種情況下，無需電平轉換，只需要在窗口 TX RX 型號線上串聯限流電阻即可，限流電阻用于減小串口電平不匹配造成的漏電，通常按經驗串聯 1K 電阻即可，注意串聯電阻不宜過大，會影響串口型號的上升下降時間，從而影響串口信號質量。

注意：不要只看判別門限，還要考慮串口的耐壓，即使落在判別門限內，但是一方高電平高于對方的 IO 耐壓值的情況下就不能要串聯電阻的方式，還是老老實實加串口電平轉換。一般來說雙方的電平差不宜超過 0.5V
 

• 晶體管的電平轉方案：

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。

• 模塊RXD上拉電源選擇，上圖選擇AGPIO做上拉而沒有選擇VDD_EXT電源做上拉，是因為VDD_EXT在模塊休眠時會關閉，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塊喚醒，最終導致模塊無法休眠。所以在需要休眠的應用設計上，禁止用VDD_EXT電源上拉串口。
   
• 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AGPIO的驅動負荷(Air780EPM所有AGPIO共享5mA最大驅動電流)。

對于三極管選型并沒有嚴格要求，通用的3904NPN三極管都能滿足要求

電平轉換芯片方案：

電平轉換芯片，對成本不敏感的話，優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，同時模塊端參考電平注意用 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：

• 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

雖然串口這個硬件總線原理簡單，速率低速，設計也不復雜，但是對于 Cat.1 通信系統尤其是低功耗物聯網應用，串口的設計就會牽涉到休眠和功耗，因此在設計中還是要有足夠的重視。