硬件开发笔记（十七）：RK3568底板电路串口、485、usb原理图详解

news2025/2/23 22:30:34

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前言

原理图有一些常用电路。
本篇就将集中常用电路分析完，如uart口，涉及usart串口、rs485、usb口。

串口

串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。串行接口（Serial Interface）是指数据一位一位地顺序传送。其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。
UART和USART都是串行通信中的重要接口，UART主要用于异步通信，而USART则支持同步和异步通信，具有更高的灵活性和性能。在实际应用中，应根据具体的需求和场景选择合适的接口进行通信。

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）

定义

UART，即通用异步收发传输器，通常被用作计算机或其他设备之间传输数据的接口。它主要完成数据的串行化和并行化转换，使得数据能够在不同的设备之间有效地传输。

工作原理

UART将要传输的数据在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART通常被集成于其他通讯接口的连接上。它不是像SPI和I2C这样的通信协议，而是微控制器中独立的物理电路或独立的IC。

特点

UART的一个显著优点是它只使用三根线就可以在设备之间传输数据，包括发送线（TX）、接收线（RX）和地线（GND）。这种简单的连接方式使得UART在许多应用中成为首选的通信方式。

USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）：

定义

USART，即通用同步/异步串行接收/发送器，是一个全双工通用同步/异步串行收发模块，也是一个高度灵活的串行通信设备。USART在UART的基础上增加了同步通信的功能，使其具有更广泛的应用场景。

工作原理

USART收发模块一般分为三大部分：时钟发生器、数据发送器和接收器。控制寄存器为所有的模块共享。时钟发生器由同步逻辑电路（在同步从模式下由外部时钟输入驱动）和波特率发生器组成。发送器部分由一个单独的写入缓冲器、一个串行移位寄存器、校验位发生器和用于处理不同帧结构的控制逻辑电路构成。接收器是USART模块最复杂的部分，包括时钟和数据接收单元、校验位校验器、控制逻辑、移位寄存器和两级接收缓冲器等。

特点

USART的主要特点包括全双工操作、支持同步和异步通信、独立的高精度波特率发生器、支持多种数据位和停止位配置、硬件支持的奇偶校验位发生和检验、数据溢出检测、帧错误检测等。此外，USART还支持多机通信模式和倍速异步通信模式，使得其在各种复杂的通信环境中都能表现出色。

底板接口电路

默认调试串口

在这里插入图片描述

这个使用的常规max232类型的芯片，进行ttl与串口232的电平转换：

TTL是一种电平，即高电平为2.4V至5V，低电平为0V至0.4V。
RS232电平分为正负两个极性，其电压范围为±3V至±25V，其中大于0V表示逻辑“0”，小于0V表示逻辑“1”，

USB3.0 x 2

在这里插入图片描述

USB2.0 x 2

在这里插入图片描述

如下图，使用了是USB共模电感电路进行滤波：
在这里插入图片描述

USB共模电感电路是一种用于滤除电源信号中的共模噪声的电路（电磁干扰的一种，与电磁兼容性相关）。共模噪声是指同时出现在电源的正极和负极的噪声信号，而差模噪声则仅出现在其中一极的噪声信号。
USB共模电感电路通常由一个共模电感器件和相应的连接电路组成。共模电感器件主要作用是提供一个高阻抗路径，以阻挡共模噪声进入USB设备或从USB设备传播出去。在USB设备的端口两个数据线(D+和D-)上分别加入了一个共模电感器件，从而实现了对共模噪声的滤除。
USB共模电感电路的原理是利用共模电感器件的高阻抗特性，使共模噪声信号无法通过这个电感器件流入或流出USB设备。这样可以有效地减少共模噪声对USB设备的干扰.
需要注意的是，USB共模电感电路只能滤除共模噪声，而无法滤除差模噪声，差模噪声是指只在一个数据线上出现的噪声信号。如果需要同时滤除共模噪声和差模噪声，通常还需要添加其他滤波元件，如差樘电感器件和滤波电容等总而言之，USB共模电,感电路是一种用于滤除电源信号中的共模噪声的电路，通过添加共模电,感器件和相应的连接电路，可以有效地减少共模噪声对USB设备的干扰。
下图随便找的两个示例：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

注意：可能是设计习惯或者都可以的状态，这个电路发现有多种形式。

UART x 2

在这里插入图片描述

RS485 x 1

在这里插入图片描述

使用了SIT3485E进行串口与485的电平以及逻辑转换，此图没有实现硬件上下拉，是软件控制，这部分可以进行一些调整。
SIT3485E集成芯片
在这里插入图片描述

SIT3485E是一款3.0V~5.5V宽电源供电、总线端口ESD水平达到15KVHBM以上、总线耐压范围达到±15V、半双工、低功耗，功能完全满足TIA/EIA-485标准要求的RS-485收发器。
SIT3485E 包括一个驱动器和一个接收器，两者均可独立使能与关闭。当两者均禁用时，驱动器与接收器均输出高阻态。SIT3485E具有1/8负载，允许256个SIT3485E收发器并接在同一通信总线上。可实现高达12Mbps的无差错数据传输。
SIT3485E 工作电压范围为 3.0~5.5 V，具备失效安全（fail-safe）、限流保护、过压保护等功能。
在使用RS485收发器SIT3485ESA进行485通信时，常用的方式是使用软件控制方向。在空闲状态下，MCU控制485_EN为低电平，使SIT3485ESA处于接收状态；在准备发送数据之前，MCU会拉高485_EN，SIT3485ESA就会处于发送状态，发送完毕之后，485_EN重新处于低电平，SIT3485ESA也再次处于接收状态。