硬體開發筆記(十七):RK3568底板電路串列埠、485、usb原理圖詳解

红胖子(红模仿)發表於2024-06-11

前言

  原理圖有一些常用電路。
  本篇就將集中常用電路分析完,如uart口,涉及usart串列埠、rs485、usb口。

串列埠

  序列介面簡稱串列埠,也稱序列通訊介面或序列通訊介面(通常指COM介面),是採用序列通訊方式的擴充套件介面。序列介面(Serial Interface)是指資料一位一位地順序傳送。其特點是通訊線路簡單,只要一對傳輸線就可以實現雙向通訊(可以直接利用電話線作為傳輸線),從而大大降低了成本,特別適用於遠距離通訊,但傳送速度較慢。
 UART和USART都是序列通訊中的重要介面,UART主要用於非同步通訊,而USART則支援同步和非同步通訊,具有更高的靈活性和效能。在實際應用中,應根據具體的需求和場景選擇合適的介面進行通訊。

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

定義

  UART,即通用非同步收發傳輸器,通常被用作計算機或其他裝置之間傳輸資料的介面。它主要完成資料的序列化和並行化轉換,使得資料能夠在不同的裝置之間有效地傳輸。

工作原理

  UART將要傳輸的資料在序列通訊與並行通訊之間加以轉換。作為把並行輸入訊號轉成序列輸出訊號的晶片,UART通常被整合於其他通訊介面的連線上。它不是像SPI和I2C這樣的通訊協議,而是微控制器中獨立的物理電路或獨立的IC。

特點

  UART的一個顯著優點是它只使用三根線就可以在裝置之間傳輸資料,包括髮送線(TX)、接收線(RX)和地線(GND)。這種簡單的連線方式使得UART在許多應用中成為首選的通訊方式。

USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter):

定義

  USART,即通用同步/非同步序列接收/傳送器,是一個全雙工通用同步/非同步序列收發模組,也是一個高度靈活的序列通訊裝置。USART在UART的基礎上增加了同步通訊的功能,使其具有更廣泛的應用場景。

工作原理

  USART收發模組一般分為三大部分:時鐘發生器、資料傳送器和接收器。控制暫存器為所有的模組共享。時鐘發生器由同步邏輯電路(在同步從模式下由外部時鐘輸入驅動)和波特率發生器組成。傳送器部分由一個單獨的寫入緩衝器、一個序列移位暫存器、校驗位發生器和用於處理不同幀結構的控制邏輯電路構成。接收器是USART模組最複雜的部分,包括時鐘和資料接收單元、校驗位校驗器、控制邏輯、移位暫存器和兩級接收緩衝器等。

特點

  USART的主要特點包括全雙工操作、支援同步和非同步通訊、獨立的高精度波特率發生器、支援多種資料位和停止位配置、硬體支援的奇偶校驗位發生和檢驗、資料溢位檢測、幀錯誤檢測等。此外,USART還支援多機通訊模式和倍速非同步通訊模式,使得其在各種複雜的通訊環境中都能表現出色。

底板介面電路

預設除錯串列埠

  在這裡插入圖片描述

  這個使用的常規max232型別的晶片,進行ttl與串列埠232的電平轉換:

  • TTL是一種電平,即高電平為2.4V至5V,低電平為0V至0.4V。
  • RS232電平分為正負兩個極性,其電壓範圍為±3V至±25V,其中大於0V表示邏輯“0”,小於0V表示邏輯“1”,

USB3.0 x 2

  在這裡插入圖片描述

  在這裡插入圖片描述

USB2.0 x 2

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  如下圖,使用了是USB共模電感電路進行濾波:
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  USB共模電感電路是一種用於濾除電源訊號中的共模噪聲的電路(電磁干擾的一種,與電磁相容性相關)。共模噪聲是指同時出現在電源的正極和負極的噪聲訊號,而差模噪聲則僅出現在其中一極的噪聲訊號。
  USB共模電感電路通常由一個共模電感器件和相應的連線電路組成。共模電感器件主要作用是提供一個高阻抗路徑,以阻擋共模噪聲進入USB裝置或從USB裝置傳播出去。在USB裝置的埠兩個資料線(D+和D-)上分別加入了一個共模電感器件,從而實現了對共模噪聲的濾除。
  USB共模電感電路的原理是利用共模電感器件的高阻抗特性,使共模噪聲訊號無法透過這個電感器件流入或流出USB裝置。這樣可以有效地減少共模噪聲對USB裝置的干擾.
  需要注意的是,USB共模電感電路只能濾除共模噪聲,而無法濾除差模噪聲,差模噪聲是指只在一個資料線上出現的噪聲訊號。如果需要同時濾除共模噪聲和差模噪聲,通常還需要新增其他濾波元件,如差樘電感器件和濾波電容等總而言之,USB共模電,感電路是一種用於濾除電源訊號中的共模噪聲的電路,透過新增共模電,感器件和相應的連線電路,可以有效地減少共模噪聲對USB裝置的干擾。
  下圖隨便找的兩個示例:
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  注意:可能是設計習慣或者都可以的狀態,這個電路發現有多種形式。

UART x 2

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RS485 x 1

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  使用了SIT3485E進行串列埠與485的電平以及邏輯轉換,此圖沒有實現硬體上下拉,是軟體控制,這部分可以進行一些調整。
SIT3485E整合晶片
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  SIT3485E是一款3.0V~5.5V寬電源供電、匯流排埠ESD水平達到15KVHBM以上、匯流排耐壓範圍達到±15V、半雙工、低功耗,功能完全滿足TIA/EIA-485標準要求的RS-485收發器。
  SIT3485E 包括一個驅動器和一個接收器,兩者均可獨立使能與關閉。當兩者均禁用時,驅動器與接收器均輸出高阻態。SIT3485E具有1/8負載,允許256個SIT3485E收發器並接在同一通訊匯流排上。可實現高達12Mbps的無差錯資料傳輸。
SIT3485E 工作電壓範圍為 3.0~5.5 V,具備失效安全(fail-safe)、限流保護、過壓保護等功 能。
  在使用RS485收發器SIT3485ESA進行485通訊時,常用的方式是使用軟體控制方向。在空閒狀態下,MCU控制485_EN為低電平,使SIT3485ESA處於接收狀態;在準備傳送資料之前,MCU會拉高485_EN,SIT3485ESA就會處於傳送狀態,傳送完畢之後,485_EN重新處於低電平,SIT3485ESA也再次處於接收狀態。

總結

  串列埠、485為常用序列通訊介面,微控制器也好,複雜的系統也罷都是離不開這幾項的,然後還有USB,本篇完。

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