0012 MPUUART/MP4232

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关键词

树莓派5、PCIe、Switch、VL805、TTL、RS232、RS485、串口

一、简介

树莓派5具备一个16Pin的PCIe接口，我们可以利用该接口进行多种外设的扩展。

我们可以通过PCIe接口搭配PCIe转USB芯片扩展成四路USB接口，然后通过CH344Q芯片实现四路串口。本扩展板分2个版本：一个是MP4232扩展板，即4路RS232的扩展，该扩展板在树莓派系统或者Ubuntu系统下无需驱动，上电后即可自动识别成ttyACM0、ttyACM1、ttyACM2、ttyACM3四个RS232串口；另一个版本是MPUUART扩展板，实现双232双485的扩展，该扩展板在树莓派系统或者Ubuntu系统下无需驱动，上电后即可自动识别成ttyACM0、ttyACM1、ttyACM2、ttyACM3，其中ttyACM0和3是RS232串口，ttyACM1和2是RS485串口。

RS232的波特率可达230Kbps以上（两个相邻的RS232对接实测可达1.2Mbps）， TTL/CMOS UART的波特率可达6Mbps。

扩展板上还预留了3路USB2.0口，可用于扩展4G LTE模块，我司配套的4G模块在树莓派系统和Ubuntu OS下均免驱免拨号、系统自动识别、即插即用，无需额外装驱动。

二、硬件资源

1. 一路PCIe接口，0.5mm 16P FPC和树莓派5通讯，采用PCIe转四路高速USB2.0设计；

2. 三路HS USB2.0，1.25mm-4P接口，可扩展CM4 4G Mini模组；

3. MPUUART扩展板，通过USB2.0高速接口转出四路串口，实现两路RS232+两路RS485（带电源隔离）设计，其中RS232可以改造为TTL/CMOS电平的UART并通过3.81-3Pin插针引出；

4. MP4232扩展板，通过USB2.0高速接口转出四路串口，实现四路RS232设计，3.81-3p端子；

5. 四个LED，分别是PWR LED（通过树莓派5的PCIe接口取电工作），USB转串口芯片的ACT LED，两个收发LED；

6. 尺寸：56x85mm，四个M2.5固定孔，和树莓派5—致；

7. 扩展板预留4G模块的固定孔，并可堆叠1-3路4G模组；

8. 可选铝合金外壳；

9. 可定制接口电平（如定制为4路TTL/CMOS串口，或者4路RS485串口）；

10. MPUUART线路板沉金工艺，无铅生产，板材通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0。

三、树莓派系统的使用

扩展板是利用树莓派5的PCIe接口，故树莓派5的系统只能从TF卡启动。烧写系统镜像到TF卡的方法请参阅下列链接：

使用TF卡烧写系统

树莓派OS的版本为2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz，树莓派OS下载地址：

https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit

3.1 安装串口软件CuteCom

串口软件CuteCom的安装命令为：

sudo apt install cutecom

安装完毕后，点击桌面左上角的树莓派图标，在“System Tools”有CuteCom的快捷方式：

3.2 测试MP4232

MP4232扩展板的4个串口名称从上到下依次如下：

两个RS232串口之间的连接对应关系为：

R - T

G - G

T - R

在树莓派终端中输入lsusb，我们可以看到VL805和CH344Q：

输入ls /dev，我们可以看到4个串口ttyACM0、ttyACM1、ttyACM2、ttyACM3：

我们用串口连接线连接任意两个串口，使用CuteCom进行数据收发测试，经测试，树莓派系统下波特率最高可达到1.21M（以传输数据不发生乱码为准）：

3.3 测试MPUUART

MPUUART扩展板的4个串口，靠上的两个为RS232串口（ttyACM0、ttyACM3），靠下的两个为RS485串口（ttyACM1、ttyACM2）。

两个RS485串口之间的连接对应关系为：

G - G

A - A

B - B

在树莓派终端中输入lsusb，我们可以看到VL805和CH344Q：

输入ls /dev，我们可以看到4个串口ttyACM0、ttyACM1、ttyACM2、ttyACM3：

我们用串口连接线连接两个RS232串口，使用CuteCom进行数据收发测试，经测试，树莓派系统下波特率最高可达到1.22M（以传输数据不发生乱码为准）：

我们用串口连接线连接两个RS485串口，使用CuteCom进行数据收发测试，经测试，树莓派系统下波特率最高可达到2.02M（以传输数据不发生乱码为准）：

3.4 测试4G模块

我司配套的CM4 4G mini模块，在树莓派系统下均为免驱免拨号，自动识别，即插即用，插手机SIM卡（4G以上），接天线。4G型号分CM4 4G mini（CAT4 4G），高通4G，高通4G-GPS。

CAT4 4G版本在系统里识别成eth设备，高通4G在系统里识别成usb0设备：

3.4.1 联网4G

系统上电启动运行树莓派官方os后，在树莓派终端中执行命令lsusb，如下图所示：

在树莓派终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（eth1或usb0）已经正确获得了IP地址：

4G模组正确获得ip地址后，我们可以ping外网地址，如：

ping www.mcuzone.com

通过4G模块连接外网，访问测速网站测速，结果如下：

注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。

Statu LED灯状态如下：

CAT4 4G：

闪烁状态为1.8秒亮0.2秒灭（也可以通过亮的时间比灭的时间长来判断）表示4G模组已经联网。

闪烁状态是1.8秒灭0.2秒亮，说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。

高通4G：

闪烁状态为慢闪，中间有短暂快闪，表示4G模组已经联网；否则说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。

3.4.2 使用AT命令

以CAT4 4G为例，在树莓派终端中执行命令lsusb，如下图所示：

本模块的id为05c6 90b6，记录下这个值。

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是之前记录的ID值：

sudo modprobe option

sudo sh -c 'echo 05c6 90b6 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'

执行以上两条命令后系统应该会多出ttyUSB0-3四个设备，输入ls /dev/ttyUSB*可以查看：

安装minicom工具：

sudo apt-get install minicom

通过minicom打开AT命令串口：

sudo minicom -D /dev/ttyUSB1

（注意：使用哪个串口，应以在进入此串口后，可输入运行AT命令，显示不乱码，不乱跳结果为准）

如果需要查看回显，请键入命令：ate1，然后回车，继续键入其它命令，回车可以看到结果。

常用AT命令：

1. 检查SIM卡是否识别到：

at+cpin?

返回ready表示卡已识别，返回error要检查硬件

2. 检查天线信号质量：

at+csq

返回值在26-31表示信号OK，信号满格31；返回值在20-25表示信号勉勉强强；返回值在20以下表示信号比较糟糕或者天线没接

3. 检查注网情况：

at+cops?

正常应该返回运营商代码和7，7代表4G。

4. 查看4G模块的IMEI码：

at+cgsn

5. 重启4G模块（有时候如果重插SIM卡，热插拔不一定管用，可以用这个reset命令来复位模块）：

at+reset

6. 关闭射频：

at+cfun=0

开启射频：

at+cfun=1

上述两条命令成对使用，可以在不重启4G模组的情况下让模组重新注网。

3.4.3 修改4G的IP地址

如果出厂默认的4G IP地址和用户使用的IP地址有冲突，或有修改IP地址的需求，可按照下列步骤进行修改：

CAT4 4G模块：

执行AT命令：

AT+ROUTEIP=<newip>

注意，只支持192.168.x.1这样格式的地址，如果设置了AT+ROUTEIP=192.168.3.1，最终获得的IP为192.168.3.100，修改完后需断电重启系统。

查询当前IP：AT+ROUTEIP?，返回两个值，前一个为旧IP，后一个为新IP。

测试命令：AT+ROUTEIP=?

高通 4G模块：

将4G模块的IP改为直接获取公网IP即可，请执行AT命令：

设置IP为公网：AT+GTIPPASS=1

设置IP为内网：AT+GTIPPASS=0

查询当前IP为公网还是内网：AT+GTIPPASS?

修改IP完毕后需要断电重启才能生效。

3.4.4 GPS测试（适用于高通4G-GPS版本）

如果你选择的是高通4G-GPS版本，则此4G附带GPS功能，需要接GPS无源天线，且确保GPS天线甩出户外。GPS是使用AT命令操作。

输入命令lsusb，如下图所示：

记下4G模块的ID值：05c6 90b6

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是上面记录的ID值：

sudo modprobe option

sudo sh -c 'echo 05c6 90b6 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'

执行以上两条命令后系统应该会多出ttyUSB0-2三个设备，输入ls /dev可以查看：

运行minicom，打开ttyUSB0串口：

sudo minicom -D /dev/ttyUSB0

并运行：

at+gtgpsepo=1 //开启AGPS

at+gtgpspower=1 //打开GPS

稍等片刻待定位成功，运行：

at+gtgps? //查看NMEA信息

就可以看到GPS信息输出：

四、Ubuntu系统的使用

我们测试用的Ubuntu系统版本为ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，

Ubuntu OS下载地址：

https://ubuntu.com/download/raspberry-pi

4.1 安装串口软件CuteCom

串口软件CuteCom的安装命令为：

sudo apt install cutecom

安装完毕后，点击桌面左下角的“Show Apps”图标，有CuteCom的快捷方式：

但是如果在此直接打开CuteCom，有可能会出现Input框无法输入字符的问题，这是由于权限不足造成的，所以需要打开Ubuntu终端，输入：

sudo cutecom

来打开CuteCom，如果需要打开第二个CuteCom，则需要再开一个Ubuntu终端，输入打开CuteCom的命令。

4.2 测试MP4232

MP4232扩展板的4个232串口名称从上到下依次如下：

两个RS232串口之间的连接对应关系为：

R - T

G - G

T - R

在Ubuntu终端中输入lsusb，我们可以看到VL805和CH344Q：

输入ls /dev，我们可以看到4个串口ttyACM0、ttyACM1、ttyACM2、ttyACM3：

我们用串口连接线连接任意两个串口，使用CuteCom进行数据收发测试，经测试，Ubuntu系统下波特率最高可达到1.15M（以传输数据不发生乱码为准）：

4.3 测试MPUUART

MPUUART扩展板的4个串口，靠上的两个为RS232串口（ttyACM0、ttyACM3），靠下的两个为RS485串口（ttyACM1、ttyACM2）。

两个RS485串口之间的连接对应关系为：

G - G

A - A

B - B

在Ubuntu终端中输入lsusb，我们可以看到VL805和CH344Q：

输入ls /dev，我们可以看到4个串口ttyACM0、ttyACM1、ttyACM2、ttyACM3：

我们用串口连接线连接两个RS232串口，使用CuteCom进行数据收发测试，经测试，树莓派系统下波特率最高可达到1.26M（以传输数据不发生乱码为准）：

我们用串口连接线连接两个RS485串口，使用CuteCom进行数据收发测试，经测试，树莓派系统下波特率最高可达到1.98M（以传输数据不发生乱码为准）：

4.4 测试4G模块

我司配套的CM4 4G mini模块，在Ubuntu系统下均为免驱免拨号，自动识别，即插即用，插手机SIM卡（4G以上），接天线。4G型号分CM4 4G mini（CAT4 4G），高通4G，高通4G-GPS。

4G模块在Ubuntu系统里识别成以enx开头的设备。4G的其他操作，比如使用AT命令，修改IP地址或者GPS的使用等，均和树莓派系统一样。此处不再重复。

系统上电启动运行Ubuntu系统后，在树莓派终端中执行命令lsusb，如下图所示：

在Ubuntu终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（enx开头的网卡）已经正确获得了IP地址：

Statu LED灯状态如下：

CAT4 4G：

闪烁状态为1.8秒亮0.2秒灭（也可以通过亮的时间比灭的时间长来判断）表示4G模组已经联网。

闪烁状态是1.8秒灭0.2秒亮，说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。

高通4G：

闪烁状态为慢闪，中间有短暂快闪，表示4G模组已经联网；否则说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。

4G模组正确获得ip地址后，我们可以ping外网地址，如：

ping www.mcuzone.com

也可以通过4G模块连接外网，访问测速网站测速，结果如下：

注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。

五、选配应用

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邮件：mcuzone@vip.qq.com

电话：13957118045

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