导读
本文介绍了如何使用电路将单线半双工串口转换为双线，以便连接到双线USB串口模块CH340，同时讨论了电平不一致时的解决方案，包括使用NMOS替换和调整供电。还分享了在Arduino上的测试经验及可能遇到的问题和解决策略。
电路设计来自大佬的博客：AVR half-duplex software UART supporting single pin operation。
他在Arduino 上用软件模拟串口功能，利用这个电路，可以进一步减少串口占用的引脚，ARM 单片机一般都有硬件单线半双工模式，就不用折腾软件时序了，不过软件串口可以在所有IO 引脚上实现通信，某些情况下还是方便的。
电路图
左边的RTX 连接到单片机的单线串口引脚，右边TXD 和RXD 分别连接到另一端的对应引脚，比如，可以按下面这种方式连接：
这个电路要求：
1.RXD
引脚固定为输入模式，有内部上拉；
2.TXD
引脚在空闲时输出高电平；
3.RTX
引脚选择开漏输出模式，启用内部上拉。或者在输出和输入模式之间切换，输入模式要有内部上拉；
当RTX 端发送数据时，RTX 引脚为推挽输出模式，CH340 端的TXD 引脚必须保持高电平空闲状态。
此时三极管基极跟随TXD 引脚保持高电平。
·如果RTX 输出高电平，三极管不会导通，RXD 内部上拉为高电平；
·如果RTX 输出低电平，三极管导通，RXD 被拉低。为了避免短路，RTX 引脚上串了个限流电阻。
当RTX 端接收数据时，RTX 引脚设为上拉输入模式。
·当TXD 输出高电平，二极管不导通，RTX 保持高电平，RXD 也保持高电平 ；
·TXD 输出低电平，就通过二极管把RTX 拉低，此时三极管基极也是低电平，不会导通，所以RXD 仍然是高电平，CH340 的输出不会干扰它自身的输入。
RTX 是开漏输出模式时效果相同，只有输出低电平会导使三极管导通，又能被TXD 拉低。
可见，核心逻辑是利用TXD 作为控制RXD 的使能信号，从而阻止回环；引脚利用内部上拉保持默认状态，输出引脚基本上只负责输出低电平。
这个电路以及配套的软件串口代码我在Arduino 上测试过，完全OK。
不过，稍微有个问题：要是通信双方的信号电平不一致怎么办？
如果电平不一致
比如，RTX 端的单片机是3.3V 电平，CH340 则是5V 电平，1.7V 的压差足以导通二极管和三极管，必须重新考虑一下上面的电路原理。
若RTX 为接收状态，TXD 通过二极管输出低电平时，情况和之前一样；TXD 输出的5V 高电平则会通过三极管的BE 节跑到RTX 那边去，因为这时候RTX 电压比较低，于是三极管导通。
一方面，这会让RTX 被输入的5V 电平拉高，有1k + 100 的限流电阻，问题不大，不会冒烟；单片机的3.3V 电源轨可能会收到干扰，但是问题应该也不大，5V 经过两个二极管之后就接近3.3V 了。另一方面，此时三极管导通了，那么RXD 的电压肯定会被略微拉低，应该不足以直接拉到低电平。
若RTX 为发送状态，输出低电平时情况没有异常，而高电平时，就如上面所说，TXD 上的5V 会跑过去、RXD 会被三极管略微拉低，总的来说应该是可以兼容的。
可以把三极管换成NMOS，比如SI2300，电路接成这样：
这样一来，CH340 一侧的5V 就不会再冲到单片机一侧了。
SI2300 的GS 阈值电压很低，1.7V 就足以导通，所以RXD还是会被拉低到3.3V，要是再换成阈值比较高的2N7002，就基本没问题了。用NMOS 的话，1K 限流电阻也可以去掉。
如果单片机是5V，而CH340 是3.3V，这种情况看着倒是更危险一点，因为RTX 的5V 电平会直接冲到TXD，而串联的限流电阻却不能太大，否则波特率就要降低。估计CH340 的引脚是有5V 耐受能力的吧~
要是上面这些估计“问题不大”的地方实际都不行的话，就只能考虑另外附加电平转换电路，呃，这可有点烦人了，不如调整一下CH340 这边的供电，让它和单片机那边一致。
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