Usb uart чипы. Конвертер USB-UART на CH340G: дорабатываем до RS232TTL, тестируем, сравниваем. Что такое TTL и при чём тут USB

Конвертер USB-UART на CH340G:
дорабатываем до RS232TTL, тестируем, сравниваем

Апрель 2017 г.

1. Что такое TTL и при чём тут USB ?

Как-то на "Али" привлёк моё внимание очень недорогой конвертер USB-UART . Сначала я был не вполне уверен, что это за штука на самом деле. Название товара на английском выглядело так: "USB to TTL converter UART module CH340G CH340 3.3V 5V switch". Упоминание UART и микросхемы CH340G, вроде, рассеивало сомнения, но не нравилась фраза "USB to TTL", которая была видна также и на фотографии модуля, на его нижней стороне. Дело в том, что эта фраза не имеет смысла, а значит, открывает широкий простор для вольного толкования.

По идее в переводе на русский язык фраза "USB to TTL " должна означать "преобразование USB в TTL". Объяснять, что такое USB, сейчас никому не надо, а вот про TTL слышали не многие. Поэтому давайте обратимся к истории, и посмотрим, что такое TTL .

Интересно, что и Гугл и Яндекс на запрос "Что такое TTL" выдали ссылки про TTL из совсем другой области. Так что же это такое, применительно к электронике? Аббревиатура TTL на русском языке не отличается от англоязычного варианта и расшифровывается, как транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) . Изначально это понятие подразумевало особенности внутреннего строения некоторых цифровых микросхем, совокупность технических решений, включая схемотехнические и технологические. Кроме всего прочего, стандарт ТТЛ задавал и способ кодирования логических сигналов . Так, например, логический ноль кодировался напряжением, близким общему проводу питания. Причём общий провод подключался к минусу источника питания и принимался за нулевой потенциал - "земля". А логическая единица кодировалась напряжением, близким напряжению питания +5В. Само напряжение питания +5В тоже стало неотъемлемой частью стандарта ТТЛ.

Надо отметить, что микросхемы ТТЛ в своё время получили очень широкое распространение. В Советском Союзе, пожалуй, наиболее известной была серия К155. Широкое применение этих и им подобных микросхем заставило разработчиков аппаратуры в целях совместимости придерживаться тех же способов кодирования сигналов логического нуля и логической единицы, которые предусматривались стандартом ТТЛ.

Но ничего не стоит на месте. Микросхемы ТТЛ, построенные на биполярных транзисторах, вскоре стали устаревать. Они сильно проигрывали более современным микросхемам как по быстродействию, так и по потреблению энергии. Им на замену стали приходить другие семейства микросхем, основанные на МДП-структурах (металл-диэлектрик-полупроводник), а по-простому - на полевых транзисторах. Но стандарт кодирования сигналов устаревать не собирался, поэтому многие новые микросхемы, даже не имея прямого отношения к ТТЛ, сохраняли совместимость с ТТЛ. Сами же микросхемы ТТЛ постепенно стали частью истории (хотя в любительских конструкциях применяются по сей день), а их общее название - аббревиатура ТТЛ - обрело несколько иной смысл. Теперь ТТЛ следует толковать как "стандарт уровней напряжения для кодирования логических нуля и единицы, применявшийся в микросхемах ТТЛ".

И что же, с учётом вышесказанного, могут означать слова "USB to TTL"? Думаю, теперь понятно, почему эта фраза не имеет смысла.

2. Конвертер интерфейса на микросхеме CH340G

Данное изделие я в итоге заказал. Обошлось оно мне с пересылкой в 44,30 руб., то есть почти даром. Но это не тот случай, когда дёшево - значит плохо. При подключении он сразу определился в системе (Windows 8.1). Никаких проблем с драйверами не возникло. Ранее я уже подключал другой конвертер на CH340 (тот в виде шнура-переходника USB-COM), поэтому драйвер уже стоял. Надо сказать, что и в прошлый раз не было нужды искать драйвер и ставить его вручную - всё получилось в автоматическом режиме. Теперь же ранее установленный драйвер сразу признал новое устройство.

Как и следовало ожидать, это оказался конвертер USB-UART, вроде тех, что я покупал ранее . Из полезных сигналов на разъём модуля здесь тоже выведены только TXD и RXD. Меня, конечно, это не устраивало. Зная, что микросхема CH340G обеспечивает формирование полного* набора сигналов RS232 , я покупал этот модуль с расчётом на его дальнейшее усовершенствование. Кстати, столь низкая цена - это во многом следствие "неполноценности" данного модуля. С одними лишь сигналами TXD и RXD его возможности сильно ограничены. А вот с полным набором сигналов RS232 возможности модуля и область его применения становятся поистине неисчерпаемыми (вовсе не обязательно использовать входы-выходы RS232 строго по их назначению). Такой порт можно даже рассматривать, как малоразрядный параллельный порт с произвольной установкой сигналов на трёх выходах и произвольным опросом состояния четырёх входов. На этом сайте вы уже могли видеть разные варианты использования аналогичного модуля. Но конвертер с полным набором сигналов стоит обычно на порядок дороже. А зачем переплачивать? Для тех, кто дружит с паяльником, оптимальное решение - купить "полуфабрикат" и довести его до полноценного состояния.

* Под "полным" набором сигналов RS232 здесь будем подразумевать сигналы COM-порта , хотя стандарт RS232 предусматривает и многие другие сигналы, не используемые в COM.

Добавлю, что модуль имеет три светодиода (все красные), один из которых сигнализирует о подаче питающего напряжения от USB, а два других отображают состояние сигналов TXD и RXD (загораясь при логическом нуле, то есть при низком напряжении относительно GND).

3. Доработка модуля UART до полноценного RS232TTL

Вывод	Назначение
2	выход TXD
3	вход RXD
9	вход CTS
10	вход DSR
11	вход RI
12	вход DCD
13	выход DTR
14	выход RTS

Таб. 1. Нумерация выводов
микросхемы CH340G
с сигналами RS232

В общем-то, вся доработка заключалась только в том, чтобы подпаяться к соответствующим ножкам микросхемы. Для этого предварительно потребовалось прорезать окно в термоусадочной оболочке. Соответствие выводов микросхемы CH340G и сигналов RS232 смотрите в таблице Таб.1.

Как видно из таблицы, все сигналы, кроме TXD и RXD находятся на одной стороне микросхемы, но TXD и RXD уже выведены на разъём, поэтому паять дополнительные провода потребовалось лишь с одной стороны.

4. Тестирование конвертера на микросхеме CH340G

Чтобы убедиться в исправности модуля, и в том, что он действительно обеспечивает работу всех сигналов, свойственных COM-порту, я провёл его тщательное тестирование. Все тесты прошли, как говорится, без сучка без задоринки, из чего я делаю вывод, что данный конвертер интерфейса можно рекомендовать для использования в любых устройствах и конструкциях, требующих подключения к компьютеру по RS232TTL . В том числе для использования в роли программатора микроконтроллеров, как описано в статье .

Тестирование проводилось с помощью нескольких сценариев к программе Перпетуум М. Вы также можете протестировать свой конвертер. Скачайте (они упакованы в один архив) и отдельно . Не забудьте проверить и при необходимости поменять номер порта в сценариях, иначе они не будут работать. Узнать номер порта в вашем случае можно через диспетчер устройств Windows. В начале каждого сценария (а их можно открывать текстовым редактором, например, блокнотом) вы увидите строку "ИмяПорта="COM3";". Вместо цифры 3 поставьте ту цифру, которую нужно. Например, если при подключении модуля в диспетчере устройств появляется устройство COM4, то и в каждом сценарии нужно указать "COM4" вместо "COM3".

Теперь подробнее расскажу о ходе тестирования. Сначала я установил перемычку между штырьками разъёма TXD и RXD , чтобы данные передатчика сразу попадали в приёмник. Таким образом я "закольцевал" порт, чтобы он мог передавать данные самому себе. Это позволяет проверить одновременно и передатчик и приёмник без подключения к другому порту. Затем я запустил сценарий "Тест COM-порта путём перекачки через него файла" и выбрал случайно подвернувшийся файл размером 653 Кб. Копирование файла прошло успешно. Скопированный файл оказался абсолютно идентичен оригиналу, что говорит об исправности приёмника и передатчика модуля UART.

Далее я последовательно запускал сценарии "Тест выхода TXD COM-порта", "Тест выхода DTR COM-порта" и "Тест выхода RTS COM-порта", предварительно для каждого случая подключив вольтметр к соответствующему выходу. Вводя нули и единицы в диалоговое окно программы, я убедился, что они успешно отображаются на выходах порта. При этом выяснилось, что выход TXD отображает логические уровни без инверсии, то есть при выводе нуля появляется низкое напряжение, при выводе единицы - высокое, а выходы DTR и RTS работают с инверсией. Это нужно учитывать при использовании данного модуля в разработках.

Затем я запустил сценарий "Тест входов COM-порта", который в реальном времени отображает состояние сразу четырёх входов порта: CTS, DSR, RI, DCD. Через резистор 5,6К я стал один за другим соединять каждый из входов то с общим проводом (GND), то с линией питания +5В. Выяснилось следующее. Все входы работоспособны, все они при программном опросе выдают инверсное состояние. Все имеют "подтяжку" к напряжению питания, то есть "висячий" вход имеет уровень логической единицы и, соответственно, из-за инверсии программно читается как "0". При соединении входа через резистор 5,6К со штырьком разъёма GND каждый вход легко переходит в состояние логического нуля (программно читается как "1"), а значит сопротивление встроенной "подтяжки" по меньшей мере на порядок выше, чем 5,6К. Заметим, что в модулях на микросхеме PL2303 "перебить" встроенную "подтяжку" намного сложнее из-за её низкоомности.

Подведём итоги: кроме возможности последовательной передачи данных через UART, мы имеем три независимо управляемых выхода (TXD, DTR, RTS ), из которых один прямой (TXD) и два инверсных, а также четыре программно опрашиваемых инверсных входа с "подтяжкой" к напряжению питания (CTS, DSR, RI, DCD ). Если планируется задействование UART, то независимых выходов останется только два, так как выход TXD - это сигнал передатчика UART. Входов это не касается - их всё равно будет четыре.

Надо сказать ещё об одной возможности, которая якобы позволяет перестановкой перемычки менять уровень логической единицы на выходах в зависимости от того, каким напряжением питаются микросхемы, подключенные к данному модулю: 5В или 3,3В. То есть решается вопрос согласования уровней. Пишу об этой "фишке" с некоторым пренебрежением, потому что она реализована как-то странно и доверия не вызывает. Впрочем, особой необходимости в ней и нет, потому что согласовать уровни между 5В и 3.3В несложно и другими способами. А дело тут вот в чём. Модуль имеет три штырька: 5V, VCC и 3,3V. Перемычкой (она даже входит в комплект) можно замкнуть 5V и VCC, либо VCC и 3,3V. А можно и совсем её не ставить, так как при полном отсутствии перемычки всё работает так же, как если она установлена между VCC и 3,3V. Напряжение на штырьке 5V соответствует напряжению провода +5В порта USB. На штырьке VCC при отсутствии перемычки имеется напряжение около 3,8В, а на штырьке 3,3V - примерно 3,2В. Если перемычка установлена между 5V и VCC, то, в принципе, вопросов не возникает - работают уровни ТТЛ, то есть логическая единица достигает пяти вольт. Но если установить перемычку между VCC и 3,3V, то вопросы возникают, потому что при этом напряжение на штырьке 3,3V поднимается до 3,8В (как было на VCC до установки перемычки), а на выходах порта логическая единица достигает 3,6...3,8В, что многовато для 3,3В. Без установки перемычки на выходах уровень единицы тоже достигает 3,6...3,8В. Может, при этом ничего и не сгорит, но упор в предельно допустимые значения - не лучший фактор для надёжности.

5. Преимущества и недостатки конвертера на CH340G

Из недостатков я отметил лишь два мелких пустяка, на которые можно не обращать внимания при грамотном подходе. Один из них - не совсем удачное согласование со стандартом 3,3В. Но если вы не используете питание 3,3В, или используете, но задача согласования уровней не является для вас проблемой, то всё в порядке. Второй минус - все светодиоды данного модуля одного цвета - красные, что заставляет запоминать их расположение, если вы хотите по ним ориентироваться. Но в реальной практике необходимость в светодиодах не столь велика, а если они все-таки нужны, то можно их заменить своими.

Плюсов однозначно больше. Прежде всего, радует отсутствие проблем с драйверами. Как я уже сказал выше, для микросхем CH340 драйвера на Windows устанавливаются автоматически, включая последние версии ОС. А вот с конвертерами на микросхеме PL2303 всё намного сложнее. Для старых микросхем нет драйверов под новые версии Windows. А старых микросхем в прошлом было выпущено море. Если не ошибаюсь, это и послужило причиной того, что разработчики не стали поддерживать старые микросхемы. Вроде, там была какая-то проблема с авторскими правами - на рынке оказалось много контрафактных микросхем. И тогда разработчики, ничего принципиально не меняя в новой микросхеме, изменили лишь то, как она откликается на запрос драйвера. Грубо говоря, на вопрос "Ты кто?", новая микросхема стала отвечать: "Я Вася-плюс". А если драйвер получает ответ "Я Вася", то он говорит этой микросхеме: "Иди лесом, Вася без плюса". То есть чисто технически новый драйвер вполне мог бы работать и со старой микросхемой. Насколько я знаю, существуют даже способы обхода этой напасти - то ли как-то новый драйвер заставляют работать со старой микросхемой, то ли старый драйвер "прикручивают" к новой ОС.

Ещё одно удобство данного модуля состоит в том, что шаг расположения выводов у микросхемы CH340G значительно больше, поэтому паять намного легче. У этой микросхемы всего 16 выводов, среди которых в основном только всё самое необходимое, в отличие от PL2303, где, судя по всему, имеются выводы на все случаи жизни.

На мой взгляд, плюсом можно посчитать и высокоомность "подтяжки" входов, что уменьшает ток логического нуля, а значит, предъявляет меньше требований к источнику сигнала. Если же требования по защите от помех очень высоки, то можно без труда организовать дополнительную "подтяжку" внешним резистором. При использовании данного модуля в роли (см. рисунок справа) можно ставить все резисторы с одинаковым сопротивлением (1К...4,3К). То есть сильно занижать сопротивление на входе CTS не требуется.

Добавлю ещё, что в прошлом я проводил сравнительное тестирование двух конвертеров на микросхемах PL2303 и CH340 . Однозначно выиграл CH340 - в экстремальных режимах получить сбои в работе с ним было намного труднее. Хотя это был конвертер другой конструкции (шнур-переходник), но, как мне кажется, можно ожидать, что и другие модели конвертеров семейства CH340 не менее надёжны.

Если у вас есть вопросы или замечания по данной статье, пишите в или на почту mail.ru (ящик jkit).

Из переписки с посетителем сайта

12.05.2017 Гость:
Здравствуйте, Евгений.
.htm
У меня такой же конвертер (один в один).
Дело в том, что мне нужно перепрошить аппаратуру FlySky i6 на 10 каналов. Изначально перемычка стоит в положении "VCC-3V3". Я правильно понял, что её нужно так и оставить? Извините, но я не в теме, потому задаю этот вопрос. Не хочется что-нибудь спалить.

14.05.2017
Здравствуйте, Владимир!
Ответ на ваш вопрос зависит от технических характеристик той аппаратуры, к которой вы подключаете модуль на CH340G. Я с этой аппаратурой не сталкивался, поэтому точно ничего не могу сказать. Ссылка, которую вы дали выдаёт ошибку 404. Но, даже если бы ссылка работала, вряд ли бы я нашёл время детально разбираться в той аппаратуре. Попробуйте для начала VCC-3V3. Думаю, хуже не будет. На всякий случай поставьте резисторы по 1 кОм в каждый сигнальный провод (это из-за того, что фактически не 3,3 В, а больше).

14.05.2017 Гость:
Здравствуйте, Евгений.
Спасибо за совет! Действительно, лучше начать с малого.
А 1 кОм - это из расчета на какой ток было? (я просто не в курсе какие токи протекают по сигнальному проводу, и найти нигде не смог)

17.05.2017
Здравствуйте, Владимир!
Вопрос сформулирован некорректно. Зачем вам знать ток? 1 кОм я взял "на глазок", исходя из того, что если где-то даже каким-то образом к резистору аварийно приложится 5 В (а больше, по идее, поблизости и быть не должно), то ток составит 5 мА, что не должно привести к негативным последствиям.

17.05.2017 Гость:
Здравствуйте, Евгений.
Говорил про ток, т.к. если он приближен к нулю, то падения напряжения на резисторе не будет и на выходе будут те же 3,6 В вместо 3,3 В. Но смысл вашей перестраховки понял, спасибо за замечание.

19.05.2017
Здравствуйте, Владимир!
Там сплошь нелинейные элементы. И дело не в том, что лишние 0.3 В могут что-то пробить напряжением, а как раз в том, что даже небольшой прирост напряжения может внезапно вызвать нелинейно быстрый рост тока. Например, могут открыться защитные диоды на входах и т.п. Резистор придаёт линейности цепи и не допускает такого развития событий. А нормальные токи обычно маленькие (хотя и не всегда), поэтому резистор не должен помешать. Исключение - низкоомная подтяжка на входе. Тогда резистор не позволит её "побороть" и ничего не заработает. Это выявляется осциллографом, или даже вольтметром (в статическом режиме).

19.05.2017 Гость:
Здравствуйте, Евгений.
Спасибо большое за детальное разъяснение. Теперь хоть понимаю сам механизм такой защиты. А то я уж думал, что китайцы могли специально завысить напряжение с учетом падения при включении нагрузки. Теперь понятно, что это просто недочет.

20.05.2017
Здравствуйте, Владимир!
Чтобы напряжение не "проседало" при подключении нагрузки, повышают нагрузочную способность выхода. "Лишнее" напряжение для этого не добавляют. Конечно, 3,6 В вместо 3,3 В - это не так уж много, и вряд ли что-то из-за этого сломается. Но 3,8 В подавать на вход микросхемы, питающейся от источника 3,3 В опасно, так как лишние 0,5 В уже вполне способны открыть защитный диод на входе, и, если нагрузочная способность выхода велика, он может повредить подключенный к нему вход. "Страховочный" резистор этому препятствует.

Использование материалов данного сайта в публикациях допустимо только при условии сопровождения этих материалов ссылками на источник - сайт сайт с указанием автора: Е.А.Котов. Авторские права защищены законами РФ. Евгений Котов. 2017г.

Обзор конвертера USB - UART TTL на CP2102

Зачем он нужен

Чем он отличается от других подобных устройств

Дополнительным выводом DTR, который можно напрямую подключить к входу RESET на контроллерах не имеющих USB на плате. После этого при программировании давить кнопку RESET не нужно. Для меня это очень удобно, когда контроллер спрятан недрах моей поделки и доступ к кнопке бывает очень затруднительным.

Поддержкой производителя, совместимостью с оригинальными драйверами и ПО, в отличие от поддельных FTDI, у которых

Дополнительными выводами (дырками под контакты) на плате, например, позволяющими уводить USB в энергосберегающий режим.

Интересной возможностью менять VID, PID и текст, с которым опознается плата, собирать свой драйвер со требуемыми параметрами, что довольно интересно в коммерческих проектах. Об этом я расскажу дальше.

Тех, кого заинтересовал, пожалуйста под кат

Заказал я на премию за обзор много всякой мелочевки у на Ebay и в том числе за $1.79

Товар ехал целых 54 дня. Ну к нашей почте я уже привык, чего не скажешь о курсе доллара к рублю (((

Обычный желтый пакет. Внутри платки в запаянных прозрачных пакетиках. Все как обычно.

На плате есть дополнительные отверстия, куда можно впаять выводы дополнительного модемного контроля и перевода USB в режим SUSPENDED

Характеристики

• Чип CP2102 от
• Скорость обмена данными по UART 300Бит/сек - 1Мбит/сек
• Буфер чтения 576 байт, записи 640 байт
• Поддержка USB 2.0 12Мбит/сек
• Поддержка режима SUSPENDED USB
• Встроенный стабилизатор питания 3.3В 100мА
• EEPROM с конфигурационными параметрами 1024 байт
• Поддерживаемые ОС Windows 8/7/Vista/Server 2003/XP/2000, Windows CE, Mac OS-X/OS-9, Linux, Android
• Возможность настройки параметров платы и драйверов под свои проекты
• Размеры платы 26.5 x 15.6 мм

Перед использованием платы необходимо установить

Для соединения к контроллеру нужны 5 проводов:
GND - GMD
VCC - V5.0 (V3.3) в зависимости от используемой платы
TX - RX
RX - TX
RESET контроллера - DTE

Теперь контроллер можно программировать не нажимая кнопку RESET.

Плата опознается в системе как
Silicon Labs CP210X USB to UART Bridge (COM35)

Иногда в коммерческих проектах необходимо, чтобы устройство при программирование имело свое коммерческое название. Чип CP2102 и плата на нем дают большие возможности для этого

Для начала скачиваем и запускаем "> (мне для запуска утилиты потребовалось еще скачать Java Runtime)

Теперь можно изменить следующие параметры:

• Vendor ID (VID). Идентификатор производителя. Значение «по-умолчанию» 10С4 (шестнадцатеричный формат). В данном случае принадлежит компании SiLabs.
• Product ID (PID). Идентификатор продукта. Значение «по-умолчанию» EA60 (шестнадцатеричный формат). В данном случае обозначает все мосты CP210x. Э
• Max Power. Максимальный ток потребления, запрашиваемая мостом на шине USB. Значение «по-умолчанию» 32 (шестнадцатеричный формат). Максимальное значение 500мА
• Power use attributes. Режим питания. Bus-powered (питание от шины USB) или Self-Powered (питание от внешнего источника).
• Release Version. Номер выпуска. Значение «по-умолчанию» 1.0. Поля могут принимать значения 1-99 в целой и дробной части.
• Serial Number. Серийный номер. Значение «по-умолчанию» составляет «0001» (текстовый формат). Поле может принимать любое текстовое значение длиной до 64 символов. Нужно для подсоединение к компьютеру нескольких устройств
• Product string. Поле может принимать любое текстовое значение длиной до 126 символов. Данный идентификатор отображается в операционной системе при первичном подключении моста CP210x к компьютеру и помогает пользователю в выборе подходящего драйвера.
• Custom Data Lock. Защита конфигурационных данных.

И после нехитрого мастера-диалога получаем дистрибутив драйверов с требуемым набором VID и PID и желаемым названием в системе

Итог

Как следует из названия данный прибор организует мост между компьютером через USB порт и вашим устройством по Serial протоколу. Можно сказать что он является USB COM портом для логики TTL (уровни 1.8v-5v).

С помощью данного прибор можно программировать различные микроконтроллеры, получать информацию на компьютер со прибора по serial порту. Кроме этого применений ему масса:

управление устройством

отладка программы

передача небольших объёмов данных

прошивка различных приборов -разработчики часто делают выход serial для возможности перепрошивки своего устройства

прошивка микроконтроллеров - многие микроконтроллеры имеют Bootloader (специальная программа для загрузки прошивки по serial) загруженный на заводе, и для загрузки прошивки не нужен специальный программатор - достаточно данного устройства.

Нам он будет необходим в первую очередь для прошивки ST-Link. Ну и собственно так как тут нечего программировать - прибор состоит из одной микросхемы - то на этом приборе мы поучимся паять и работать в Kicad. В этой статье подробно рассмотрим как трассировать печатную плату вручную.

Как сделать USB UART адаптер

2. Подготовить или приобрести необходимые инструменты: все для пайки

4. Скачать необходимые файлы по данному прибору с github .

5. Изготовить плату для прибора самостоятельно (это совсем несложно, в нашей инструкции все подробно описано).

6. Приобрести все необходимые комплектующие в виде готового радиоконструктора можно в нашем магазине.

7. Запаять все компоненты на плату, смотри наше видео .

ПРИБОР ГОТОВ , можно пользоваться!

Как работает USB UART адаптер

Для реализации данного моста обычно используется специализированная микросхема, которая с одной стороны имеет usb выход, а с другой - serial выход. Обычно эти микросхемы имеют драйвера для Windows \ Linux и определяются системой как COM - порт. Дальше используется специальная программа для работы через COM порт. Это может быть и программа прошивки микроконтроллера или программа для получения данных от прибора и т. д.

Выбираем микросхему для прибора

По сути данное устройство будет состоять из разъемов, микросхемы и минимальной ее обвязки. Так что, у нас не будет никакого функционального ТЗ в данном случае. Основной критерий по которому мы будем выбирать микросхему - удобство пайки, цена.

Итак, самые распространённые микросхемы для данного девайса:

cp2102 (cp2103) - дешевая отличная микросхема, но имеет корпус QFN28 - то есть безвыводный корпус - паять такую в самом начале пути не очень легко - поэтому мы ее не будем использовать

pl2303 - отличная микросхемы фирмы Prolific - существует очень много вариантов этой микросхемы (в том числе китайские подделки). У нее корпус TSOP28 - отлично подходит для пайки. И старые модификации стоят недорого и отлично работают. Мы будем использовать ее - модификацiия pl2303TA - самый недорогой вариант. Есть модификация Rev. D которая не требует внешний кварц - но она стоит в 2 раза дороже.

CH340 - китайский вариант (оригинал) моста - микросхема хорошая - но ее трудно купить где-либо кроме как в Китае.

FT232R - микросхема от FTDI - отлично подходит и работает - но стоит почти в 2 раза дороже. Ее плюс также в том что не требуется внешний кварц.

Несколько слов о том как подобрать микросхему для своего проекта. Есть очень простой путь. Сначала необходимо найти одну микросхему которая подходит под данную задачу. Набираем в интернете - USB - serial chip и сразу находим - FT232R. Отлично. Далее идет на сайт крупного поставщика микросхем - например - mouser.com. Там в поиске набираем - FT232R. И в разделе интегральных схем видим нашу микросхему.

Самое главное для нас здесь - ЭТО КАТЕГОРИЯ в которую входит микросхема. Здесь это «ИС интерфейс USB». Также смотрим тип «Bridge, USB to UART». Идем в эту категорию и смотрим какие бывают микросхемы. Далее проверяем по datasheets подходит ли она нам.

Итак, наш выбор PL2303TA.

Составляем схему на базе PL2303

Любая схема должна начинаться с чтения Datasheet. Производитель микросхем очень заинтересован в том, чтобы купили именно его чип. В документации он обычно максимально подробно разбираем как пользоваться микросхемой, прикладывает схемы и пишет тонкости и особенности реализации прибора на этом чипе. Посмотрим что советует нам производитель (из документации на чип pl2303HXD):

тут приведена полная схема с трансивером (преобразователь уровня до 9v) для получения полного COM порта. Нам эта часть не нужна. Также схема не содержит кварца, а нам он необходим. Дополнительно можно отметить, что еще не хватает светодидов для сигнализации процесса обмена данными. В итоге поискав различные варианты схемы на данной микросхеме (pl2303 schematic) нашли самую простую схему со светодиодами и кварцев - ее и возьмем.

По сути на этой схеме сокращена обвязка USB порта (убраны высокочастотные фильтры L1 L2), убран трансивер. В остальном схема совпадает. Мы же дополнительно ещё добавим разводку всех сигнальных выводов DTR и т. д. - они могут быть полезны. Также следует отметить, что на вывод согласования уровней в нашей версии чипа нельзя подавать 5v, поэтому на разъеме уберем подальше этот вывод. Сам вывод для согласования уровней оставим - вдруг необходимо будет пользоваться UART на 1.8v. Таким образом, по умолчанию у нас будет стоять джампер соединяющий вывод 4 и 3.3v и на выходе всех сигналов UART у нас будет 3.3v. Данного напряжения уверенно хватает для определения логической 1 в 5v схеме, согласно datasheet все сигнальные ножки толерантны 5v (то есть на них можно подавать 5v смело). Так что при таком подключении схема будет работать с напряжением от 3.3в до 5в. Дополнительно оставим выводы 5v и 3.3v для питания например прошиваемого контроллера. Имейте ввиду, что без внешнего EEPROM usb порт будет отдавать только 100ma! Соответственно питать что-то существенное не получится.

С точки зрения чертежа схемы в Kicad никих особенностей нет. Проще не чертить соединения проводами, а использовать метки, тем более это будет удобно в дальнейшем при трассировке платы. В итоге получается такая схема (проект в Kicad можно скачать в конце статьи):

Разрабатываем плату в Kicad

Разрабатывая схему, можно сразу прикинуть в какой последовательности будут идти вывода на разъеме. Чтобы было проще лучше чтобы порядок соответствовал выводам на самом чипе. Но в принципе это не столь важно и можно впоследствии быстро переделать.

Прежде чем разрабатывать плату необходимо определится какие у нас будут использоваться разъемы и определить посадочные места. Мы будем делать плату переходник которая втыкается в usb порт и на конце имеет угловые разъемы PIN 2.54mm - это самый распространяенный формат. На конечный разъем мы выведем только наиболее нужные выводы - остальное просто разведем на плате и оставим как дырки на будущее. Основные выводы: RX, TX, 5V, 3.3v, DTR (часто используется как reset схемы микроконтроллера при прошивке). Остальные выводы разведем в самом конце.

Итак, начинаем трассировку платы. В схеме формируем список цепей - Инструменты - сформировать список цепей. Переключаемся в плату и по кнопке Инструменты-Список Цепей - прочитать текущий список цепей. Загружаем все посадочные места в плату. Далее размещаем все посадочные места в авторежиме. Получаем такой набор компонентов.

На данном этапе лучше скрыть лишнюю информацию. Убираем отображение слоев Связи, Скрытый текст, Значения, Обозначения.

Далее начинаем располагаем на будущей плате основные компоненты - разъемы и чип. Так чтобы выводы чипа располагались согласно подключению разъемов. Особенно важно в этом случае чтобы выводы подключения USB были напротив разъема. Наводим мышку на нужный компонент - жмем M - и переносим его чуть ниже на пустое место - формируем будущую плату. Так как плата у нас двух стороняя - то надо сразу определить нужную сторону компонент. Самый просто вариант - все DIP элементы (под которые надо сверлить сквозные отверстия) располагаем с обратной стороны, а все smd элементы с основной стороны - так проще будет подводить дорожки. Для смены стороны используем кнопку F. Так как Kicad умеет подсвечивать связи при переносе элемента, то очень удобно все резисторы связанные с разъемами размещать сразу. Это позволит быстро увидеть связи при переносе микросхемы. Итак, размещаем USB разъем, потом резисторы с ним связанные на сигнальных линиях и потом разъем на другом краю платы:

дальше размещаем чип - так чтобы было как можно меньше пересечений.

После этого размещаем кондецаторы по цепям питания - они должны быть как можно ближе к выводам питания.

После этого соединяем дорожками обязательные выводы - это usb сигнальные - кварц, кондецаторы по питанию. Прикидываем линии питания. Если что-то не удобно - то компоненты двигаем - переносим.

Например кондецатор C3 удобнее перенести вниз чтобы не делать переходное отверстие. Конечно это не очень хорошо - но в данном случае дорожка будет очень небольшая.

После размещения основных элементов размещаем оставшиеся - ориентируясь на подсказки по связям и стараясь не пересекать дорожки.

Теперь осталось разобраться с разъемами и линиями питания - их можно провести по второму слою. В итоге видно, что довольно сложно получается развести светодиоды и подтягивающие резисторы. Они перекрывают остальные выводы. Поэтому проще их перенести на другую сторону - она как раз будет лицевой, и туда же провести линию vddio.

Осталось выводы на разъеме расположить в порядке следования выходов чипа. И финально все соединить. На этом этапе плату можно сделать более компактной. Финальный вариант который получился. Можно сделать еще лучше.. но вариант удовлетворительный.

Финально остается задать диаметры переходных отверстий и толщину дорожек - лучше сделать 0.3мм. Выровнять линии и добавить земляные полигоны. Начертить границы платы.

Как пользоваться USB UART конвертером

Для пользования данных приборов в Windows необходимо установить драйвера. Свежие драйвера можно взять на сайте производителя . Если они не подходят, то можно установить более старые драйвера 1.15 - который можно найти в интернет.

После установки драйверов устройство должно определиться как COM порт.

Для Windows самая лучшая программа для работы с COM портом - это Terminal 1.9b (приложена к статье)

Для тестирования нашего устройства необходимо проводами соединить выходы TX - RX. В этом случае мы получим режим эхо - все что будет передано в порт должно тут же возвращаться назад. Скорость при это может быть любая.

Работать с программой очень просто - выбираем порт - можно автоматически по кнопке ReScan или вручную. Задаем скорость и параметры порта. Далее в окне видим все что пришло по терминалу, а в строке SEND можно передать любую информацию. Чтобы передать спецсимволы необходимо использовать запись виды «$1a» в шестнадцетиричном формате.

Для linux устройство должно определится само (драйвера входят в ядро). Неплохая программа - minicom.

Для понимая остальных сигналов данного устройства - DTR, DSR и другие - вот тут есть очень хорошая .

Как собирать прибор

Собираем прибор по общим правилам описанным в нашей статье .

Для более быстрой сборки, вы можете приобрести полный набор для пайки, радиоконструтор USB UART адаптер в нашем магазине .

Самостоятельная работа

Попробуйте осуществить трассировку самостоятельно не подглядывая в данную статью.

{ ArticleToC: enabled=yes }

Небольшого размера адаптер USB TTL PL 2303 является неким программатором, используемым с платой для считывания информации с различных датчиков:

• влажности;
• температуры;
• движения.

Этим и обусловлено широкое использование адаптер USB TTL PL2303 в радиоуправляемых устройствах. Программируется TTL USB адаптер на С++, т.е. USB TTL адаптер является «универсальной шиной» при передаче данных, используемой в технике вычислительной низкой и средней скорости.

Чтобы ее подключить к USB RS232 TTL адаптеру необходим четырехпроводной кабель. Одна витая пара нужны для дифференциального подключения при приеме и передаче (RX и TX), а оставшиеся — для подачи питания устройствам периферийным (GND и +5V).

При условии, что наибольшая сила тока таких устройств не превышает 500мА, а у USB – 900мА), подключаются они без своего источника питания.

При том, что для TTL логики 0-5 В имеются стандартные уровни, вроде USB адаптер TTL и не нужен.

Но, из-за того, что интерфейс/протокол USB достаточно сложный, чтобы построить на его базе устройство, требуются глубокие познания и микропроцессоры, обрабатывающие данные.

В помощь можно взят иной протокол — УАПП (UART), на сегодня являющийся наиболее распространенным. Среди семейства из множества протоколов, используемым чаще других считается RS-232, в быту именуемый портом COM. Он самый старый из всех, но и сегодня актуальный.

Он имеет линии:

• передающая — TXD;
• принимающая — RXD.

Если используют их, передавая данные, то в аппаратном управлении нет необходимости. Для аппаратного используют DTS и RTS.

Выход передатчика соединяют со входом приемника и наоборот.

RS-232 от логики (5-вольтовой) стандартной разнится электрическим принципом действия. В этом варианте «0» лежит в диапазоне +3 до +12 В, соответственно единица — в пределах от -3 до -12.

Вывод. Назначение адаптеров UART USB TTL состоит в «стыковке» сложнейшего интерфейса

USB с простым и «ходовым» протоколом UART, поддерживаемом микроконтроллерами, и работе с уровнями логики 0-5В.

Адаптер USB RS232 TTL Pl 2303 собирается на PL2303 микросхеме, создающей на ПК виртуальный СОМ-порт. Применяют для прошивки устройств с микроконтроллерами.

Его стоимость на составляет 40,84 рубля.

Чтобы доставить в Украину заплатить дополнительно нужно 149,74 руб.

Основные характеристики PL2303 USB для TTL модуль адаптер конвертер:

• тип напряжения – регулярное;
• питание – 3,3/5 V;
• назначение- для компьютера;
• температурный диапазон — -40 TO +85;
• производитель – Diymore.

USB 3.3 В 5.5 В для TTL адаптер мини-порт

Обзор

• Размер – 36х17,5 мм (ДхШ);
• Контакты: GND, CTS, VCC, TXD, DTR, RXD, RXD;
• Чипсет FT232RL;
• Поддерживает – 5В, 3,3 В;
• Шаг – 2,54 мм.

Отличного качества модули стоимостью 100,24 руб . предлагается интернет-магазином https://ru.aliexpress.com/popular/ttl-adapter.html .

Для обнаружения авто с помощью GPS адаптер USB TTL PL2303 HX конвертер RS232

Его стоимость составляет 42,7 рублей .

К особенностям относятся:

• антистатическую упаковку, не допускающую накопления статэлектричества,
• негативно отражающегося на работе;
• высокую надежность, стабильность;
• поддержку WIN7.

Используется продукт, весящий 5 граммов (без упаковки) в студенческих экспериментах производстве и т.д. Его размер – 50Х15Х7 мм. У конвертеров модели USB PL2303 — RS232

TL есть пара интерфейсов, служащих для подключения (пятиконтактный штыревой) и ПК (USB стандартный).

FT232RL USB 3.3 В 5.5 В для TTL мини-порт

Стоимость его 106, 43 рубля . Это недорогой вариант увеличить возможность USB микроконтроллерам. Для защиты самовосстанавливающийся предохранитель 500ma, чтобы защититься от перезагрузок по току.

Характеристики

• цвет – красный;
• питание USB- 5 или 3,3 В;
• вес – 4 грамма;
• габариты — 43х17 мм.

Малый размер дает возможность использовать его в разработках, где критичным является размер гаджета.

USB в TTL для UART на чипе PL2303

Используется при Arduino программировании.

Конвертер на микросхеме Max3232 преобразует сигналы RS-232 порта в пригодные к использованию в цифровых схемах на основании TTL-технологий.

Стоит 76,11 рублей.

CP2102 USB 2.0 для TTL UART 6Pin

Состоит из платы CP2102, USB2.0 full-speed встроенного, генератора кварцевого, шины данных UART и поддерживает сигналы, не требуя внешнего USB модема.

• Весит 4 грамма;
• Индикаторы светодиодные на: питании, передаче и приеме;
• Статус рабочий– 3,3 и 5 В.

Стоит 82, 3 рубля.

Программировать различные ардуино- и не адуино- образные контроллеры, получать информацию на компьютер со всего, что имеет последовательный интерфейс с TTL логикой.
Я в своих проектах использую его с Arduino Pro MIni , Gboard /Iboard и самодельными контроллерами .

Чем он отличается от других подобных устройств

1. Дополнительным выводом DTR, который можно напрямую подключить к входу RESET на контроллерах не имеющих USB на плате. После этого при программировании давить кнопку RESET не нужно. Для меня это очень удобно, когда контроллер спрятан недрах моей поделки и доступ к кнопке бывает очень затруднительным.
2. Поддержкой производителя, совместимостью с оригинальными драйверами и ПО, в отличие от поддельных FTDI, у которых проблемы с родными драйверами
3. Дополнительными выводами (дырками под контакты) на плате, например, позволяющими уводить USB в энергосберегающий режим.
4. Интересной возможностью менять VID, PID и текст, с которым опознается плата, собирать свой драйвер со требуемыми параметрами, что довольно интересно в коммерческих проектах. Об этом я расскажу дальше.

Где заказать?

Характеристики

• Чип CP2102 от Silicon Labs
• Скорость обмена данными по UART 300Бит/сек — 1Мбит/сек
• Буфер чтения 576 байт, записи 640 байт
• Поддержка USB 2.0 12Мбит/сек
• Поддержка режима SUSPENDED USB
• Встроенный стабилизатор питания 3.3В 100мА
• EEPROM с конфигурационными параметрами 1024 байт
• Поддерживаемые ОС Windows 8/7/Vista/Server 2003/XP/2000, Windows CE, Mac OS-X/OS-9, Linux, Android
• Возможность настройки параметров платы и драйверов под свои проекты
• Размеры платы 26.5 x 15.6 мм

На плате есть дополнительные отверстия, куда можно впаять выводы дополнительного модемного контроля и перевода USB в режим SUSPENDED

По размеру плата мало отличается от других подобных конвертеров USB/UART

1. Плата FOCA 2.2 взята для коммерческих проектов с контроллерами Gboard /Iboard
2. Дешевый конвертер FT232 используемый до настоящего времени
3. Обозреваемый CP2102

Подключение и установка CP2102

Перед использованием платы необходимо установить драйвера с официального сайта Si-Labs

• Для соединения к контроллеру нужны 5 проводов:
• GND — GMD
• VCC — V5.0 (V3.3) в зависимости от используемой платы
• TX — RX
• RX — TX
• RESET контроллера — DTE

Теперь контроллер можно программировать не нажимая кнопку RESET.

Изменение VID, PID и др. характеристик конвертера

Плата опознается в системе как Silicon Labs CP210X USB to UART Bridge (COM35)

Иногда в коммерческих проектах необходимо, чтобы устройство при программирование имело свое коммерческое название. Чип CP2102 и плата на нем дают большие возможности для этого

Для начала скачиваем и запускаем утилиту для конфигурирования параметров EEPROM CP1202 (мне для запуска утилиты потребовалось еще скачать Java Runtime)

Теперь можно изменить следующие параметры:

• Vendor ID (VID). Идентификатор производителя. Значение «по-умолчанию» 10С4 (шестнадцатеричный формат). В данном случае принадлежит компании SiLabs.
• Product ID (PID). Идентификатор продукта. Значение «по-умолчанию» EA60 (шестнадцатеричный формат). В данном случае обозначает все мосты CP210x.
• Max Power. Максимальный ток потребления, запрашиваемая мостом на шине USB. Значение «по-умолчанию» 32 (шестнадцатеричный формат). Максимальное значение 500мА
• Power use attributes. Режим питания. Bus-powered (питание от шины USB) или Self-Powered (питание от внешнего источника).
• Release Version. Номер выпуска. Значение «по-умолчанию» 1.0. Поля могут принимать значения 1-99 в целой и дробной части.
• Serial Number. Серийный номер. Значение «по-умолчанию» составляет «0001» (текстовый формат). Поле может принимать любое текстовое значение длиной до 64 символов. Нужно для подсоединение к компьютеру нескольких устройств
• Product string. Поле может принимать любое текстовое значение длиной до 126 символов. Данный идентификатор отображается в операционной системе при первичном подключении моста CP210x к компьютеру и помогает пользователю в выборе подходящего драйвера
• Custom Data Lock. Защита конфигурационных данных.