USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园

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USB转串口常见芯片方案

FT232, FTDI(英国)

公认稳定可靠, 传输速率3Mbps, 功能最强, 单芯片内置SPI，TWI，JTAG，GPIO等功能. FT232BM为较早型号, FT232RL等为较新的型号, 有多种封装

  • FT232BM LQFP32封装(四方扁平式密脚)
  • FT232BL LQFP32封装(四方扁平式密脚)
  • FT232RL SSOP28封装(双列密脚)
  • FT232RQ QFN32封装(方形扁平无引脚)

具备以下功能:

  1. 芯片整合了EEPROM，可用于IO的配置以及存储USB VID，PID，序列号和产品描述信息
  2. 芯片整合了电平转换器，使得其I/O口电平支持5V-2.8伏的宽范围
  3. I/O管脚驱动能力强，可驱动多个设备或者较长的数据线
  4. 芯片内部整合了上电复位电路
  5. 芯片能自行产生时钟，无需外挂晶振钟振
  6. 内部集成了电源去耦RC电路
  7. 此芯片符合ROHS标准
  8. FT232支持QFN32封装（FT232RQ），SSOP28封装（FT232RL）

CP2102 Silicon Laboratories(美国芯科)

集成度高, 外围最少. 稳定性不错, 生产使用较多, 价格仅次于FT232.

内置USB2.0全速功能控制器、USB收发器、晶体振荡器、EEPROM及异步串行数据总线UART，支持调制解调器全功能信号，无需任何外部的USB器件。内置的EEPROM用来定制USB的Vendor ID、Product ID、产品描述、电源描述、设备释放号、设备序列号。特性：

  1. 内含USB收发器
  2. 内含时钟电路
  3. 内含上电复位电路
  4. 片内电压调节可输出3.3V电压
  5. 符合USB2.0规范的要求
  6. SUSPEND引脚支持USB状态挂起
  7. 异步串行数据总线兼容所有握手和调制调节器接口信号
  8. 支持的数据格式为数据位8、停止位1、2和校验位
  9. 内涵512字节接收缓冲器和512字节发送缓冲器
  10. 支持硬件或者X-ON/X-OFF 握手

CH340, CH341 WCH(南京沁恒)

在串口方式下，CH340提供常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB总线。特点

  1. 全速USB设备接口，兼容USB V2.0。
  2. 仿真标准串口，用于升级原串口外围设备，或者通过USB增加额外串口。
  3. 计算机端Windows操作系统下的串口应用程序完全兼容，无需修改。
  4. 硬件全双工串口，内置收发缓冲区，支持通讯波特率50bps～2Mbps。
  5. 支持常用的MODEM联络信号RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS。
  6. 通过外加电平转换器件，提供RS232、RS485、RS422等接口。
  7. CH340R芯片支持IrDA规范SIR红外线通讯，支持波特率2400bps到115200bps。
  8. 内置固件，软件兼容CH341，可以直接使用CH341的VCP驱动程序。
  9. 支持5V电源电压和3.3V电源电压甚至3V电源电压。
  10. CH340C/N/K/E及CH340B内置时钟，无需外部晶振，CH340B还内置EEPROM用于配置序列号等。
  11. 提供SOP-16、SOP-8和SSOP-20以及ESSOP-10、MSOP-10无铅封装，兼容RoHS。

最常见的国产芯片方案

  • CH340是CH341的简化版，不支持并口、打印口、IIC，专为串口应用设计
  • CH340T和CH340G, CH340T是20引脚，CH340G是16引脚, 都需要晶振.
  • 市面上最常见的是 CH340G, 3元左右带晶振的USB2TTL基本上都是这个型号
  • CH340C(16pin) 和 CH340N(8pin) 为内置晶振的型号, 大量使用在新推出的各类开发板中

Prolific(台湾旺玖)的PL2303

PL2303具有多个历史版本，早期的版本是PL2303HX, 近年有PL2303HXA、PL2303HXC、PL2303HXD（D版本）、PL2303SA, D版本不需要外接晶振.

PL2303 曾经是普及率最高的一种方案, 最近因为假货和价格问题已经不及沁恒的CH340

  • HX版本能稳定到4Mbps
  • 在Linux, Win7下无需驱动, 自动识别安装
  • Win10上会被判断为不再支持的硬件, 需要安装更早版本的驱动才能正常使用

USB转TTL模块成品

CH340模块成品一

这是最常见的一种CH340模块了, 芯片为CH340G, PCB板上无3.3V/5V切换, 靠引出脚的短路帽进行切换.

图片[1]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

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模块的电路图

图片[3]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

对这个模块的说明

  • VCC连接的是CH340G的VCC Pin脚
  • 5V连接的是USB 5V
  • 3V3连接的是CH340G的V3, 关于这个Pin脚, V3引脚是芯片内置3.3V的LDO输出引脚, 芯片内部USB电源均来自于V3引脚, 当VCC=5V供电时, V3输出3.3V电压供芯片使用, 官方答复 点击这里
  • 如果无短路帽, VCC使用的是USB 5V经两颗1N4148后的电压
  • 短路5V和VCC, USB 5V直接加到CH340G的VCC, 两颗1N4148不起作用. 输出的3.3V使用的是CH340G输出的3.3V. 此时CH340工作在5V下
  • 短路3V3和VCC, CH340G的VCC使用的就是5V经两颗1N4148降压后电压, 而5V输出的是USB的5V, 此时CH340工作在3.3V下

使用这个模块存在的问题

  1. 根据前面说明的最后两点, 短路5V和VCC时, 空闲的3.3V输出可以给下位机供电, 但是CH340的TLL电压是5V的, 对浮空的TX进行测量, 可以得到4.8-5V的电压. 这个设计在使用中容易导致各种莫名其妙的问题, 例如连接MCU时, 可能会导致MCU测ADC数值不准, 大部分M0, M0+的MCU都容易受到干扰.
  2. RX脚电流倒灌. 产生的现象就是, CH340还未上电, RX脚的LED灯已经亮了

问题的解决方法

  1. 避免TX的干扰, 最简单直接的, TX断开不连接
  2. 如果必须用TX, 则在TX外串接一个肖特基二极管(例如1N5819), CH340的TX接二极管的负极, 下位机的RX接二极管正极, 这能有效抑制CH340的电压影响
  3. 正规的处理方法: 输出电压直接从短路帽取电,
    • 3.3V的环境短路帽短路3V3和VCC同时输出3.3V. 5V脚留空
    • 5V的环境短路帽短路5V和VCC同时输出5V, 3V3脚留空
  4. RX脚避免倒灌, 则在RX外也要串接一个肖特基二极管, CH340 RX接二极管的正极

CH340模块成品二

俗称土豪金的另一种成品板, 使用的依然是CH340G, 这个板子的改进之处在于, 带独立的LDO, 通过短路帽切换TTL电平电压, 同时输出5V电压和3.3V电压. 在输出脚上的短路帽是用于将rx和tx连成回路作测试用的

图片[4]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

图片[5]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

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CH340模块成品三

也称为土豪金, 但是使用的是CH340E, 不再需要外置晶振, 功能和前一种是一样的

图片[7]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

图片[8]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

图片[9]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

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PL2303模块成品一

这是PL2303最常见的一种模块, 不带电压切换.

图片[11]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

图片[12]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

因为假货或者是电路质量的原因, 这种模块在调试nRF24L01模块中不及CH340稳定. 可以用于普通烧录, 但是不建议用作UART调试

Console线的连线

RJ45到DB9(RS232)

对于下面图示的说明:

  • RJ45公头, 就是一个超五类或六类网线头, Pin 1 就是当你看着它, 线材远离你&头朝你&簧片朝上时, 最左边的那个pin.
  • DB9母头俗称COM口, 当你看着它, 线材远离你&头朝你&一行5个孔在上方时, Pin 1 就是右上角的孔, Pin 6 就是右下角的孔.
  • 大多数情况只需要3条线就能使其工作: RD, TD 和 GND, 这三条关键的线由硬件控制, 其他所有的线只是让软件控制数据.

DB9的pin定义

1  CD or DCD  Data Carrier Detect  2  RD or RxD  Received Data  3  TD or TxD  Transmit Data  4  DTR        Data Terminal Ready 5  GND or SG  Signal Ground  6  DSR        Data Set Ready  7  RTS        Request To Send  8  CTS        Clear To Send  9  RI         Ring Indicator

RJ45和DB9的接线关系
图片[13]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

   RJ－45　　　　　　  DB9（DB9内接线）　　1 RTS  　　　　　  8 CTS Clear To Send　　2 DTR    　　　　　6 DSR Data Set Ready　　3 TxD    　　　　　2 RxD Received Data　　4 GND    　　　　　5 GND Ground  　　5 GND    　　　　　5 GND Ground  　　6 RxD    　　　　　3 TxD Transmit Data　　7 DSR    　　　　　4 DTR Data Terminal Ready　　8 CTS    　　　　　7 RTS Request To Send

更直观一点的图

图片[14]-USB至串口TTL转接设备及Console线 – Milton – 博客园-今天我都干啥了

参考

https://www.tronicore.com/downloads/support/db9_rj45_assembeling_guide.pdf

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