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

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.

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

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

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

Тестирование проводилось с помощью нескольких сценариев к программе Перпетуум М. Вы также можете протестировать свой конвертер. Скачайте сценарии для тестирования порта (они упакованы в один архив) и отдельно программу Перпетуум М. 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».

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.

5. Преимущества и недостатки конвертера на CH340G

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 программатора для AVR-микроконтроллеров (см. рисунок справа) можно ставить все резисторы с одинаковым сопротивлением (1К. 4,3К). То есть сильно занижать сопротивление на входе CTS не требуется.

Ещё об одном способе использования подобных конвертеров читайте в статье «Подключение и тестирование LCD 240RGBx320 c параллельным интерфейсом».

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

Из переписки с посетителем сайта

12.05.2017 Гость:
Здравствуйте, Евгений.
Читал вашу статью, где вы разрешили обращаться с вопросами: http://projectveka.ru/EL/CH340G/CH340G.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 Автор:
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).

17.05.2017 Автор:
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 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.

Источник

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Микросхема CH340G – преобразователь интерфейса USB в UART (мост USB-UART). Характеристики, условия эксплуатации, типовые схемы включения.

Я уже затрагивал тему преобразования компьютерного интерфейса USB в последовательный интерфейс UART – стандартный интерфейс любого современного микроконтроллера. В частности сделал обзор модуля PL2303 USB UART BOARD. Показал насколько просто с помощью этого модуля подключать к USB порту компьютера устройства с интерфейсами UART, COM, RS232.

К существующим на рынке мостам USB-UART не так давно добавилась китайская микросхема CH340G (изготовитель – компания WCH). Не просто добавилась, а претендует на то, чтобы стать самым популярным компонентом сопряжения интерфейсов USB и UART.

В серию китайских микросхем CH340 входят:

Техническую информацию о микросхемах CH340T и CH340R можно загрузить в формате PDF по этой ссылке CH340.pdf.

Но последний вариант из таблицы – микросхема CH340G оказался наиболее удачным благодаря корпусу с меньшим числом выводов. Именно он получил широкое распространение. Его я и буду описывать. Технические характеристики и параметры я взял из официальной документации производителя – китайской компании WCH. Информацию можно загрузить в формате PDF по этой ссылке CH340G.pdf.

Мост USB-UART CH340G.

Микросхема предназначена для преобразования интерфейса USB в UART. Позволяет создать на компьютере дополнительный UART порт. Подробно о технологии конвертирования интерфейсов USB и UART можно прочитать по этой ссылке.

Назначение выводов.

Предельно-допустимые параметры.

Превышение значений этих параметров может привести к выходу из строя микросхемы.

Параметры постоянного тока.

Динамические характеристики.

Подключение микросхемы CH340G.

Микросхема CH340G содержит внутренние подтягивающие резисторы для шины USB и цепи подавления отраженного сигнала. Поэтому выводы UD+ и UD- должны быть подключены непосредственно к соответствующим сигналам USB (выводам разъема USB).

Микросхема имеет встроенную логику сброса по включению питания.

Для нормальной работы микросхемы необходимо сформировать на выводе XI сигнал частотой 12 мГц.

Микросхема поддерживает два напряжения питания: 5 В и 3, 3 В.

Конвертер CH340G поддерживает все сигналы управления передачей данных стандартного интерфейса RS233: CTS, DSR, RI, DCD, DTR, RTS. Программное обеспечение также поддерживает все эти сигналы.

С помощью вывода R232 можно включить инверсию сигнала RXD. Инверсия включается высоким уровнем на входе R232. Состояние сигнала запоминается при включении питания. Вход R232 имеет внутренний резистор, поэтому если в режиме инверсии RXD нет необходимости, то можно оставить вывод R232 неподключенным.

Типовая схема использования CH340G в преобразователе интерфейсов USB – UART выглядит так.

Микросхема получает питание 5 В от интерфейса USB. При питании от напряжения 3,3 В необходимо соединить выводы Vcc и V3.

Режимы работы конвертера CH340G.

У микросхемы CH340G есть встроенный буфер типа FIFO.

CH340G поддерживает симплексный, полудуплексный и полнодуплексный асинхронные режимы обмена.

Микросхема поддерживает все стандартные режимы передачи данных:

Скорость обмена может быть выбрана из следующих значений:

Микросхема полностью эмулирует работу стандартного COM порта. Все приложения для реальных COM портов работают с конвертером интерфейсов CH340G без изменения кода. Подробнее о технологии виртуальных COM портов моно прочитать по этой ссылке.

С помощью CH340G можно подключать существующие периферийные устройства к компьютерам, не имеющим COM портов. Для реализации таких распространенных интерфейсов как RS232, RS422 и RS485 достаточно добавить преобразователи уровней сигналов.

Вот пример схемы для подключения устройств с интерфейсом RS232.

В следующей публикации я расскажу о модуле CH340, созданном на базе этой микросхемы.

Также приведу последовательность операций для установки драйвера моста USB-UART на персональном компьютере.

Источник

Arduino USB UART чипы и драйвера CH340, CH340G, FTDI

Чипы FTDI, CH340, ATMEGA16U2 с драйверами позволяют плате Arduino и USB адаптерам подключаться к компьютеру и взаимодействовать с внешним окружением через Serial UART. С их помощью Ардуино может скачивать прошивку, загружать и отправлять данные, не заботясь о низкоуровневой поддержке последовательного соединения. В платах разных производителей могут использоваться различные чипы и драйвера.

В этой статье мы рассмотрим наиболее популярные микросхемы и узнаем, как скачать и установить соответствующие драйвера для нормальной работы Arduino Uno, Nano, Mega и другими платами.

Чипы CH340g, FTDI FT232, ATMEGA 16U2 / 8U2

Обычно с чипами USB преобразователей и поиском драйверов сталкиваются в тот момент, когда возникает проблема подключения платы к компьютеру. Скорее всего, вы тоже нашли эту статью, пытаясь заставить Arduino IDE взаимодействовать с китайской ардуинкой. Давайте разберемся, какую роль во взаимодействии с компьютером играет чип преобразователя и зачем устанавливать какие-то драйверы, чтобы все заработало.

Зачем нужен USB / UART TTL преобразователь

Когда вы подключаете Ардуино к компьютеру или любому другому устройству по USB, вы связываете между собой сразу два мира: микропроцессорный, сосредоточенный на плате Arduino и мир внешних устройств. Подходы к организации взаимодействия между элементами в этих мирах сильно отличаются. Для работы внутри платы используется особый протокол со своими правилами взаимодействия – UART. И для того, чтобы “внутреннюю” линию соединить с “внешней” нужен определенный преобразователь-посредник, который будет хорошо понимать физические сигналы, используемые как для USB, так и для платы контроллера. Вот этим посредником и являются чипы USB- UART (иногда их еще обозначают называют USB-TTL, хотя это не совсем корректно) преобразователей, самыми популярными из которых являются микросхемы FTDI, CH340G, ATMEGA U16.

USB преобразователи в Ардуино

Мы должны использовать внешние чипы, потому что контроллер ATMEGA328, являющийся сердцем большинства современных плат Arduino, не содержит в своих кристаллических внутренностях встроенного преобразователя. Если вы посмотрите на плату ардуино, то увидите корпус чипа, на нем можно разобрать и его тип.

Исторически наиболее популярным вариантом чипов USB/UART конвертера была линейка микросхем от шотландского производителя FTDI. Главным ее недостатком была стоимость и весьма странная политика в области контроля контрафакта, зачастую приводящая к тому, что легальные купленные устройства блокировались драйверами компании. Сегодня существенную конкуренцию FTDI составляют микросхемы семейства CH340, массово производимые многочисленными китайскими производителями. Они гораздо дешевле и достаточно надежны и это постепенно привело к тому, что в большинстве недорогих контроллеров Arduino и адаптеров установлены именно чипы CH340 (CH340g).

Наверное, единственной, но очень важной проблемой при использовании CH340g взамен FTDI является необходимость в некоторых случаях установки USB драйвера. “Респектабельная” FTDI давно уже тесно интегрирована в Windows и при подключении устройства с FTDI-преобразователем никаких драйвером устанавливать не нужно – они уже есть в системе. Для подключения CH340g иногда нужно скачать драйвер и установить его – только после этого система увидит наше устройство.

Процедура установки драйвера для CH340g на самом деле очень проста и почти всегда проходит без ошибок на самых популярных операционных системах Windows7, Windows10. Именно поэтому никаких проблем с использованием недорогих ардуино плат, несущих на себе чип CH340, почти никогда не возникает.

Остается только вопрос – а зачем вообще нужен какой-то USB драйвер для подключения ардуино к компьютеру? Давайте разберемся.

USB драйвер для ардуино

Мы не будем уходить в теоретические дебри, разбирая многочисленные коммуникационные протоколы, поддерживаемые современными компьютерными системами. Главное, что нужно понимать: когда мы присоединяем какое-то устройство к компьютеру, оно может передавать или получать данные только если его “поймут” с другой стороны. На стороне компьютера таким переводчиком является специальная программа, называемая драйвером. Драйвер USB работает в режиме эмуляции последовательного, COM-порта. Это означает, что при подключении операционная система создает виртуальные, программные COM-порты, с которыми и работает драйвер. В Windows их можно посмотреть в диспетчере устройств.

Установка драйвера для CH340

Китайские микросхемы CH340 используется довольно часто благодаря своей низкой стоимости и вполне приемлемому качеству.

В серию микросхем CH340 входят CH340T (мост USB – UART), CH340R (мост USB – IrDA) и CH340G (мост USB – UART). Последняя микросхема является наиболее распространенной и удобной с точки зрения корпуса с меньшим числом выводов.

Установка драйвера CH340

Если в вашей системе отсутствует драйвер, его можно легко установить. Процедура занимает 5 минут и практически никогда не вызывает проблем. Скачать драйвер для CH340 можно по этой ссылке.

Процесс установки драйвера разбивается на несколько шагов:

Характеристики CH340

Микросхема обладает следующими характеристиками и возможностями:

Распиновка микросхемы CH340G представлена на рисунке.

На плате обозначены следующие контакты:

2 – TXD сигнал UART.

3 – RXD сигнал UART.

4 – напряжение питания.

7 – XI вход для кварцевого резонатора и конденсатора.

8 – XO выход для кварцевого резонатора и конденсатора.

9 – CTS сигнал UART.

10 – DSR сигнал UART.

11 – RI сигнал UART.

12 – DCD сигнал UART.

13 – DTR сигнал UART.

14 – RTS сигнал UART.

15 – Включение инверсии входа RXD.

Микросхема эмулирует работу последовательного порта. Все приложения работают с конвертером интерфейса CH340G без изменения кода.

Чип FTDI для Arduino

Шотландская фирма FTDI занимается разработкой аппаратных мостов “USB-UART” и “USB-FIFO”. Производство началось с запуска и продажи схем FT8U232 и FT8U245, которые в итоге стали очень популярными и востребованными на рынке устройств с USB. Эти виды микросхем имели всего лишь 1 режим работы и огромное количество дополнительных внешних элементов.

Следующим поколением аппаратных мостов были микросхемы FT232B и FT245B. В них добавился новый режим работы BitBang, также появилась возможность реализации восьми независимых линий ввода-вывода. Помимо этого была изменена схемотехника кристалла.

С 2006 года начался выпуск микросхем FT232R и FT245R, в которых были интегрированы на кристалл энергонезависимая память, тактовый генератор и другие компоненты. Основными преимуществами микросхемы FT232RL являются хорошая функциональность, легкость монтажа и минимальная обвязка. Распиновка модуля представлена на рисунке ниже.

Характеристики микросхемы FT232R:

Микросхема предоставляется с заранее запрограммированной памятью EEPROM, поэтому дополнительное программирование энергонезависимой памяти перед началом работы не требуется.

Чип ATMEGA16U2/8U2 для ардуино

Чипы ATMEGA16U2/8U2 используются в качестве моста между USB-портом и последовательным портом. Версия платы ATmega8u2 использовалась для предыдущих плат Ардуино Uno и Mega.

Технические характеристики чипа ATMEGA16U2:

Контроллер ATmega8u2 в своей прошивке уже имеет установленные USB COM драйвера, поэтому установка дополнительных не требуется.

Характеристики ATmega8u2:

Заключение и выводы

Микросхемы-контроллеры последовательного порта служат в качестве преобразователя интерфейса USB. Наиболее популярными являются микросхемы CH340 (преобразователь USB в UART), аппаратные мосты от фирмы FTDI, к которым относятся микросхемы FT8U232, FT8U245, FT232R и FT245R (USB-UART и USB – FIFO) и ATmega8U2 и ATmega16U2.

Источник