簡析USB—串口通信轉換的應用

隨著科技的不斷發展，串行通信已經擺脫了早期傳輸速度慢的影響，并發展出類型不同的傳輸方式。目前無論是筆電還是臺式機，一般已經不再配置DB9串行通信接口。但目前有一些傳統的單片機芯片如51系列是通過串口燒寫程序，這就給燒寫程序帶來了一定的困難。這里介紹一下利用CH340T串口—USB轉換芯片來完成USB燒寫程序的功能。為使介紹言之有物，現以銘為科技的SK100為例，解析其USB—串口轉換的實現方式。

CH340T 是一個USB 總線的轉接芯片，實現USB 轉串口、USB 轉IrDA 紅外或者USB 轉打印口。在串口方式下，CH340T 提供常用的MODEM聯絡信號，用于為計算機擴展異步串口，或者將普通的串口設備直接升級到USB 總線。該芯片有以下特點：

1. 全速USB 設備接口，兼容USB V2.0，外圍元器件只需要晶體和電容。

2. 仿真標準串口，用于升級原串口外圍設備，或者通過USB 增加額外串口。

3. 計算機端Windows 操作系統下的串口應用程序完全兼容，無需修改。

4. 硬件全雙工串口，內置收發緩沖區，支持通訊波特率50bps～2Mbps。

5. 支持常用的MODEM 聯絡信號RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS。

6. 通過外加電平轉換器件，提供RS232、RS485、RS422 等接口。

7. 支持IrDA 規范SIR 紅外線通訊，支持波特率2400bps 到115200bps。

8. 軟件兼容CH341，可以直接使用CH341 的驅動程序。

9. 支持5V 電源電壓和3.3V 電源電壓。

10. 提供SSOP-20 和SOP-16 無鉛封裝，兼容RoHS。

    在SK100的系統中采用了STC的51系列單片機，該芯片程序燒錄簡便，只需要使用串口通訊線即可實現。但目前大部分計算機主板已經沒有了串口，為實現程序的燒錄，需將串口信號轉換為USB信號與計算機通信。圖1為USB與串口的轉換通信線路。

                              

圖1 SK100 USB—串口轉換通信電路圖

在以上電路中，為了保護電腦的USB口，使用了500mA的自恢復保險管F1。為了隔離USB和MCU的電源，使用了1N4001二極管D1和HT7533的LDO芯片U1。

   CH340T的引腳電路設計方式解析：

1.      電源。

CH340 芯片支持5V 電源電壓或者3.3V電源電壓。當使用5V 工作電壓時，CH340芯片的VCC引腳輸入外部5V 電源，并且V3 引腳應該外接容量為4700pF 或者0.01uF 的電源退耦電容。當使用3.3V工作電壓時，CH340芯片的V3引腳應該與VCC引腳相連接，同時輸入外部的3.3V電源，并且與CH340芯片相連接的其它電路的工作電壓不能超過3.3V。VCC 電源的正電源輸入端，需要外接0.1uF 電源退耦電容。V3 電源在3.3V 電源電壓時連接VCC 輸入外部電源，在5V 電源電壓時外接容量為0.01uF 退耦電容。在SK100中采用了3.3v的供電電源，VCC與V3并接并退耦。

GND 為電源公共接地端，直接連到USB 總線的地線。

2.      晶振。

XI 、XO為晶體振蕩的輸入/出端，需要外接晶體及振蕩電容。根據CH340T手冊的要求，CH340T芯片正常工作時需要外部向XI引腳提供12MHz的時鐘信號。一般情況下，時鐘信號由CH340T內置的反相器通過晶體穩頻振蕩產生。外圍電路只需要在XI 和XO引腳之間連接一個12MHz的晶體，并且分別為XI 和XO 引腳對地連接振蕩電容。

3.      數據通信。

CH340T 自動支持USB 設備掛起以節約功耗，NOS#引腳為低電平時將禁止USB 設備掛起。異步串口方式下CH340T 芯片的引腳包括：數據傳輸引腳、MODEM 聯絡信號引腳、輔助引腳。數據傳輸引腳包括：TXD引腳和RXD 引腳。串口輸入空閑時，RXD應該為高電平，如果R232引腳為高電平啟用輔助RS232 功能，那么RXD引腳內部自動插入一個反相器，默認為低電平。串口輸出空閑時，CH340T 芯片的TXD 為高電平。

UD+ USB信號，連到USB 總線的D+數據線；UD- USB信號，連到USB 總線的D-數據線。為增強抗干擾能力及保護USB通信口，通信腳分別并入22pf的電容及100歐姆的震蕩保護電路。

TXD/RXD：輸出/入串行數據，內置可控的上拉和下拉電阻。

其余輔助引腳這里不再一一說明。

注：銘為科技的SK100產品為供電子產品愛好者及研發人員學習參考用的實物產品，其產品功能為酒精測試。

學習了，謝謝