USB是Universal serial bus的缩写,中文译作通用串行总线。诞生于1994年,USB是目前最流行的一个外部总线标准,主要用于电脑与设备的连接通讯。特点是传输速度快,支持热插拔。
串口就是串行通讯接口,诞生于1980年前后,是采用串行通讯方式的扩展接口,特点是通讯线路简单、数据一位一位的顺序传送,用一对传输线既可实现双向通讯。优点是成本低、传输距离可达几千米,缺点是速度慢。广泛用于工控设备,测量设备和通讯设备中。
由于USB转串口在计算机端就是一个COM串口,对于工程师而言,既能省掉操作USB的工作量,又能得到USB即插即用的优势,大幅度提高产品开发效率。我们以市面上最常见的CH340为例,从USB转串口的实现、通讯、尺寸和应用4个方面来分别介绍下:
2、特点
● 全速USB 设备接口,兼容USB V2.0。
● 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。 ● 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。 ● 硬件全双工串口,内置收发缓冲区,支持通讯波特率50bps~2Mbps。 ● 支持常用的MODEM 联络信号RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS。 ● 通过外加电平转换器件,提供RS232、RS485、RS422 等接口。
● CH340R 芯片支持IrDA 规范SIR红外线通讯,支持波特率2400bps到115200bps。 ● 内置固件,软件兼容CH341,可以直接使用CH341的VCP驱动程序。 ● 支持5V 电源电压和3.3V电源电压甚至3V 电源电压。
● 提供SOP-16、SOP-8和SSOP-20以及ESSOP-10、MSOP-10无铅封装,兼容RoHS。
一,USB转串口的实现
USB转串口即计算机端USB口转换为通用串口,一般为异步串口UART,既满足为缺少串口的计算机扩展异步串口,又可以将普通的串口设备升级到USB,还能将开发USB的难度降低至串口透明传输。
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实现USB转串口一般采用仿真标准串口,也叫虚拟串口VCP(Virtual Serial Port),VCP的支持各操作系统,功能多,支持GPIO和高波特率及硬件流控。如CH340/CH341提供的驱动支持Windows/ Linux/ Android/ MacOS等操作系统。其中Windows驱动通过WHQL认证,支持到最新系统,支持连网自动更新。Windows驱动链接:http://www.wch.cn/downloads/CH341SER_EXE.html
二,USB转串口的通讯
串口通讯的三大关键词有速率、MODEM信号和分类。
速率就是串口通讯波特率,用波特率(Baud)计量,典型串口通讯波特率有300,2400,9600,115200,921600, 2M等。在串口传输中,通讯收发端波特率一致才能正常通讯。
CH340 内置了独立的收发缓冲区,支持单工、半双工或者全双工异步串行通讯。串行数据包括1 个低电平起始位、5、6、7或8 个数据位、1个或2个高电平停止位,支持奇校验/偶校验/标志校验/ 空白校验。CH340 支持常用通讯波特率:50、75、100、110、134.5、150、300、600、900、1200、 1800、2400、3600、4800、9600、14400、19200、28800、33600、38400、56000、57600、76800、115200、 128000、153600、230400、460800、921600、1500000、2000000 等。
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MODEM信号也叫握手信号、调制解调器信号或联络信号,指RTS、CTS、DTR、DSR、DCD和RI六个信号,各自功能为:
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分类:串口根据电气标准和协议不同可分为RS232、RS485、RS422等。
CH340由USB转出的串口电平为TTL,以5V电源电压为例,TTL电平的逻辑1为+2.4V~5V,逻辑0为0~+0.5V。通过外加电平转换芯片可转换不同电平接口,如加MAX232可转换为RS232电平,既逻辑1为-15V~-3V,逻辑0为+3V~+15V。
此外,串口还可根据信息的传送方向,可以分为单工,半双工和全双工,最典型的半双工就是RS485通讯,它的电缆线长度和传输速率成反比。CH341和CH340T就提供TNOW引脚,支持半双工自动切换。TNOW引脚以高电平指示CH340正在从串口发送数据,发送完成后为低电平,在RS485 等半双工串口方式下,TNOW用于指示串口收发切换状态。 三,USB转串口的尺寸
CH340有SOP8/16、ESSSOP10、MSOP10、SSOP20等封装供选,无论PCB尺寸大小,总有一款尺寸更合适。
除了根据PCB板卡尺寸需求考虑不同的封装,对于竞争激烈的USB转串口市场,在意成本的可以
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考虑下CH340C/B等内置时钟的型号,可省掉外部晶振;有定制需求的可以考虑带内置EEPROM的CH340B等,用于配置序列号、部分功能可定制等,具体可以参考USB转串口的芯片选型:http://special.wch.cn/zh_cn/produce/。 四,USB转串口的应用
USB转串口,即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,广泛应用在物联网、安防监控、工业控制、安防监控,以及各种串口系统和设备中。
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