简析USB—串口通信转换的应用

随着科技的不断发展，串行通信已经摆脱了早期传输速度慢的影响，并发展出类型不同的传输方式。目前无论是笔电还是台式机，一般已经不再配置DB9串行通信接口。但目前有一些传统的单片机芯片如51系列是通过串口烧写程序，这就给烧写程序带来了一定的困难。这里介绍一下利用CH340T串口—USB转换芯片来完成USB烧写程序的功能。为使介绍言之有物，现以铭为科技的SK100为例，解析其USB—串口转换的实现方式。

CH340T 是一个USB 总线的转接芯片，实现USB 转串口、USB 转IrDA 红外或者USB 转打印口。在串口方式下，CH340T 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。该芯片有以下特点：

1. 全速USB 设备接口，兼容USB V2.0，外围元器件只需要晶体和电容。

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. 支持IrDA 规范SIR 红外线通讯，支持波特率2400bps 到115200bps。

8. 软件兼容CH341，可以直接使用CH341 的驱动程序。

9. 支持5V 电源电压和3.3V 电源电压。

10. 提供SSOP-20 和SOP-16 无铅封装，兼容RoHS。

    在SK100的系统中采用了STC的51系列单片机，该芯片程序烧录简便，只需要使用串口通讯线即可实现。但目前大部分计算机主板已经没有了串口，为实现程序的烧录，需将串口信号转换为USB信号与计算机通信。图1为USB与串口的转换通信线路。

                              

图1 SK100 USB—串口转换通信电路图

在以上电路中，为了保护电脑的USB口，使用了500mA的自恢复保险管F1。为了隔离USB和MCU的电源，使用了1N4001二极管D1和HT7533的LDO芯片U1。

   CH340T的引脚电路设计方式解析：

1.      电源。

CH340 芯片支持5V 电源电压或者3.3V电源电压。当使用5V 工作电压时，CH340芯片的VCC引脚输入外部5V 电源，并且V3 引脚应该外接容量为4700pF 或者0.01uF 的电源退耦电容。当使用3.3V工作电压时，CH340芯片的V3引脚应该与VCC引脚相连接，同时输入外部的3.3V电源，并且与CH340芯片相连接的其它电路的工作电压不能超过3.3V。VCC 电源的正电源输入端，需要外接0.1uF 电源退耦电容。V3 电源在3.3V 电源电压时连接VCC 输入外部电源，在5V 电源电压时外接容量为0.01uF 退耦电容。在SK100中采用了3.3v的供电电源，VCC与V3并接并退耦。

GND 为电源公共接地端，直接连到USB 总线的地线。

2.      晶振。

XI 、XO为晶体振荡的输入/出端，需要外接晶体及振荡电容。根据CH340T手册的要求，CH340T芯片正常工作时需要外部向XI引脚提供12MHz的时钟信号。一般情况下，时钟信号由CH340T内置的反相器通过晶体稳频振荡产生。外围电路只需要在XI 和XO引脚之间连接一个12MHz的晶体，并且分别为XI 和XO 引脚对地连接振荡电容。

3.      数据通信。

CH340T 自动支持USB 设备挂起以节约功耗，NOS#引脚为低电平时将禁止USB 设备挂起。异步串口方式下CH340T 芯片的引脚包括：数据传输引脚、MODEM 联络信号引脚、辅助引脚。数据传输引脚包括：TXD引脚和RXD 引脚。串口输入空闲时，RXD应该为高电平，如果R232引脚为高电平启用辅助RS232 功能，那么RXD引脚内部自动插入一个反相器，默认为低电平。串口输出空闲时，CH340T 芯片的TXD 为高电平。

UD+ USB信号，连到USB 总线的D+数据线；UD- USB信号，连到USB 总线的D-数据线。为增强抗干扰能力及保护USB通信口，通信脚分别并入22pf的电容及100欧姆的震荡保护电路。

TXD/RXD：输出/入串行数据，内置可控的上拉和下拉电阻。

其余辅助引脚这里不再一一说明。

注：铭为科技的SK100产品为供电子产品爱好者及研发人员学习参考用的实物产品，其产品功能为酒精测试。

学习了，谢谢