Драйвер чипа CH340 USB-Serial
При подключении платформ разработки на базе Arduino к компьютеру, вы связываете между собой два мира: микроконтроллерный и микропроцессорный.
Стандартным интерфейсом плат Arduino на микроконтроллерах ATmega328P является UART, а у современных компьютеров используется USB. Чип USB-UART CH340G служит мостом между микроконтроллером и USB-портом компьютера, который позволяет загружать прошивку в плату, а также передавать между собой данные.
Список поддерживаемых плат
Зачем нужен драйвер?
При подключении любого устройства к USB-порту компьютера необходимо подсказать операционной системе, как с ним общаться. На стороне компьютера таким переводчиком является специальная программа, называемая драйвером. Например, драйвер преобразователя USB-UART работает в режиме эмуляции последовательного COM-порта. Т. е. при подключении вашей платы к компьютеру чип моста с помощью драйвера попросит операционную систему открыть виртуальный COM-порт, через который начнётся общение между платой и ПК.
Каждый производитель делает свои чипы с соответствующими драйверами. К сожалению, не все драйверы предустановлены в операционных системах по умолчанию. Когда нужного драйвера нет, ОС пытается найти его для нового подключённого устройства, не находит, и вместо виртуального COM-порта вы видите надпись «USB 2.0 SERIAL» или «Неизвестное устройство». Для решения проблемы скачайте и установите драйвер для вашей операционной системы.
Установка драйвера
Рассмотрим установку драйвера на примере платы Iskra Uno в операционной системе Windows. С остальными платами ситуация будет аналогичная.
Конвертер USB-TTL на микросхеме CH340. Схема, характеристики. Установка драйвера.
USB-TTL конвертер построенный на микросхеме CH340G
Это – преобразователе интерфейса USB в UART. Эта микросхема приобретает все большую популярность, успешно конкурируя с конвертером интерфейсов PL2303.
CH340 уже стала стандартным преобразователем интерфейсов для китайских клонов контроллеров Ардуино. На базе этой микросхемы был разработан модуль, аналог модуля PL2303 USB UART BOARD. Вернее несколько типов модулей. В этом материале будет рассказано о самом популярном варианте конвертера CH340.
С помощью модуля CH340 легко подключить любое устройство, имеющее интерфейс UART к компьютерному порту USB. При несложной доработке (требуются только преобразователи уровней сигналов) к компьютеру могут быть подключены устройства с интерфейсами: COM, RS232, RS422, RS485, IrDA. Схемы подключения к некоторым из этих интерфейсов приведены в предыдущей публикации о микросхеме CH340G.
Самое приятное, что такой способ преобразования интерфейсов не требует изменения кода программ верхнего уровня. Даже программы, разработанные для компьютерного COM порта в те времена, когда интерфейс USB еще не существовал, работают с мостами интерфейса USB.
Конвертер эмулирует работу стандартного COM порта. На компьютер устанавливается драйвер микросхемы CH340. При каждом подключении модуля к USB порту компьютера в системе появляется виртуальный COM порт. Программа для стандартного COM порта может работать с этим портом, не подозревая, что он виртуальный. Таким образом, в системе появляется еще один COM порт, физически расположенный вне компьютера.
Сигналы интерфейса UART модуля.
На разъеме модуля 6 контактов, через которые подключается UART устройство.
| № | Название | Направление, тип | Назначение |
| 1 | 5 V | питание | Питание 5 В от интерфейса USB. Может быть использовано для питания устройства UART. |
| 2 | VCC | питание | Питание микросхемы CH340G.
|
| 3 | 3V3 | питание | Опорное напряжение для USB интерфейса.
|
| 4 | TXD | выход | Передача данных |
| 5 | RXD | вход | Прием данных |
| 6 | GND | питание | Общий провод (земля) |
Для подключения UART устройства к модулю необходимо:
Выбрать режим питания;
- 5 В – установить перемычку между 1 и 2 выводами;
- 3,3 В – установить перемычку между 2 и 3 выводами.
- Подключить устройство к общему проводу GND и контактам обмена данными RXD и TXD.
- При необходимости можно использовать сигнал 5 V (вывод 1) для питания UART устройства.
Рядом с разъемом модуля размещены светодиоды отображающие:
- наличие питания модуля;
- состояние сигнала TXD;
- состояние сигнала RXD.
- Светодиоды светятся при активном состоянии сигналов – низком уровне.
Принципиальная схема модуля CH340.
Самая распространенная схема выглядит так.
Микросхема CH340G включена по стандартной схеме. Питание 3,3 В формируется из сигнала 5 В интерфейса USB за счет падения напряжения на открытых диодах LL4148. Больше пояснять нечего.
Установка драйвера преобразователя интерфейсов CH340.
Под Windows 7 драйвер устанавливается в следующей последовательности.
Открываем диспетчер задач Windows. Для этого нажимаем Пуск -> Панель управления -> Диспетчер устройств.
Открываем закладку Порты (COM и LPT).
Подключаем модуль CH340 к порту USB компьютера. В диспетчере устройств появляется новое устройство USB.2-Serial с предупреждающим желтым знаком. Операционная система не смогла установить драйвер для модуля.
Скачиваем и запускем файл установщика драйвера ch341ser.exe. Файлы автоматически разархивируются. Появляется окно.
Нажимаем кнопку INSTALL.
После непродолжительной установки появляется сообщение об ее успешном завершении.
В диспетчере устройств появляется новое устройство USB-SERIAL CH340. Это и есть новый COM порт, в примере это порт с номером 5.
При желании номер порта можно изменить.
Для этого нужно нажать на нужный COM порт в «Диспетчере оборудования» правой кнопкой мыши, выбрать пункт Свойства.
Дальше переходим на вкладку Параметры порта.
Нажимаем кнопку Дополнительно
Теперь остается выбрать сыободный номер порта.
Теперь при каждом подключении модуля CH340 к компьютеру в системе будет появляться виртуальный COM порт.
Внимание. Надо только помнить, что при подключении модуля к другому USB порту может измениться номер и виртуального COM порта.
Рекомендуемые товары
Переходник USB — COM TTL (RS232) на CH340
Многофункциональный переходник USB-TTL на основе микросхемы CH340G. Имеет выходы 3.3В и 5В для питан..
Микросхема CH340G – преобразователь интерфейса USB в UART
Сегодня на рынке существует недорогая микросхема CH340G мост USB-UART, которая является заменой для PL2303.
Китайская микросхема CH340G (изготовитель – компания WCH) не просто добавилась на рынок, но и претендует на то, чтобы стать самым популярным компонентом сопряжения интерфейсов USB и UART.
- Низкая цена микросхемы;
- Удобный корпус SO-16. Маленький корпус с небольшим числом выводов и минимум внешних компонентов значительно облегчают применение микросхемы;
- Неслучайно практичные китайцы в большинстве своих клонов плат Ардуино используют именно эту микросхему. И это еще один фактор способствующий распространению конвертера CH340. У многих на компьютере уже установлен драйвер.
В серию китайских микросхем CH340 входят:
| Название | Корпус | Назначение | Официальная техническая документация |
| CH340T | SSOP-20 | Мост USB — UART | CH340.pdf |
| CH340R | SSOP-20 | Мост USB — IrDA | |
| CH340G | SO-16 | Мост USB — UART | CH340G.pdf |
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.
На базе этой микросхемы разработан модуль — преобразователь интерфейсов.
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.
- Поддерживает полную скорость спецификации USB 2.0;
- Требует минимум внешних компонентов. Только кварцевый резонатор и 4 конденсатора;
- Создает виртуальный последовательный порт, который эмулирует все функции реального COM порта;
- Позволяет использовать все существующие приложения для COM портов без изменения и доработок;
- Аппаратная часть поддерживает последовательный дуплексный интерфейс с внутренним буфером FIFO. Скорость обмена от 50 бит в сек, до 2 Мбит в сек;
- Поддерживает полный контроль сигналов управления передачей данных RTS, DTR, DCD, RI, DSR и CTS;
- При использовании внешних преобразователей уровней поддерживает интерфейсы RS23, RS422, RS485;
- Может работать с сигналами уровней 5 и 3,3 В;
- Конструктивно микросхема выполнена в корпусе SO-16.
Назначение выводов.
| Вывод | Обозначение | Направление | Описание |
| 1 | GND | Питание | Общий провод (земля). Должен быть соединен с общим проводом шины USB. |
| 2 | TXD | Выход | TXD сигнал UART. |
| 3 | RXD | Вход | RXD сигнал UART. |
| 4 | V3 | Питание | Внутреннее опорное напряжение для USB интерфейса. При питании 3,3 В вывод должен быть соединен с Vcc. При напряжении питания 5 В, к нему необходимо подключить относительно земли блокировочный конденсатор емкостью 4,7 – 20 нФ. |
| 5 | UD+ | Аналог. | D+ сигнал USB. |
| 6 | UD- | Аналог. | D- сигнал USB. |
| 7 | XI | Вход | Вход кварцевого генератора. К нему подключается кварцевый резонатор и конденсатор. |
| 8 | XO | Выход | Выход кварцевого генератора. К нему подключается кварцевый резонатор и конденсатор. |
| 9 | CTS# | Вход | CTS сигнал UART. |
| 10 | DSR# | Вход | DSR сигнал UART. |
| 11 | RI# | Вход | RI сигнал UART. |
| 12 | DCD# | Вход | DCD сигнал UART. |
| 13 | DTR# | Выход | DTR сигнал UART. |
| 14 | RTS# | Выход | RTS сигнал UART. |
| 15 | R232 | Вход | Включение инверсии входа RXD. Активный уровень – высокий. Вход имеет внутренний резистор, подключенный к земле. |
| 16 | VCC | Питание | Питание. |
Предельно-допустимые параметры.
Превышение значений этих параметров может привести к выходу из строя микросхемы.
| Обозначение | Название | Минимальное значение | Максимальное значение | Единица измерения |
| Ta | Рабочая температура | — 40 | 85 | °C |
| Ts | Температура хранения | -40 | 125 | °C |
| Vcc | Напряжение питания (относительно вывода GND) | — 0,5 | 6,5 | В |
| Vid | Напряжение на цифровых выводах (относительно вывода GND) | — 0,5 | Vcc + 0,5 | В |
Параметры постоянного тока.
| Обозначение | Название | Мин. | Тип. | Макс. | Ед. изм. | |
| Vcc | Напряжение питания | Питание 5 В | 4,5 | 5 | 5,5 | В |
| Питание 3,3 В | 3,3 | 3,3 | 3,8 | В | ||
| Icc | Потребляемый ток | 12 | 30 | мА | ||
| Islp | Потребляемый ток в режиме сна | Питание 5 В | 150 | 200 | мкА | |
| Питание 3,3 В | 50 | 80 | мкА | |||
| Vil | Входное напряжение низкого уровня | — 0,5 | 0,7 | В | ||
| Vih | Входное напряжение высокого уровня | 2,0 | Vcc + 0,5 | В | ||
| Vol | Выходное напряжение низкого уровня | 0,5 | В | |||
| Voh | Выходное напряжение высокого уровня | Vcc – 0,5 | В | |||
| Iup | Ток внутренней подтяжки к питанию | 3 | 150 | 300 | мкА | |
| Idn | Ток внутренней подтяжки к земле | — 50 | — 150 | — 300 | мкА | |
| Vr | Напряжение сброса по питанию | 2,3 | 2,6 | 2,9 | В | |
Динамические характеристики.
| Обозначение | Название | Мин. | Тип. | Макс. | Ед. изм. |
| Fclk | Тактовая частота | 11,98 | 12 | 12,02 | мГц |
| Tpr | Время сброса по включению питания | 20 | 50 | мс |
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.
- Обычно это обеспечивается подключением кварцевого резонатора частотой 12 мГц между выводами XI и XO. Также необходимо подключить нагрузочные конденсаторы между этими выводами и землей. Формирование тактового сигнала при такой схеме включения обеспечивает внутренний генератор.
- Можно использовать внешнюю тактовую частоту. В этом случае тактовый сигнал необходимо подать на вывод XI, а вывод XO оставить неподключенным.
Микросхема поддерживает два напряжения питания: 5 В и 3, 3 В.
- При питании 5 В необходимо подключить блокировочный конденсатор емкостью 4,7-20 нФ между землей и выводом V3.
- В режиме питания 3,3 В вывод V3 должен быть соединен с выводом Vcc.
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:
- 1 стартовый бит и 5-8 битов данных;
- 1 или 2 стоповых битов;
- бит паритета с проверкой на четность или нечетность.
Скорость обмена может быть выбрана из следующих значений:
| Скорость обмена, бод | |||
| 50 | 900 | 19 200 | 128 000 |
| 75 | 1 200 | 28 800 | 153 600 |
| 100 | 1 800 | 33 600 | 230 400 |
| 110 | 2 400 | 38 400 | 460 800 |
| 134,5 | 3 600 | 56 000 | 921 600 |
| 150 | 4 800 | 57 600 | 1 500 000 |
| 300 | 9 600 | 76 800 | 2 000 000 |
| 600 | 14 400 | 115 200 | |
- Ошибка временных параметров передачи данных не превышает 0,3 %;
- При приеме допустимо отклонение временных характеристик до 2 %.
Микросхема полностью эмулирует работу стандартного COM порта. Все приложения для реальных COM портов работают с конвертером интерфейсов CH340G без изменения кода.
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.
CH340G может быть использована для реализации USB инфракрасного адаптера (интерфейс IrDA). Типовая схема USB — IrDA адаптера выглядит так.