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

конвертер интерфейсов CH340G

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.

 

Этому способствует:

  • Низкая цена  микросхемы. По моей партнерской программе на момент написания статьи (январь 2017г.) микросхему CH340G можно купить всего за 40 руб., а модуль CH340 продается по цене 90 руб.
  • Удобный корпус SO-16. Маленький корпус с небольшим числом выводов и минимум внешних компонентов значительно облегчают применение микросхемы. Если раньше я отдавал предпочтение модулям USB-UART, то сейчас задумываюсь об установке микросхемы CH340 непосредственно на плате устройства.
  • 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 для него 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. О нем я расскажу в следующей публикации.

 

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.

Микросхема CH340G:

  • 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.

распиновка CH340G

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.

Схема включения CH340G

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. 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.

Схема преобразователя USB в RS232 на CH340G

CH340G может быть использована для реализации USB инфракрасного адаптера (интерфейс IrDA). Типовая схема USB - IrDA адаптера выглядит так.

Схема инфракрасного адаптера USB IrDA на CH340G

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.

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

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *