1. Ce este TTL și ce legătură are USB-ul cu el?

Cumva, un produs foarte ieftin mi-a atras atenția asupra lui Ali Convertor USB-UART. La început nu eram foarte sigur ce era de fapt chestia asta. Numele produsului în limba engleză arăta astfel: „Convertor USB la TTL Modul UART CH340G CH340 3.3V 5V comutator”. Mențiunea UART și a cipului CH340G părea să risipească îndoielile, dar nu mi-a plăcut expresia „USB to TTL”, care era vizibilă și în fotografia modulului, pe partea de jos. Faptul este că această frază nu are sens, ceea ce înseamnă că deschide o marjă largă de interpretare liberă.

În teorie, a tradus în rusă sintagma „ USB la TTL„ ar trebui să însemne „conversia USB în TTL”. Nimeni nu trebuie să explice ce este USB acum, dar nu mulți au auzit despre TTL. Așa că să trecem la istorie și să vedem ce este TTL.

Este interesant că atât Google, cât și Yandex, când au fost întrebați „Ce este TTL”, au returnat link-uri despre TTL dintr-o zonă complet diferită. Deci, ce este asta în legătură cu electronica? Abrevierea TTL în rusă nu diferă de versiunea în engleză și reprezintă logica tranzistor-tranzistor (TTL). Inițial, acest concept a implicat particularitățile structurii interne a unora cipuri digitale, un set de soluții tehnice, inclusiv de circuite și cele tehnologice. Printre altele, standardul TTL a specificat și o metodă codificarea semnalului logic. De exemplu, un zero logic a fost codificat cu o tensiune apropiată de firul de alimentare comun. În plus, firul comun a fost conectat la negativul sursei de alimentare și a fost luat ca potențial zero - „împământare”. Și unitatea logică a fost codificată cu o tensiune apropiată de tensiunea de alimentare de +5V. Tensiunea de alimentare de +5V în sine a devenit, de asemenea, o parte integrantă a standardului TTL.

Trebuie remarcat faptul că microcircuitele TTL au devenit la un moment dat foarte răspândite. În Uniunea Sovietică, poate cea mai faimoasă a fost seria K155. Aplicație largă Acestea și microcircuite similare au forțat dezvoltatorii de hardware, în scopuri de compatibilitate, să adere la aceleași metode de codificare a semnalelor logice zero și logic, care au fost prevăzute de standardul TTL.

Dar nimic nu stă pe loc. Cipurile TTL construite pe tranzistoare bipolare, a devenit curând învechit. Au fost mult inferioare microcircuitelor mai moderne atât ca performanță, cât și ca consum de energie. Au început să fie înlocuite cu alte familii de microcircuite bazate pe structuri MIS (metal-dielectric-semiconductor), sau, în termeni simpli, pe tranzistoare cu efect de câmp. Dar standardul de codare a semnalului nu avea să devină învechit, așa că multe microcircuite noi, chiar și care nu au legătură directă cu TTL, au rămas compatibile cu TTL. Cipurile TTL în sine au devenit treptat parte a istoriei (deși sunt încă folosite în design-uri pentru amatori până în prezent), iar numele lor comun - abrevierea TTL - a căpătat un sens ușor diferit. Acum TTL ar trebui interpretat ca „un standard al nivelurilor de tensiune pentru codificarea zerourilor și a unurilor logice, utilizate în cipurile TTL”.

Și ce pot însemna, ținând cont de cele de mai sus, cuvintele „USB to TTL”? Cred că acum este clar de ce această frază nu are sens.

2. Convertor de interfață pe cip CH340G

Am ajuns să comand acest produs. M-a costat 44,30 de ruble inclusiv poștal, adică aproape nimic. Dar nu este cazul când ieftin înseamnă rău. Când a fost conectat, a fost imediat identificat în sistem (Windows 8.1). Nu au fost probleme cu șoferii. Anterior, conectasem deja un alt convertor la CH340 (cel sub forma unui cablu adaptor USB-COM), deci driverul era deja instalat. Trebuie să spun că ultima dată nu a fost nevoie să căutați un driver și să-l instalați manual - totul a funcționat fără probleme modul automat. Acum mai devreme driverul instalat a recunoscut imediat noul dispozitiv.

După cum v-ați aștepta, s-a dovedit a fi un convertor USB-UART, ca cele pe care le-am cumpărat mai devreme. Dintre semnalele utile, doar TXD și RXD sunt transmise la conectorul modulului aici. Desigur, asta nu mi s-a potrivit. Știind că microcircuitul CH340G asigură formarea unui set complet* Semnale RS232, Am cumpărat acest modul cu așteptarea îmbunătățirii sale ulterioare. Apropo, deci pret mic- aceasta este în mare parte o consecință a „inferiorității” a acestui modul. Cu doar semnale TXD și RXD, capacitățile sale sunt sever limitate. Dar, cu un set complet de semnale RS232, capacitățile modulului și domeniul de aplicare al acestuia devin cu adevărat inepuizabile (nu este deloc necesar să folosiți intrările și ieșirile RS232 strict în scopul propus). Un astfel de port poate fi considerat chiar ca low-bit port paralel cu setare arbitrară a semnalelor pe trei ieșiri și interogare arbitrară a stării a patru intrări. Pe acest site poate ați văzut deja opțiuni diferite folosind un modul similar. Dar un convertor cu un set complet de semnale costă de obicei cu un ordin de mărime mai mult. De ce să plătească în plus? Pentru cei care se simt confortabil cu un fier de lipit, solutie optima- cumpărați un „produs semifabricat” și aduceți-l într-o stare deplină.

* Prin set „complet” de semnale RS232 ne referim la semnale Port COM, deși standardul RS232 oferă multe alte semnale care nu sunt utilizate în COM.

Voi adăuga că modulul are trei LED-uri (toate roșii), dintre care unul semnalizează alimentarea tensiunii de alimentare de la USB, iar celelalte două afișează starea semnalelor TXD și RXD (aprinzându-se la zero logic, adică la tensiune joasă în raport cu GND).

3. Actualizarea modulului UART la un RS232TTL complet

În general, toată modificarea a constat doar în lipirea picioarelor corespunzătoare ale microcircuitului. Pentru a face acest lucru, a fost mai întâi necesar să tăiați o fereastră în carcasa termocontractabilă. Potrivire pin Chip-uri CH340GŞi Semnale RS232 vezi tabelul Tab.1.

După cum se poate vedea din tabel, toate semnalele, cu excepția TXD și RXD, sunt pe o parte a cipului, dar TXD și RXD sunt deja conectate la conector, așa că a fost necesar să lipiți fire suplimentare doar pe o parte.

4. Testarea convertorului pe cipul CH340G

Pentru a mă asigura că modulul funcționează corect și că oferă într-adevăr toate semnalele inerente portului COM, l-am testat temeinic. Toate testele au trecut, după cum se spune, fără probleme, de unde concluzionez că acest convertor de interfață poate fi recomandat pentru utilizare în orice dispozitive și modele care necesită conectarea la un computer prin intermediul RS232TTL. Inclusiv pentru utilizare ca programator de microcontroler, așa cum este descris în articol.

Testarea a fost efectuată folosind mai multe scripturi pentru programul Perpetuum M. De asemenea, puteți testa convertorul. Descărcați (sunt ambalate într-o arhivă) și separat. Nu uitați să verificați și să modificați numărul portului în scripturi, dacă este necesar, altfel nu vor funcționa. Puteți afla numărul portului în cazul dvs. prin dispecer Dispozitive Windows. La începutul fiecărui scenariu (și pot fi deschise editor de text, de exemplu, cu notepad) veți vedea linia „PortName="COM3";". În loc de numărul 3, puneți numărul de care aveți nevoie. De exemplu, dacă, la conectarea unui modul, dispozitivul COM4 apare în managerul de dispozitive, atunci în fiecare scenariu trebuie să specificați „COM4” în loc de „COM3”.

Acum vă voi spune mai multe despre procesul de testare. Mai întâi am instalat un jumper între pinii conectorului TXDŞi RXD astfel încât datele emițătorului să ajungă imediat la receptor. Astfel, am „buclat” portul astfel încât să poată transmite date către el însuși. Acest lucru vă permite să testați atât transmițătorul, cât și receptorul în același timp, fără a vă conecta la un alt port. Apoi am rulat scriptul „Testează un port COM prin descărcarea unui fișier prin el” și am selectat un fișier aleatoriu de 653 KB în dimensiune. Fișierul a fost copiat cu succes. Fișierul copiat s-a dovedit a fi absolut identic cu originalul, ceea ce indică faptul că receptorul și transmițătorul modulului UART funcționează corect.

Apoi, am rulat secvențial scripturile „Test de ieșire portului COM TXD”, „Test de ieșire a portului COM DTR” și „Test de ieșire a portului COM RTS”, având în prealabil conectat un voltmetru la ieșirea corespunzătoare pentru fiecare caz. Introducând zerouri și unu în caseta de dialog a programului, am verificat că au fost afișate cu succes pe ieșirile portului. S-a dovedit că ieșirea TXD afișează niveluri logice fără inversare, adică atunci când iese zero, tensiune joasă, atunci când scoateți unul, este ridicat, iar ieșirile DTR și RTS funcționează cu inversare. Acest lucru trebuie luat în considerare atunci când utilizați acest modul în dezvoltare.

Apoi am rulat scriptul „COM Port Input Test”, care afișează în timp real starea a patru intrări de porturi simultan: CTS, DSR, RI, DCD. Folosind un rezistor de 5,6K, am început să conectez fiecare dintre intrări una câte una fie la firul comun (GND), fie la linia de alimentare +5V. S-a dovedit următoarele. Toate intrările sunt operaționale atunci când sunt interogate de software, toate produc o stare inversă. Toate au un „pull-up” la tensiunea de alimentare, adică intrarea „atârnată” are un nivel logic și, în consecință, din cauza inversării, este citită în software ca „0”. Când intrarea este conectată printr-un rezistor de 5,6K la pinul conectorului GND, fiecare intrare intră cu ușurință într-o stare logică zero (citește în software ca „1”), ceea ce înseamnă că rezistența „pull-up” încorporat este cel puțin un ordin de mărime mai mare de 5,6K. Rețineți că în modulele bazate pe cipul PL2303, este mult mai dificil să „rupeți” „pull-up”-ul încorporat din cauza rezistenței sale scăzute.

Să rezumam: pe lângă posibilitatea de transmitere a datelor în serie prin UART, avem trei ieșiri controlate independent ( TXD, DTR, RTS), dintre care unul este direct (TXD) și două sunt inverse, precum și patru intrări inverse interpelate programatic cu un „pull-up” la tensiunea de alimentare ( CTS, DSR, RI, DCD). Dacă intenționați să utilizați UART, atunci vor exista doar două ieșiri independente, deoarece ieșirea TXD este un semnal de la transmițătorul UART. Acest lucru nu afectează intrările - vor fi încă patru.

Este necesar să menționăm încă o posibilitate, care se presupune că vă permite să schimbați nivelul unității logice la ieșiri prin deplasarea jumperului, în funcție de ce tensiune sunt alimentate microcircuitele conectate la acest modul: 5V sau 3.3V. Adică se rezolvă problema nivelurilor de coordonare. Despre acest „truc” scriu cu oarecare dispreț, pentru că este implementat cumva ciudat și nu inspiră încredere. Cu toate acestea, nu este nevoie în mod special de el, deoarece de acord asupra nivelurilorîntre 5V și 3,3V este ușor în alte moduri. Și iată chestia. Modulul are trei pini: 5V, VCC și 3.3V. Cu un jumper (chiar este inclus în kit) poți închide 5V și VCC, sau VCC și 3.3V. Sau nu îl puteți instala deloc, deoarece în absența completă a unui jumper totul funcționează la fel ca și cum ar fi instalat între VCC și 3,3V. Tensiunea de pe pinul de 5V corespunde tensiunii firului de +5V Port USB. Pinul VCC are o tensiune de aproximativ 3,8 V când nu există un jumper, iar pinul de 3,3 V are o tensiune de aproximativ 3,2 V. Dacă jumperul este instalat între 5V și VCC, atunci, în principiu, nu apar întrebări - nivelurile TTL funcționează, adică o unitate logică atinge cinci volți. Dar dacă instalați un jumper între VCC și 3.3V, atunci apar întrebări, deoarece tensiunea pe pinul de 3.3V crește la 3.8V (cum era la VCC înainte de instalarea jumperului), iar la ieșirile portului unitatea logică ajunge la 3.6 ...3.8V, ceea ce este un pic prea mult pentru 3.3V. Fără a instala un jumper la ieșiri, nivelul unității ajunge și la 3,6...3,8V. Poate că nimic nu se va arde, dar concentrarea pe valorile maxime admise nu este cel mai bun factor de fiabilitate.

5. Avantajele și dezavantajele convertorului CH340G

Dintre deficiențe, am remarcat doar două fleacuri minore care pot fi ignorate cu o abordare competentă. Unul dintre ele nu este coordonarea complet reușită cu standardul de 3,3V. Dar dacă nu utilizați puterea de 3,3 V sau o faceți, dar sarcina de potrivire a nivelului nu este o problemă pentru dvs., atunci totul este în ordine. Al doilea dezavantaj este că toate LED-urile acestui modul sunt de aceeași culoare - roșu, ceea ce vă obligă să vă amintiți locația lor dacă doriți să navigați pe lângă ele. Dar, în practică, nevoia de LED-uri nu este atât de mare și, dacă mai aveți nevoie de ele, le puteți înlocui cu ale dvs.

Cu siguranță există mai multe avantaje. În primul rând, sunt mulțumit că nu sunt probleme cu șoferii. După cum am spus mai sus, pentru microcircuite Drivere CH340 pentru Windows sunt instalate automat, inclusiv ultimele versiuni OS. Dar cu convertoare pe cipul PL2303, totul este mult mai complicat. Pentru microcircuite vechi nu există drivere pentru altele noi versiuni Windows. Și în trecut, a fost lansată o mare de microcircuite vechi. Dacă nu mă înșel, acesta a fost motivul pentru care dezvoltatorii nu au suportat microcircuite mai vechi. Se pare că a existat un fel de problemă cu drepturile de autor - erau multe microcircuite contrafăcute pe piață. Și apoi dezvoltatorii, fără a schimba fundamental nimic în noul cip, au schimbat doar modul în care acesta răspunde la cererea șoferului. Aproximativ, la întrebarea „Cine ești?”, noul microcircuit a început să răspundă: „Sunt Vasya-plus”. Și dacă șoferul primește răspunsul „Eu sunt Vasya”, atunci el spune acestui microcircuit: „Treci prin pădure, Vasya fără plus”. Adică pur tehnic șofer nou Ar putea foarte bine să funcționeze cu vechiul microcircuit. Din câte știu, există chiar și modalități de a ocoli acest flagel - fie noul șofer este cumva forțat să lucreze cu vechiul microcircuit, fie șofer vechi„înșurubat” la noul sistem de operare.

Un alt avantaj al acestui modul este că distanța dintre pini de la chipul CH340G este mult mai mare, astfel încât lipirea este mult mai ușoară. Acest microcircuit are doar 16 pini, dintre care practic sunt doar cei mai necesari, spre deosebire de PL2303, care, aparent, are pini pentru toate ocaziile.

În opinia mea, „pull-up” de înaltă rezistență a intrărilor poate fi considerat un plus, care reduce curentul logic zero și, prin urmare, solicită mai puține surse de semnal. Dacă cerințele de protecție împotriva interferențelor sunt foarte mari, atunci puteți organiza cu ușurință un „pull-up” suplimentar cu un rezistor extern. Când utilizați acest modul într-un rol (vezi figura din dreapta), puteți instala toate rezistențele cu aceeași rezistență (1K...4.3K). Adică, nu este necesar să se reducă foarte mult rezistența la intrarea CTS.

De asemenea, voi adăuga că în trecut am cheltuit testare comparativă două convertoare pe cipuri PL2303Şi CH340. CH340 a câștigat cu siguranță - în modurile extreme a fost mult mai dificil să se confrunte cu defecțiuni cu acesta. Deși a fost un convertor de alt design (cord adaptor), mi se pare că vă puteți aștepta ca și alte modele de convertoare din familia CH340 să nu fie mai puțin fiabile.

Dacă aveți întrebări sau comentarii despre acest articol, scrieți sau trimiteți un e-mail la mail.ru (căsuța poștală jkit).

Din corespondența cu un vizitator al site-ului

05.12.2017 Invitat:
Bună, Evgeniy.
.htm
Am același convertor (unu la unu).
Cert este că trebuie să reflashez echipamentul FlySky i6 pentru 10 canale. Inițial, jumperul este în poziția „VCC-3V3”. Am înțeles bine că trebuie lăsat așa cum este? Îmi pare rău, dar nu sunt la curent, de aceea pun această întrebare. Nu vreau să ard nimic.

14.05.2017
Salut, Vladimir!
Răspunsul la întrebarea ta depinde de caracteristici tehnice echipamentul la care conectați modulul de pe CH340G. Nu am întâlnit acest echipament, așa că nu pot spune nimic sigur. Linkul pe care l-ați furnizat dă o eroare 404, dar chiar dacă linkul ar funcționa, este puțin probabil să fi găsit timp să înțeleg acel echipament în detaliu. Încercați mai întâi VCC-3V3. Nu cred că se poate mai rău. Pentru orice eventualitate, puneți rezistențe de 1 kOhm în fiecare fir de semnal (acest lucru se datorează faptului că de fapt nu este de 3,3 V, ci mai mult).

14.05.2017 Invitat:
Bună, Evgeniy.
Multumesc pentru sfat! Într-adevăr, este mai bine să începi cu mici.
Și 1 kOhm se bazează pe cât de mult curent a fost? (Nu știu ce curenți curg prin firul de semnal și nu l-am putut găsi nicăieri)

17.05.2017
Salut, Vladimir!
Întrebarea este formulată greșit. De ce trebuie să știi curentul? Am luat 1 kOhm „cu ochi”, pe baza faptului că, dacă undeva, chiar și cumva, 5 V sunt aplicați accidental la rezistor (și, teoretic, nu ar trebui să fie mai mulți în apropiere), atunci curentul va fi de 5 mA , care nu ar trebui să ducă la consecințe negative.

17.05.2017 Invitat:
Bună, Evgeniy.
Vorbeam de curent, pentru că... dacă este aproape de zero, atunci nu va exista nicio cădere de tensiune pe rezistor și ieșirea va fi aceeași 3,6 V în loc de 3,3 V. Dar înțeleg sensul reasigurării dvs., mulțumesc pentru notă.

19.05.2017
Salut, Vladimir!
Există elemente complet neliniare. Și ideea nu este că un plus de 0,3 V poate sparge ceva cu tensiune, ci tocmai că chiar și o mică creștere a tensiunii poate provoca brusc o creștere neliniară rapidă a curentului. De exemplu, se pot deschide diode de protecție la intrări etc. Rezistorul adaugă liniaritate circuitului și previne astfel de evoluții. Și curenții normali sunt de obicei mici (deși nu întotdeauna), așa că un rezistor nu ar trebui să interfereze. Excepția este tragerea cu rezistență scăzută la intrare. Apoi, rezistența nu vă va permite să-l „depășiți” și nimic nu va funcționa. Acest lucru este detectat de un osciloscop sau chiar de un voltmetru (în modul static).

19.05.2017 Invitat:
Bună, Evgeniy.
Vă mulțumesc foarte mult pentru explicația detaliată. Acum cel puțin înțeleg mecanismul unei astfel de protecție. Altfel, m-am gândit că chinezii ar fi putut crește în mod deliberat tensiunea ținând cont de căderea la pornirea sarcinii. Acum este clar că acesta este doar o eroare.

20.05.2017
Salut, Vladimir!
Pentru a preveni „scăderea” tensiunii atunci când conectați o sarcină, creșteți capacitatea de sarcină a ieșirii. Tensiunea „extra” nu este adăugată în acest scop. Desigur, 3,6 V în loc de 3,3 V nu este atât de mult și este puțin probabil ca ceva să se rupă din cauza asta. Dar furnizarea de 3,8 V la intrarea unui microcircuit alimentat de o sursă de 3,3 V este periculoasă, deoarece un plus de 0,5 V este deja destul de capabil să deschidă dioda de protecție la intrare și, dacă capacitatea de încărcare a ieșirii este mare, poate deteriorați intrarea conectată la acesta. O rezistență „de siguranță” împiedică acest lucru.