1. Що таке TTL і до чого тут USB?

Якось на "Алі" привернув мою увагу дуже недорогий конвертер USB-UART. Спочатку я був не зовсім упевнений, що це за штука насправді. Назва товару англійською виглядала так: "USB to TTL converter UART module CH340G CH340 3.3V 5V switch". Згадка UART та мікросхеми CH340G, начебто, розсіювало сумніви, але не подобалася фраза "USB to TTL", яка була видно також і на фотографії модуля, на його нижній стороні. Справа в тому, що ця фраза не має сенсу, а значить відкриває широкий простір для вільного тлумачення.

За ідеєю у перекладі російською мовою фраза " USB to TTLПовинна означати "перетворення USB в TTL". Пояснювати, що таке USB, зараз нікому не треба, а ось про TTL чули не багато. Тому давайте звернемося до історії, і подивимося, що таке TTL.

Цікаво, що і Google та Яндекс на запит "Що таке TTL" видали посилання про TTL із зовсім іншої області. Так що ж це таке, стосовно електроніки? Абревіатура TTL російською мовою не відрізняється від англомовного варіанта і розшифровується як транзисторно-транзисторна логіка (ТТЛ). Спочатку це поняття мало на увазі особливості внутрішньої будови деяких цифрових мікросхем, сукупність технічних рішень, включаючи схемотехнічні та технологічні. Крім усього іншого, стандарт ТТЛ ставив і спосіб кодування логічних сигналів. Так, наприклад, логічний нуль кодувався напругою, близьким до загального проводу живлення. Причому загальний провід підключався до мінусу джерела живлення та приймався за нульовий потенціал – "земля". А логічна одиниця кодувалася напругою, близькою до напруги харчування +5В. Сама напруга живлення +5В також стала невід'ємною частиною стандарту ТТЛ.

Слід зазначити, що мікросхеми ТТЛ свого часу набули дуже широкого поширення. У Радянському Союзі, мабуть, найвідомішою була серія К155. Широке застосуванняцих та їм подібних мікросхем змусило розробників апаратури з метою сумісності дотримуватися тих самих способів кодування сигналів логічного нуля та логічної одиниці, які передбачалися стандартом ТТЛ.

Але нічого не варте на місці. Мікросхеми ТТЛ, побудовані на біполярних транзисторів, незабаром стали старіти. Вони сильно програвали більш сучасним мікросхем як по швидкодії, так і споживанню енергії. Їм на заміну стали приходити інші сімейства мікросхем, засновані на МДП-структурах (метал-діелектрик-напівпровідник), а по-простому – на польових транзисторах. Але стандарт кодування сигналів старіти не збирався, тому багато нових мікросхем, навіть не маючи прямого відношення до ТТЛ, зберігали сумісність з ТТЛ. Самі ж мікросхеми ТТЛ поступово стали частиною історії (хоча в аматорських конструкціях застосовуються до цього дня), а їхня загальна назва - абревіатура ТТЛ - набула дещо іншого сенсу. Тепер ТТЛслід тлумачити як "стандарт рівнів напруги для кодування логічних нуля та одиниці, що застосовувався в мікросхемах ТТЛ".

І що, з урахуванням вищесказаного, можуть означати слова "USB to TTL"? Думаю, тепер зрозуміло, чому ця фраза не має сенсу.

2. Конвертер інтерфейсу на мікросхемі CH340G

Цей виріб я замовив. Обійшлося воно мені з пересиланням в 44,30 руб., Тобто майже задарма. Але це не той випадок, коли дешево – значить погано. При підключенні він одразу визначився у системі (Windows 8.1). Жодних проблем із драйверами не виникло. Раніше я вже підключав інший конвертер на CH340 (той як шнура-перехідника USB-COM), тому драйвер вже стояв. Треба сказати, що і минулого разу не було потреби шукати драйвер і ставити його вручну - все вийшло в автоматичному режимі. Тепер же раніше встановлений драйверодразу визнав новий пристрій.

Як і слід було очікувати, це виявився конвертер USB-UART, на зразок тих, що я купував раніше. З корисних сигналів на роз'єм модуля тут також виведені лише TXD та RXD. Мене, звісно, ​​це не влаштовувало. Знаючи, що мікросхема CH340Gзабезпечує формування повного набору сигналів RS232я купував цей модуль з розрахунком на його подальше вдосконалення. До речі, так низька ціна- це багато в чому наслідок "неповноцінності" даного модуля. З одними лише сигналами TXD і RXD його можливості дуже обмежені. А ось з повним набором сигналів RS232 можливості модуля і область його застосування стають воістину невичерпними (не обов'язково використовувати входи-виходи RS232 строго за їх призначенням). Такий порт можна навіть розглядати як малорозрядний паралельний портз довільною установкою сигналів на трьох виходах та довільним опитуванням стану чотирьох входів. На цьому сайті ви вже могли бачити різні варіантивикористання аналогічного модуля. Але конвертер з повним набором сигналів зазвичай коштує на порядок дорожче. А навіщо переплачувати? Для тих, хто товаришує з паяльником, оптимальне вирішення- купити "напівфабрикат" та довести його до повноцінного стану.

* Під "повним" набором сигналів RS232 тут матимемо на увазі сигнали COM-портухоча стандарт RS232 передбачає і багато інших сигналів, що не використовуються в COM.

Додам, що модуль має три світлодіоди (всі червоні), один з яких сигналізує про подачу напруги живлення від USB, а два інших відображають стан сигналів TXD і RXD (загоряючись при логічному нулі, тобто при низькій напрузі щодо GND).

3. Дороблення модуля UART до повноцінного RS232TTL

Загалом, вся доопрацювання полягала лише в тому, щоб підпаятися до відповідних ніжок мікросхеми. Для цього попередньо потрібно було прорізати вікно в термозбіжній оболонці. Відповідність висновків мікросхеми CH340Gі сигналів RS232дивіться таблиці Таб.1.

Як видно з таблиці, всі сигнали, крім TXD і RXD знаходяться на одній стороні мікросхеми, але TXD і RXD вже виведені на роз'єм, тому паяти додаткові дроти потрібно лише з одного боку.

4. Тестування конвертера на мікросхемі CH340G

Щоб переконатися у справності модуля, і в тому, що він дійсно забезпечує роботу всіх сигналів, властивих COM-порту, я провів його ретельне тестування. Всі тести пройшли, як кажуть, без сучка без задирки, з чого я роблю висновок, що даний конвертер інтерфейсу можна рекомендувати для використання в будь-яких пристроях та конструкціях, що вимагають підключення до комп'ютера RS232TTL. У тому числі для використання в ролі програматора мікроконтролерів, як описано у статті.

Тестування проводилося за допомогою кількох сценаріїв програми Перпетуум М. Ви також можете протестувати свій конвертер. Завантажте (вони упаковані в один архів) та окремо. Не забудьте перевірити і за необхідності змінити номер порту в сценаріях, інакше вони не працюватимуть. Дізнатись номер порту у вашому випадку можна через диспетчер пристроїв Windows. На початку кожного сценарію (а їх можна відкривати текстовим редактором, наприклад, блокнотом) ви побачите рядок "Ім'яПорта="COM3";". Замість цифри 3 поставте цифру, яку потрібно. Наприклад, якщо при підключенні модуля в диспетчері пристроїв з'являється пристрій COM4, ​​то і в кожному сценарії потрібно вказати "COM4" замість "COM3".

Тепер докладніше розповім про перебіг тестування. Спочатку я встановив перемичку між штирьками роз'єму TXDі RXDщоб дані передавача відразу потрапляли до приймача. Таким чином я "закільцював" порт, щоб він міг передавати дані самому собі. Це дозволяє перевірити одночасно передавач і приймач без підключення до іншого порту. Потім я запустив сценарій "Тест COM-порту шляхом перекачування через нього файлу" і вибрав файл, що випадково підвернувся, розміром 653 Кб. Копіювання файлу пройшло успішно. Скопійований файл виявився абсолютно ідентичним оригіналу, що говорить про справність приймача та передавача модуля UART.

Далі я послідовно запускав сценарії "Тест виходу TXD COM-порту", "Тест виходу DTR COM-порту" та "Тест виходу RTS COM-порту", попередньо для кожного випадку підключивши вольтметр до відповідного виходу. Вводячи нулі та одиниці у діалогове вікно програми, я переконався, що вони успішно відображаються на виходах порту. З'ясувалося, що вихід TXD відображає логічні рівні без інверсії, тобто при виведенні нуля з'являється низька напруга, при виведенні одиниці - висока, а виходи DTR та RTS працюють з інверсією. Це потрібно враховувати під час використання даного модуля у розробках.

Потім я запустив сценарій "Тест входів COM-порту", який у реальному часі відображає стан одразу чотирьох входів порту: CTS, DSR, RI, DCD. Через резистор 5,6К я став один за одним з'єднувати кожен із входів то із загальним проводом (GND), то з лінією живлення +5В. З'ясувалося таке. Усі входи працездатні, вони при програмному опитуванні видають інверсний стан. Усі мають "підтяжку" до напруги живлення, тобто "висячий" вхід має рівень логічної одиниці і відповідно через інверсію програмно читається як "0". При з'єднанні входу через резистор 5,6К зі штирьком роз'єму GND кожен вхід легко перетворюється на стан логічного нуля (програмно читається як " 1 " ), отже опір вбудованої " підтяжки " щонайменше на порядок вище, ніж 5,6К. Зауважимо, що у модулях на мікросхемі PL2303 "перебити" вбудовану "підтяжку" набагато складніше через її низькоомність.

Підіб'ємо підсумки: крім можливості послідовної передачі даних через UART, ми маємо три незалежно керовані виходи ( TXD, DTR, RTS), з яких один прямий (TXD) і два інверсні, а також чотири програмно опитуваних інверсних входу з "підтяжкою" до напруги живлення ( CTS, DSR, RI, DCD). Якщо планується задіяння UART, незалежних виходів залишиться лише два, оскільки вихід TXD - це сигнал передавача UART. Входів це не стосується – їх все одно буде чотири.

Треба сказати ще про одну можливість, яка дозволяє перестановкою перемички змінювати рівень логічної одиниці на виходах залежно від того, якою напругою живляться мікросхеми, підключені до даного модуля: 5В або 3,3В. Тобто вирішується питання узгодження рівнів. Пишу про цю "фішку" з деякою зневагою, тому що вона реалізована якось дивно і довіри не викликає. Втім, особливої ​​потреби в ній і немає, бо узгодити рівніміж 5В та 3.3В нескладно та іншими способами. А річ тут ось у чому. Модуль має три штирі: 5V, VCC і 3,3V. Перемичкою (вона навіть входить у комплект) можна замкнути 5V та VCC, або VCC та 3,3V. А можна і зовсім її не ставити, тому що при повній відсутності перемички все працює так само, як вона встановлена ​​між VCC і 3,3V. Напруга на штирі 5V відповідає напрузі дроту +5В порту USB. На штирі VCC за відсутності перемички є напруга близько 3,8В, але в штирі 3,3V - приблизно 3,2В. Якщо перемичка встановлена ​​між 5V та VCC, то, в принципі, питань не виникає – працюють рівні ТТЛ, тобто логічна одиниця досягає п'яти вольт. Але якщо встановити перемичку між VCC та 3,3V, то питання виникають, тому що при цьому напруга на штирі 3,3V піднімається до 3,8В (як було на VCC до встановлення перемички), а на виходах порту логічна одиниця досягає 3,6 ...3,8В, що забагато для 3,3В. Без встановлення перемички на виходах рівень одиниці також досягає 3,6...3,8В. Може, при цьому нічого і не згорить, але наголос на гранично допустимих значеннях - не найкращий фактор для надійності.

5. Переваги та недоліки конвертера на CH340G

З недоліків я відзначив лише дві дрібні дрібниці, на які можна не звертати уваги при грамотному підході. Один із них - не зовсім вдале узгодження зі стандартом 3,3В. Але якщо ви не використовуєте харчування 3,3В, або використовуєте, але завдання узгодження рівнів не є для вас проблемою, то все гаразд. Другий мінус – всі світлодіоди даного модуля одного кольору – червоні, що змушує запам'ятовувати їхнє розташування, якщо ви хочете по них орієнтуватися. Але в реальній практиці необхідність у світлодіодах не така велика, а якщо вони таки потрібні, то можна їх замінити своїми.

Плюсів однозначно більше. Насамперед, радує відсутність проблем із драйверами. Як я вже сказав вище, для мікросхем CH340 драйвери на Windowsвстановлюються автоматично, включаючи останні версіїОС. А ось із конвертерами на мікросхемі PL2303 все набагато складніше. Для старих мікросхем немає драйверів під нові версії Windows. А старих мікросхем у минулому було випущено море. Якщо не помиляюся, це і спричинило те, що розробники не стали підтримувати старі мікросхеми. Начебто там була якась проблема з авторськими правами - на ринку виявилося багато контрафактних мікросхем. І тоді розробники, нічого принципово не змінюючи у новій мікросхемі, змінили лише те, як вона відгукується на запит драйвера. Грубо кажучи, питанням " Ти хто? " , нова мікросхема стала відповідати: " Я Вася-плюс " . А якщо драйвер отримує відповідь "Я Вася", то він каже цій мікросхемі: "Йди лісом, Вася без плюса". Тобто чисто технічно новий драйверцілком міг би працювати і зі старою мікросхемою. Наскільки я знаю, існують навіть способи обходу цієї напасті - чи якось новий драйвер змушують працювати зі старою мікросхемою, чи то старий драйвер"прикручують" до нової ОС.

Ще одна зручність даного модуля полягає в тому, що крок розташування висновків у мікросхеми CH340G значно більший, тому паяти набагато легше. Ця мікросхема має лише 16 висновків, серед яких в основному тільки все необхідне, на відміну від PL2303, де, судячи з усього, є висновки на всі випадки життя.

На мій погляд, плюсом можна вважати і високоомність "підтяжки" входів, що зменшує струм логічного нуля, а отже, висуває менше вимог до джерела сигналу. Якщо ж вимоги щодо захисту від перешкод дуже високі, то можна легко організувати додаткову "підтяжку" зовнішнім резистором. При використанні даного модуля в ролі (див. рисунок праворуч) можна ставити всі резистори з однаковим опором (1К...4,3К). Тобто, сильно занижувати опір на вході CTS не потрібно.

Додам ще, що у минулому я проводив порівняльне тестуваннядвох конвертерів на мікросхемах PL2303і CH340. Однозначно виграв CH340 – в екстремальних режимах отримати збої у роботі з ним було набагато важче. Хоча це був конвертер іншої конструкції (шнур-перехідник), але, як на мене, можна очікувати, що й інші моделі конвертерів сімейства CH340 не менш надійні.

Якщо у вас є запитання чи зауваження за цією статтею, пишіть в або на пошту mail.ru (скриньку jkit).

З листування з відвідувачем сайту

12.05.2017 Гість:
Здрастуйте, Євгене.
.htm
У мене такий самий конвертер (один на один).
Справа в тому, що мені потрібно перепрошити апаратуру FlySky i6 на 10 каналів. Спочатку перемичка стоїть у положенні "VCC-3V3". Я правильно зрозумів, що її треба так і кинути? Вибачте, але я не в темі, тому ставлю це питання. Не хочеться щось спалити.

14.05.2017
Здрастуйте, Володимире!
Відповідь на ваше запитання залежить від технічних характеристикапаратури, до якої ви підключаєте модуль на CH340G. Я з цією апаратурою не стикався, тож точно нічого не можу сказати. Посилання, яке ви дали видає помилку 404. Але, навіть якщо б посилання працювало, навряд чи знайшов би я час детально розбиратися в тій апаратурі. Спробуйте спочатку VCC-3V3. Думаю, гірше не буде. Про всяк випадок поставте резистори по 1 кому в кожен сигнальний провід (це через те, що практично не 3,3 В, а більше).

14.05.2017 Гість:
Здрастуйте, Євгене.
Спасибі за пораду! Справді, краще почати з малого.
А 1 ком - це з розрахунку на який струм було? (я просто не в курсі які струми протікають сигнальним проводом, і знайти ніде не зміг)

17.05.2017
Здрастуйте, Володимире!
Питання сформульоване некоректно. Навіщо вам знати струм? 1 ком я взяв "на око", виходячи з того, що якщо десь навіть якимось чином до резистори аварійно додасться 5 В (а більше, за ідеєю, поблизу і бути не повинно), то струм складе 5 мА, що не має призвести до негативних наслідків.

17.05.2017 Гість:
Здрастуйте, Євгене.
Говорив про струм, т.к. якщо він наближений до нуля, то падіння напруги на резисторі не буде і на виході будуть ті ж 3,6 В замість 3,3 В. Але сенс вашого перестрахування зрозумів, дякую за зауваження.

19.05.2017
Здрастуйте, Володимире!
Там суцільно нелінійні елементи. І справа не в тому, що зайві 0.3 В можуть щось пробити напругою, а саме в тому, що навіть невеликий приріст напруги може раптово спричинити нелінійно швидке зростання струму. Наприклад, можуть відкритися захисні діоди на входах тощо. Резистор надає лінійності ланцюга і допускає такого розвитку подій. А нормальні струми зазвичай малі (хоча й не завжди), тому резистор не повинен перешкодити. Виняток – низькоомна підтяжка на вході. Тоді резистор не дозволить її "подолати" і нічого не запрацює. Це виявляється осцилографом, чи навіть вольтметром (у статичному режимі).

19.05.2017 Гість:
Здрастуйте, Євгене.
Дякуємо за детальне роз'яснення. Тепер хоч розумію сам механізм такого захисту. Бо я вже думав, що китайці могли спеціально завищити напругу з урахуванням падіння при включенні навантаження. Тепер відомо, що це просто недолік.

20.05.2017
Здрастуйте, Володимире!
Щоб напруга не "просідала" при підключенні навантаження, підвищують здатність навантаження виходу. "Зайву" напругу для цього не додають. Звичайно, 3,6 В замість 3,3 В – це не так багато, і навряд чи щось через це зламається. Але 3,8 подавати на вхід мікросхеми, що живиться від джерела 3,3 небезпечно, так як зайві 0,5 вже цілком здатні відкрити захисний діод на вході, і, якщо навантажувальна здатність виходу велика, він може пошкодити підключений до нього вхід . "Страхувальний" резистор цьому перешкоджає.