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.
Этому способствует:
- 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.
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.
| 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.
