1. ¿Qué es TTL y qué tiene que ver el USB con él?

De alguna manera me llamó la atención un producto muy económico en Ali. Convertidor USB-UART. Al principio no estaba muy seguro de qué era realmente esto. El nombre del producto en inglés se veía así: “Módulo UART convertidor USB a TTL CH340G CH340 3.3V 5V interruptor”. La mención de UART y el chip CH340G pareció disipar dudas, pero no me gustó la frase “USB a TTL”, que también era visible en la foto del módulo, en su parte inferior. El hecho es que esta frase no tiene sentido, lo que significa que abre un amplio campo para la libre interpretación.

En teoría, traducida al ruso la frase " USB a TTL" debería significar "convertir USB a TTL". Nadie necesita explicar qué es USB ahora, pero no muchos han oído hablar de TTL. Así que vayamos a la historia y veamos ¿Qué es TTL?.

Es interesante que tanto Google como Yandex, cuando se les preguntó "¿Qué es TTL", devolvieron enlaces sobre TTL de un área completamente diferente? Entonces, ¿qué es esto en relación con la electrónica? La abreviatura TTL en ruso no se diferencia de la versión en inglés y significa lógica transistor-transistor (TTL). Inicialmente, este concepto implicaba las características de la estructura interna de algunos microcircuitos digitales, un conjunto de soluciones técnicas, incluidas las de circuitos y las tecnológicas. Entre otras cosas, el estándar TTL también especifica un método codificación de señal lógica. Por ejemplo, se codificó un cero lógico con un voltaje cercano al cable de alimentación común. Además, el cable común se conectó al negativo de la fuente de alimentación y se tomó como potencial cero: "tierra". Y la unidad lógica estaba codificada con un voltaje cercano al voltaje de suministro de +5 V. La tensión de alimentación de +5 V también se ha convertido en una parte integral del estándar TTL.

Cabe señalar que los microcircuitos TTL alguna vez se generalizaron mucho. En la Unión Soviética, quizás la más famosa fue la serie K155. El uso generalizado de estos y otros microcircuitos similares obligó a los desarrolladores de hardware, por motivos de compatibilidad, a adherirse a los mismos métodos de codificación de señales lógicas cero y lógica uno que proporcionaba el estándar TTL.

Pero nada se detiene. Los chips TTL construidos con transistores bipolares pronto quedaron obsoletos. Eran muy inferiores a los microcircuitos más modernos tanto en rendimiento como en consumo de energía. Comenzaron a ser reemplazados por otras familias de microcircuitos basados ​​​​en estructuras MIS (metal-dieléctrico-semiconductor) o, más simplemente, en transistores de efecto de campo. Pero el estándar de codificación de señales no iba a quedar obsoleto, por lo que muchos microcircuitos nuevos, incluso si no estaban directamente relacionados con TTL, seguían siendo compatibles con TTL. Los propios chips TTL se convirtieron gradualmente en parte de la historia (aunque todavía se utilizan en diseños de aficionados hasta el día de hoy), y su nombre común, la abreviatura TTL, adquirió un significado ligeramente diferente. Ahora TTL debe interpretarse como "un estándar de niveles de voltaje para codificar ceros y unos lógicos, utilizado en chips TTL".

¿Y qué, teniendo en cuenta lo anterior, pueden significar las palabras “USB a TTL”? Creo que ahora está claro por qué esta frase no tiene sentido.

2. Convertidor de interfaz en chip CH340G

Terminé pidiendo este producto. Me costó 44,30 rublos con gastos de envío incluidos, es decir, casi nada. Pero éste no es el caso cuando lo barato significa malo. Cuando se conectó, fue identificado inmediatamente en el sistema (Windows 8.1). No hubo problemas con los conductores. Anteriormente, ya había conectado otro convertidor al CH340 (el que tiene forma de cable adaptador USB-COM), por lo que el controlador ya estaba instalado. Debo decir que la última vez no fue necesario buscar un controlador e instalarlo manualmente, todo salió automáticamente. Ahora el controlador previamente instalado reconoció inmediatamente el nuevo dispositivo.

Como era de esperar, resultó ser un conversor USB-UART, como los que compré antes. De las señales útiles, aquí sólo se envían TXD y RXD al conector del módulo. Por supuesto, esto no me convenía. Sabiendo que el microcircuito CH340G asegura la formación de un conjunto completo* Señales RS232, Compré este módulo con la expectativa de mejorarlo aún más. Por cierto, un precio tan bajo se debe en gran medida a la "inferioridad" de este módulo. Con sólo señales TXD y RXD, sus capacidades son muy limitadas. Pero con un conjunto completo de señales RS232, las capacidades del módulo y el alcance de su aplicación se vuelven verdaderamente inagotables (no es necesario utilizar las entradas y salidas RS232 estrictamente para el propósito previsto). Un puerto de este tipo puede incluso considerarse de bajo bit. Puerto paralelo con configuración arbitraria de señales en tres salidas y sondeo arbitrario del estado de cuatro entradas. En este sitio ya puedes ver diferentes opciones para usar un módulo similar. Pero un convertidor con un conjunto completo de señales suele costar un orden de magnitud más. ¿Por qué pagar de más? Para aquellos que están familiarizados con un soldador, la solución óptima es comprar un "producto semiacabado" y llevarlo a un estado completo.

* Por conjunto “completo” de señales RS232 nos referimos a señales Puerto COM, aunque el estándar RS232 proporciona muchas otras señales que no se utilizan en COM.

Agregaré que el módulo tiene tres LED (todos rojos), uno de los cuales indica el suministro de voltaje desde USB, y los otros dos muestran el estado de las señales TXD y RXD (se iluminan en el cero lógico, es decir, en baja tensión relativa a GND).

3. Actualización del módulo UART a un RS232TTL completo

En general, toda la modificación consistió únicamente en soldar a las patas correspondientes del microcircuito. Para ello, primero fue necesario cortar una ventana en la carcasa termorretráctil. Coincidencia de pines chips CH340G Y Señales RS232 ver tabla Tab.1.

Como puede verse en la tabla, todas las señales excepto TXD y RXD están en un lado del chip, pero TXD y RXD ya están conectadas al conector, por lo que fue necesario soldar cables adicionales solo en un lado.

4. Prueba del convertidor en el chip CH340G

Para asegurarme de que el módulo funciona correctamente y que realmente proporciona todas las señales inherentes al puerto COM, lo probé minuciosamente. Todas las pruebas pasaron, como dicen, sin problemas, de lo que concluyo que este convertidor de interfaz puede recomendarse para su uso en cualquier dispositivo y diseño que requiera conexión a una computadora a través de RS232TTL. Incluso para su uso como programador de microcontroladores, como se describe en el artículo.

Las pruebas se realizaron utilizando varios scripts para el programa Perpetuum M. También puedes probar tu convertidor. Descargar (están empaquetados en un archivo) y por separado. Recuerde verificar y cambiar el número de puerto en los scripts si es necesario; de lo contrario, no funcionarán. Puede averiguar el número de puerto en su caso a través del Administrador de dispositivos de Windows. Al comienzo de cada script (y se pueden abrir con un editor de texto, como el Bloc de notas), verá la línea "PortName="COM3";". En lugar del número 3, pon el número que necesitas. Por ejemplo, si, al conectar un módulo, el dispositivo COM4 aparece en el administrador de dispositivos, entonces en cada escenario deberá especificar "COM4" en lugar de "COM3".

Ahora les contaré más sobre el proceso de prueba. Primero instalé un puente entre los pines del conector. TXD Y RXD para que los datos del transmisor lleguen inmediatamente al receptor. Por lo tanto, hice un "bucle invertido" en el puerto para que pudiera transmitir datos a sí mismo. Esto le permite probar tanto el transmisor como el receptor al mismo tiempo sin conectarse a otro puerto. Luego ejecuté el script "Probar un puerto COM descargando un archivo a través de él" y seleccioné un archivo aleatorio de 653 KB de tamaño. El archivo se copió correctamente. El archivo copiado resultó ser absolutamente idéntico al original, lo que indica que el receptor y el transmisor del módulo UART están funcionando correctamente.

A continuación, ejecuté secuencialmente los scripts “Prueba de salida del puerto COM TXD”, “Prueba de salida del puerto COM DTR” y “Prueba de salida del puerto COM RTS”, habiendo conectado previamente un voltímetro a la salida correspondiente para cada caso. Al ingresar ceros y unos en el cuadro de diálogo del programa, verifiqué que se mostraban correctamente en las salidas del puerto. Resultó que la salida TXD muestra niveles lógicos sin inversión, es decir, cuando se emite cero, aparece un voltaje bajo, cuando se emite uno, aparece un voltaje alto y las salidas DTR y RTS funcionan con inversión. Esto debe tenerse en cuenta al utilizar este módulo en desarrollo.

Luego ejecuté el script "Prueba de entrada del puerto COM", que muestra en tiempo real el estado de cuatro entradas de puerto a la vez: CTS, DSR, RI, DCD. Usando una resistencia de 5.6K, comencé a conectar cada una de las entradas una por una ya sea al cable común (GND) o a la línea de alimentación de +5V. Resultó lo siguiente. Todas las entradas están operativas; cuando son consultadas por el software, todas producen un estado invertido. Todos tienen un "pull-up" a la tensión de alimentación, es decir, la entrada "colgante" tiene un nivel lógico y, en consecuencia, debido a la inversión, se lee en el software como "0". Cuando la entrada se conecta a través de una resistencia de 5,6 K al pin del conector GND, cada entrada entra fácilmente en un estado cero lógico (leído en el software como "1"), lo que significa que la resistencia del "pull-up" incorporado es al menos un orden de magnitud superior a 5,6K. Tenga en cuenta que en los módulos basados ​​​​en el chip PL2303, es mucho más difícil "romper" el "pull-up" incorporado debido a su baja resistencia.

Resumamos: además de la posibilidad de transmisión de datos en serie vía UART, disponemos de tres salidas controladas de forma independiente ( TXD, DTR, RTS), de las cuales una es directa (TXD) y dos son inversas, así como cuatro entradas inversas consultadas mediante programación con un "pull-up" al voltaje de suministro ( CTS, DSR, RI, DCD). Si planea usar UART, entonces solo habrá dos salidas independientes, ya que la salida TXD es una señal del transmisor UART. Esto no afecta a las entradas: seguirán siendo cuatro.

Es necesario mencionar una posibilidad más, que supuestamente permite cambiar el nivel de la unidad lógica en las salidas moviendo el jumper, dependiendo del voltaje con el que se alimenten los microcircuitos conectados a este módulo: 5V o 3,3V. Es decir, se está resolviendo la cuestión de la coordinación de niveles. Escribo sobre este “truco” con cierto desdén, porque se implementa de alguna manera extraña y no inspira confianza. Sin embargo, no es particularmente necesario porque acordar niveles entre 5V y 3,3V es fácil de otras maneras. Y aquí está la cosa. El módulo tiene tres pines: 5V, VCC y 3,3V. Con un jumper (incluso está incluido en el kit) puedes cerrar 5V y VCC, o VCC y 3.3V. O no puedes instalarlo en absoluto, ya que en ausencia total de un jumper todo funciona igual que si estuviera instalado entre VCC y 3.3V. El voltaje en el pin de 5V corresponde al voltaje del cable de +5V del puerto USB. El pin VCC tiene un voltaje de aproximadamente 3,8 V cuando no hay puente, y el pin de 3,3 V tiene un voltaje de aproximadamente 3,2 V. Si el puente está instalado entre 5V y VCC, entonces, en principio, no surgen preguntas: los niveles TTL funcionan, es decir, una unidad lógica alcanza los cinco voltios. Pero si instala un puente entre VCC y 3.3V, entonces surgen preguntas, porque el voltaje en el pin de 3.3V aumenta a 3.8V (como estaba en VCC antes de instalar el puente), y en las salidas del puerto la unidad lógica alcanza 3.6 ...3,8 V, que es demasiado para 3,3 V. Sin instalar un puente en las salidas, el nivel de unidad también alcanza 3,6...3,8V. Quizás nada se queme, pero centrarse en los valores máximos permitidos no es el mejor factor para la confiabilidad.

5. Ventajas y desventajas del convertidor CH340G

De las deficiencias, noté solo dos pequeñas cosas que pueden ignorarse con un enfoque competente. Uno de ellos es la coordinación no del todo exitosa con el estándar 3,3V. Pero si no utiliza alimentación de 3,3 V, o lo hace, pero la tarea de igualar el nivel no es un problema para usted, entonces todo está en orden. La segunda desventaja es que todos los LED de este módulo son del mismo color: rojo, lo que te obliga a recordar su ubicación si quieres navegar por ellos. Pero en la práctica real, la necesidad de LED no es tan grande y, si aún los necesita, puede reemplazarlos por los suyos.

Definitivamente hay más ventajas. En primer lugar, me alegra que no haya problemas con los conductores. Como dije anteriormente, para microcircuitos. Controladores CH340 para Windows se instalan automáticamente, incluidas las últimas versiones del sistema operativo. Pero con los convertidores en el chip PL2303 todo es mucho más complicado. No existen controladores para microcircuitos antiguos para las nuevas versiones de Windows. Y en el pasado se liberó un mar de microcircuitos antiguos. Si no me equivoco, esta fue la razón por la cual los desarrolladores no soportaron microcircuitos más antiguos. Parece que hubo algún tipo de problema con los derechos de autor: había muchos microcircuitos falsificados en el mercado. Y luego los desarrolladores, sin cambiar nada fundamentalmente en el nuevo chip, solo cambiaron la forma en que responde a la solicitud del conductor. En términos generales, a la pregunta "¿Quién eres?", el nuevo microcircuito comenzó a responder: "Soy Vasya-plus". Y si el conductor recibe la respuesta "Soy Vasya", entonces le dice a este microcircuito: "Atraviesa el bosque, Vasya sin plus". Es decir, desde un punto de vista puramente técnico, el nuevo controlador podría funcionar fácilmente con el microcircuito antiguo. Hasta donde yo sé, incluso hay formas de evitar este flagelo: o el nuevo controlador se ve obligado de alguna manera a funcionar con el microcircuito antiguo, o el controlador antiguo está "atornillado" al nuevo sistema operativo.

Otra ventaja de este módulo es que el espacio entre pines del chip CH340G es mucho mayor, por lo que soldar es mucho más fácil. Este microcircuito tiene solo 16 pines, entre los cuales básicamente solo se encuentran los más necesarios, a diferencia del PL2303, que, aparentemente, tiene pines para todas las ocasiones.

En mi opinión, una ventaja también puede considerarse la "pull-up" de alta resistencia de las entradas, que reduce la corriente cero lógica y, por lo tanto, impone menos exigencias a la fuente de señal. Si los requisitos de protección contra interferencias son muy altos, entonces puede organizar fácilmente un "pull-up" adicional con una resistencia externa. Cuando utilice este módulo en una función (consulte la figura de la derecha), puede instalar todas las resistencias con la misma resistencia (1K...4,3K). Es decir, no es necesario reducir mucho la resistencia en la entrada del CTS.

También agregaré que en el pasado realicé pruebas comparativas de dos convertidores en microcircuitos. PL2303 Y CH340. El CH340 definitivamente ganó: en modos extremos era mucho más difícil experimentar fallas. Aunque era un convertidor de otro diseño (cable adaptador), me parece que se puede esperar que otros modelos de convertidores de la familia CH340 no sean menos fiables.

Si tiene preguntas o comentarios sobre este artículo, escriba o envíe un correo electrónico a mail.ru (buzón jkit).

De la correspondencia con un visitante del sitio.

12/05/2017 Invitado:
Hola Evgeniy.
.htm
Tengo el mismo convertidor (uno a uno).
El caso es que necesito actualizar el equipo FlySky i6 a 10 canales. Inicialmente, el puente está en la posición "VCC-3V3". ¿Entendí bien que hay que dejarlo como está? Lo siento, pero no lo sé, por eso hago esta pregunta. No quiero quemar nada.

14.05.2017
¡Hola Vladimir!
La respuesta a tu pregunta depende de las características técnicas del equipo al que conectas el módulo CH340G. No he encontrado este equipo, así que no puedo decir nada con seguridad. El enlace que proporcionaste muestra un error 404, pero incluso si el enlace funcionara, es poco probable que hubiera encontrado el tiempo para comprender ese equipo en detalle. Pruebe VCC-3V3 primero. No creo que pueda empeorar. Por si acaso, coloque resistencias de 1 kOhm en cada cable de señal (esto se debe al hecho de que en realidad no son 3,3 V, sino más).

14/05/2017 Invitado:
Hola Evgeniy.
¡Gracias por el consejo! De hecho, es mejor empezar poco a poco.
¿Y 1 kOhm se basa en la corriente que tenía? (Simplemente no sé qué corrientes fluyen a través del cable de señal y no pude encontrarlas por ningún lado)

17.05.2017
¡Hola Vladimir!
La pregunta está formulada incorrectamente. ¿Por qué necesitas saber la corriente? Tomé 1 kOhm "a simple vista", basándose en el hecho de que si en algún lugar, aunque sea de alguna manera, se aplican accidentalmente 5 V a la resistencia (y, en teoría, no debería haber más cerca), entonces la corriente será de 5 mA. , lo que no debería tener consecuencias negativas.

17/05/2017 Invitado:
Hola Evgeniy.
Estaba hablando de actualidad, porque... si está cerca de cero, entonces no habrá caída de voltaje en la resistencia y la salida será la misma de 3,6 V en lugar de 3,3 V. Pero entiendo el significado de su reaseguro, gracias por la nota.

19.05.2017
¡Hola Vladimir!
Hay elementos completamente no lineales. Y la cuestión no es que 0,3 V adicionales puedan provocar que algo se rompa con el voltaje, sino precisamente que incluso un pequeño aumento de voltaje puede causar repentinamente un aumento rápido y no lineal de la corriente. Por ejemplo, pueden abrirse diodos protectores en las entradas, etc. La resistencia añade linealidad al circuito y evita tales desarrollos. Y las corrientes normales suelen ser pequeñas (aunque no siempre), por lo que una resistencia no debería interferir. La excepción es el pull-up de baja resistencia en la entrada. Entonces la resistencia no te permitirá "superarla" y nada funcionará. Esto se puede detectar con un osciloscopio o incluso con un voltímetro (en modo estático).

19/05/2017 Invitado:
Hola Evgeniy.
Muchas gracias por la explicación detallada. Ahora al menos entiendo el mecanismo de dicha protección. De lo contrario, pensé que los chinos podrían haber aumentado deliberadamente el voltaje teniendo en cuenta la caída cuando se encendió la carga. Ahora está claro que esto es sólo un error.

20.05.2017
¡Hola Vladimir!
Para evitar que el voltaje "caiga" al conectar una carga, aumente la capacidad de carga de la salida. Para este propósito no se agrega voltaje “extra”. Por supuesto, 3,6 V en lugar de 3,3 V no es tanto, y es poco probable que algo se rompa por ello. Pero suministrar 3,8 V a la entrada de un microcircuito alimentado por una fuente de 3,3 V es peligroso, ya que 0,5 V adicionales ya son bastante capaces de abrir el diodo protector en la entrada, y si la capacidad de carga de la salida es alta, puede dañar la entrada conectada a él. Esto lo impide una resistencia de "seguridad".