1. Mi a TTL és mi köze az USB-nek?

Valahogy egy nagyon olcsó termék keltette fel a figyelmemet Alira USB-UART konverter. Eleinte nem voltam egészen biztos benne, hogy mi is ez valójában. A termék neve angolul így nézett ki: „USB-TTL átalakító UART modul CH340G CH340 3.3V 5V switch.” Az UART és a CH340G chip említése eloszlatni látszott a kételyeket, de nem tetszett az „USB-tól TTL-ig” kifejezés, amely a modulról készült fotón is látszott, az alsó oldalán. A tény az, hogy ennek a kifejezésnek nincs értelme, ami azt jelenti, hogy széles teret nyit a szabad értelmezés számára.

Elméletileg lefordították oroszra a "" kifejezést USB a TTL-hez A " azt jelenti, hogy "az USB konvertálása TTL-re". Senkinek nem kell elmagyaráznia, mi az USB, de kevesen hallottak a TTL-ről. Tehát forduljunk a történelemhez, és lássuk mi az a TTL.

Érdekes, hogy mind a Google, mind a Yandex a „Mi a TTL” kérdésre a TTL-re vonatkozó linkeket teljesen más területről adott vissza. Tehát mi ez az elektronikával kapcsolatban? Az orosz TTL rövidítés nem különbözik az angol változattól, és a rövidítést jelenti tranzisztor-tranzisztor logika (TTL). Kezdetben ez a koncepció magában foglalta néhány digitális mikroáramkör belső szerkezetének jellemzőit, egy sor műszaki megoldást, beleértve az áramköröket és a technológiaiakat. A TTL szabvány többek között módszert is meghatározott logikai jelkódolás. Például egy logikai nullát a közös tápvezetékhez közeli feszültséggel kódoltak. Ezenkívül a közös vezetéket az áramforrás negatívjához csatlakoztatták, és nulla potenciálnak - „földnek” vették. A logikai egység pedig a +5V tápfeszültséghez közeli feszültséggel volt kódolva. Maga a +5V tápfeszültség is a TTL szabvány szerves részévé vált.

Meg kell jegyezni, hogy a TTL mikroáramkörök egy időben nagyon elterjedtek. A Szovjetunióban talán a leghíresebb a K155-ös sorozat volt. Ezeknek és a hasonló mikroáramköröknek a széles körben elterjedt használata arra kényszerítette a hardverfejlesztőket, hogy a kompatibilitás érdekében ugyanazokat a logikai nulla és logikai egyes jelek kódolási módszereit alkalmazzák, amelyeket a TTL szabvány biztosított.

De semmi sem áll meg. A bipoláris tranzisztorokra épített TTL chipek hamar elavultak. Mind teljesítményben, mind energiafogyasztásban sokkal rosszabbak voltak a modernebb mikroáramköröknél. Ezeket más mikroáramkörökkel kezdték felváltani, amelyek MIS struktúrákon (fém-dielektrikum-félvezető), vagy egyszerűbben térhatású tranzisztorokon alapultak. De a jelkódolási szabvány nem fog elavulni, így sok új, a TTL-hez közvetlenül nem kapcsolódó mikroáramkör kompatibilis maradt a TTL-lel. Maguk a TTL-chipek fokozatosan a történelem részévé váltak (bár a mai napig használják őket az amatőr tervezésben), és általános nevük - a TTL rövidítés - némileg más jelentést kapott. Most TTLúgy kell értelmezni, mint "a logikai nullák és egyesek kódolására szolgáló feszültségszintek szabványa, amelyet TTL chipekben használnak".

És mit jelenthet a fentieket figyelembe véve az „USB to TTL” szavak? Azt hiszem, most már világos, miért nincs értelme ennek a kifejezésnek.

2. Interfész átalakító CH340G chipen

Végül megrendeltem ezt a terméket. 44,30 rubelbe került postaköltséggel együtt, vagyis szinte semmi. De ez nem az a helyzet, amikor az olcsó rosszat jelent. Csatlakozáskor azonnal azonosításra került a rendszerben (Windows 8.1). A sofőrökkel nem volt probléma. Korábban már csatlakoztattam egy másik konvertert a CH340-hez (azt USB-COM adapterkábel formájában), így a meghajtó már telepítve volt. Azt kell mondanom, hogy legutóbb nem kellett illesztőprogramot keresni és manuálisan telepíteni - minden automatikusan működött. Most a korábban telepített illesztőprogram azonnal felismerte az új eszközt.

Ahogy az várható volt, kiderült, hogy egy USB-UART konverter, mint amilyeneket korábban vettem. A hasznos jelek közül itt csak a TXD és RXD kerül a modulcsatlakozóra. Persze ez nekem nem jött be. Tudva, hogy a mikroáramkör CH340G biztosítja a teljes* készlet kialakulását RS232 jelek, Megvettem ezt a modult a további fejlesztése reményében. Egyébként az ilyen alacsony ár nagyrészt ennek a modulnak a következménye. Csak TXD és RXD jelek esetén a képességei erősen korlátozottak. De az RS232 jelek teljes készletével a modul képességei és alkalmazási köre valóban kimeríthetetlenné válik (egyáltalán nem szükséges az RS232 be- és kimeneteket szigorúan rendeltetésszerűen használni). Egy ilyen port akár alacsony bitesnek is tekinthető párhuzamos port három kimenet jeleinek tetszőleges beállításával és négy bemenet állapotának tetszőleges lekérdezésével. Ezen az oldalon már láthatott különböző lehetőségeket egy hasonló modul használatára. De egy konverter a teljes jelkészlettel általában egy nagyságrenddel többe kerül. Miért kell túlfizetni? Azok számára, akik ismerik a forrasztópákát, az optimális megoldás egy „félkész termék” vásárlása és teljes értékű állapotba hozatala.

* Az RS232 jelek „teljes” készletén jeleket értünk COM port, bár az RS232 szabvány sok más, a COM-ban nem használt jelet is biztosít.

Hozzáteszem, hogy a modulnak három LED-je van (mind piros), amelyek közül az egyik jelzi az USB-ről érkező tápfeszültséget, a másik kettő pedig a TXD és RXD jelek állapotát (logikai nullán világít, azaz alacsony feszültség a GND-hez képest).

3. Az UART modul frissítése teljes RS232TTL-re

Általában az összes módosítás csak a mikroáramkör megfelelő lábaihoz történő forrasztásból állt. Ehhez először ablakot kellett vágni a hőre zsugorodó burkolatba. Pin Matching CH340G chipekÉs RS232 jelek lásd 1. táblázat.

A táblázatból látható, hogy a TXD és RXD kivételével minden jel a chip egyik oldalán van, de a TXD és RXD már csatlakozik a csatlakozóhoz, így csak az egyik oldalon volt szükség további vezetékek forrasztására.

4. A konverter tesztelése a CH340G chipen

Alaposan teszteltem, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a modul megfelelően működik-e, és valóban a COM-portban rejlő összes jelet szolgáltatja. Minden teszt, ahogy mondani szokták, gond nélkül lezajlott, amiből arra a következtetésre jutok, hogy ez az interfész konverter minden olyan készülékhez és kivitelhez ajánlható, amelyik számítógéphez való csatlakozást igényel. RS232TTL. Beleértve a mikrokontroller programozóként való használatra, a cikkben leírtak szerint.

A tesztelés a Perpetuum M programhoz több szkripttel is megtörtént. A konverter tesztelhető. Letöltés (egy archívumban vannak csomagolva) és külön-külön. Ne felejtse el ellenőrizni és szükség esetén módosítani a portszámot a szkriptekben, különben nem fognak működni. Esetében a portszámot a Windows Eszközkezelőn keresztül tudhatja meg. Minden szkript elején (és megnyithatók szövegszerkesztővel, például Jegyzettömbbel) a "PortName="COM3"; sor jelenik meg. A 3-as szám helyett írja be a kívánt számot. Például, ha egy modul csatlakoztatásakor a COM4 eszköz megjelenik az eszközkezelőben, akkor minden esetben a „COM3” helyett „COM4”-et kell megadnia.

Most többet mondok el a tesztelési folyamatról. Először egy jumpert szereltem a csatlakozó érintkezői közé TXDÉs RXD hogy az adó adatai azonnal eljussanak a vevőhöz. Így "hurkoltam" a portot, hogy adatokat tudjon küldeni magának. Ez lehetővé teszi az adó és a vevő egyidejű tesztelését anélkül, hogy másik porthoz csatlakozna. Ezután lefuttattam a „COM-port tesztelése egy fájl letöltésével” parancsfájlt, és kiválasztottam egy véletlenszerűen kiválasztott 653 KB méretű fájlt. A fájl másolása sikeresen megtörtént. A másolt fájl teljesen azonosnak bizonyult az eredetivel, ami azt jelzi, hogy az UART modul vevője és adója megfelelően működik.

Ezután sorban lefuttattam a „TXD COM port output test”, „DTR COM port output test” és „RTS COM port output test” szkripteket, miután előzőleg minden esetben csatlakoztattam egy voltmérőt a megfelelő kimenethez. A program párbeszédablakába nullákat és egyeseket beírva ellenőriztem, hogy azok sikeresen megjelennek-e a portkimeneteken. Kiderült, hogy a TXD kimenet inverzió nélkül jeleníti meg a logikai szinteket, vagyis nulla kimeneténél alacsony feszültség jelenik meg, egy kimeneténél magas feszültség, a DTR és RTS kimenet pedig inverzióval működik. Ezt figyelembe kell venni, amikor ezt a modult a fejlesztés során használjuk.

Ezután lefuttattam a „COM Port Input Test” szkriptet, amely valós időben jeleníti meg négy port bemenet állapotát egyszerre: CTS, DSR, RI, DCD. Egy 5,6K-os ellenállással elkezdtem az egyes bemeneteket egyesével a közös vezetékre (GND) vagy a +5 V-os tápvezetékre csatlakoztatni. A következő derült ki. Minden bemenet működőképes, ha szoftver lekérdezi, mindegyik fordított állapotot eredményez. Mindegyiknek van „felhúzása” a tápfeszültségre, vagyis a „függő” bemenetnek van egy logikai szintje, és ennek megfelelően az inverzió miatt a szoftverben „0”-ként olvasható. Ha a bemenetet egy 5,6K-os ellenálláson keresztül csatlakoztatjuk a GND csatlakozó tűjéhez, minden bemenet könnyen logikai nulla állapotba kerül (szoftverben „1”), ami azt jelenti, hogy a beépített „pull-up” ellenállása legalább egy nagyságrenddel magasabb, mint 5,6K. Vegyük figyelembe, hogy a PL2303 chipre épülő modulokban sokkal nehezebb „megtörni” a beépített „felhúzást”, az alacsony ellenállása miatt.

Összegezzük: az UART-on keresztüli soros adatátvitel lehetőségén kívül három egymástól függetlenül vezérelt kimenettel rendelkezünk ( TXD, DTR, RTS), amelyek közül egy közvetlen (TXD) és kettő inverz, valamint négy programozottan lekérdezett inverz bemenet van „felhúzással” a tápfeszültségre ( CTS, DSR, RI, DCD). Ha UART-ot szeretne használni, akkor csak két független kimenet lesz, mivel a TXD kimenet az UART adó jele. Ez a bejáratokat nem érinti – továbbra is négy lesz belőlük.

Meg kell említeni még egy lehetőséget, amely állítólag lehetővé teszi a logikai egység szintjének megváltoztatását a kimeneteken a jumper mozgatásával, attól függően, hogy az ehhez a modulhoz csatlakoztatott mikroáramkörök milyen feszültséggel vannak ellátva: 5 V vagy 3,3 V. Azaz megoldódik a szintek összehangolásának kérdése. Némi megvetéssel írok erről a „trükkről”, mert valahogy furcsán valósítják meg, és nem kelt bizalmat. Különösebb szükség azonban nincs rá, mert szinten megegyezni 5V és 3,3V között más módon egyszerű. És itt van a dolog. A modulnak három érintkezője van: 5 V, VCC és 3,3 V. Jumperrel (még a készletben is van) zárhatod az 5V-ot és a VCC-t, vagy a VCC-t és a 3,3V-ot. Vagy egyáltalán nem telepítheti, mivel jumper teljes hiányában minden ugyanúgy működik, mintha VCC és 3,3 V közé lenne telepítve. Az 5V-os tűn lévő feszültség megegyezik az USB-port +5V-os vezetékének feszültségével. A VCC érintkezőjének feszültsége körülbelül 3,8 V, ha nincs jumper, a 3,3 V-os érintkező feszültsége pedig körülbelül 3,2 V. Ha a jumpert 5V és VCC közé telepítik, akkor elvileg nem merül fel kérdés - a TTL szintek működnek, vagyis egy logikai egység eléri az öt voltot. De ha egy jumpert telepít a VCC és a 3,3 V közé, akkor kérdések merülnek fel, mert a 3,3 V-os érintkező feszültsége 3,8 V-ra emelkedik (ahogy a VCC-n volt a jumper felszerelése előtt), és a port kimeneteknél a logikai egység eléri a 3,6-ot. ...3,8V, ami 3,3V-hoz kicsit sok. Jumper telepítése nélkül a kimenetekre az egységszint is eléri a 3,6...3,8V-ot. Talán semmi sem ég ki, de a maximális megengedett értékekre való összpontosítás nem a legjobb tényező a megbízhatóság szempontjából.

5. A CH340G konverter előnyei és hátrányai

A hiányosságok közül csak két kisebb apróságot jegyeztem meg, amelyek hozzáértő megközelítéssel figyelmen kívül hagyhatók. Az egyik nem teljesen sikeres koordináció a 3,3 V-os szabvánnyal. De ha nem használsz 3.3V-os tápot, vagy igen, de a szintillesztés feladata nem okoz neked gondot, akkor minden rendben van. A második hátrány az, hogy ennek a modulnak az összes LED-je azonos színű - piros, ami arra kényszeríti, hogy emlékezzen a helyükre, ha navigálni szeretne. De a gyakorlatban a LED-ek iránti igény nem olyan nagy, és ha mégis szükség van rájuk, akkor lecserélheti a sajátjára.

Határozottan több előnye van. Először is örülök, hogy nincs probléma a sofőrökkel. Ahogy fentebb mondtam, mikroáramkörökhöz CH340 illesztőprogramok Windowshoz automatikusan települnek, beleértve a legújabb operációs rendszer verziókat is. De a PL2303 chip konvertereivel minden sokkal bonyolultabb. A Windows új verzióihoz nincsenek illesztőprogramok a régebbi mikroáramkörökhöz. És a múltban tengernyi régi mikroáramkörök szabadultak fel. Ha nem tévedek, ez volt az oka annak, hogy a fejlesztők nem támogatták a régebbi mikroáramköröket. Úgy tűnik, valami probléma volt a szerzői joggal – sok hamisított mikroáramkör volt a piacon. Aztán a fejlesztők anélkül, hogy alapvetően bármit is megváltoztattak volna az új chipen, csak azt változtatták meg, hogyan reagál a vezető kérésére. Nagyjából a „Ki vagy te?” kérdésre az új mikroáramkör így válaszolt: „Vasya-plus vagyok.” És ha a sofőr azt a választ kapja, hogy „Vasya vagyok”, akkor ezt mondja erre a mikroáramkörre: „Menj át az erdőn, Vasya plusz nélkül.” Vagyis tisztán technikailag az új meghajtó könnyen működhet a régi mikroáramkörrel. Amennyire én tudom, még vannak módok ennek a csapásnak a megkerülésére - vagy az új illesztőprogram valamilyen módon kénytelen a régi mikroáramkörrel dolgozni, vagy a régi illesztőprogramot „csavarják” az új operációs rendszerhez.

A modul másik kényelme, hogy a CH340G chip tűtávolsága sokkal nagyobb, így a forrasztás sokkal egyszerűbb. Ennek a mikroáramkörnek csak 16 tűje van, amelyek között alapvetően csak a legszükségesebbek vannak, ellentétben a PL2303-mal, amelyen láthatóan minden alkalomra van tű.

Véleményem szerint a bemenetek nagy ellenállású „felhúzása” is plusznak tekinthető, ami csökkenti a logikai nulláramot, ezáltal kevesebb igényt támaszt a jelforrással szemben. Ha az interferencia elleni védelem követelményei nagyon magasak, akkor könnyen megszervezhet egy további „felhúzást” külső ellenállással. Ha ezt a modult szerepkörben használja (lásd a jobb oldali ábrát), akkor az összes ellenállást azonos ellenállással (1K...4,3K) telepítheti. Vagyis nem szükséges nagymértékben csökkenteni az ellenállást a CTS bemeneten.

Azt is hozzáteszem, hogy korábban két konverter összehasonlító tesztelését végeztem mikroáramkörökön PL2303És CH340. A CH340 határozottan nyert - extrém módokban sokkal nehezebb volt vele meghibásodásokat tapasztalni. Bár ez egy más kialakítású konverter (adapterkábel) volt, számomra úgy tűnik, hogy számíthat arra, hogy a CH340 család konvertereinek többi modellje sem kevésbé megbízható.

Ha kérdése vagy megjegyzése van ezzel a cikkel kapcsolatban, írjon a mail.ru (jkit postafiók) címre vagy írjon e-mailt.

Az oldal látogatójával folytatott levelezésből

2017.05.12. Vendég:
Helló, Evgeniy.
.htm
Ugyanilyen konverterem van (egy az egyhez).
A helyzet az, hogy újra kell frissítenem a FlySky i6 berendezést 10 csatornára. Kezdetben a jumper „VCC-3V3” helyzetben van. Jól értettem, hogy úgy kell hagyni, ahogy van? Elnézést, de nem vagyok tisztában, ezért teszem fel ezt a kérdést. Nem akarok elégetni semmit.

14.05.2017
Szia Vladimir!
A kérdésre adott válasz a CH340G modult csatlakoztató berendezés műszaki jellemzőitől függ. Még nem találkoztam ezzel a berendezéssel, így semmi biztosat nem tudok mondani. Az Ön által megadott link 404-es hibát ad, de még ha a link működne is, nem valószínű, hogy lett volna időm a berendezés részletes megértésére. Először próbáld ki a VCC-3V3-at. Szerintem nem lehet rosszabb. Minden esetre tegyen 1 kOhm ellenállást minden jelvezetékbe (ez annak a ténynek köszönhető, hogy valójában nem 3,3 V, hanem több).

2017.05.14. Vendég:
Helló, Evgeniy.
Köszönöm a tanácsot! Valóban, jobb kicsiben kezdeni.
És az 1 kOhm az alapján mekkora áram volt? (Csak azt nem tudom, milyen áram folyik át a jelvezetéken, és nem találtam sehol)

17.05.2017
Szia Vladimir!
A kérdés rosszul van megfogalmazva. Miért kell tudni az áramot? 1 kOhm-ot vettem „szemre”, abból kiindulva, hogy ha valahol, akár valahogyan, véletlenül 5 V kerül az ellenállásra (és elméletileg nem kéne több a közelben), akkor az áram 5 mA lesz. , ami nem vezethet negatív következményekhez.

2017.05.17. Vendég:
Helló, Evgeniy.
Az aktuálisról beszéltem, mert... ha közel nulla, akkor nem lesz feszültségesés az ellenálláson, és a kimenet ugyanaz 3,6 V lesz 3,3 V helyett. De értem a viszontbiztosításod jelentését, köszönöm a megjegyzést.

19.05.2017
Szia Vladimir!
Vannak teljesen nemlineáris elemek. És nem az a lényeg, hogy egy plusz 0,3 V miatt valami áttörhet a feszültséggel, hanem pontosan az, hogy egy kis feszültségnövekedés is hirtelen nemlineárisan gyors áramnövekedést okozhat. Például kinyílhatnak a védődiódák a bemeneteknél stb. Az ellenállás linearitást ad az áramkörnek, és megakadályozza az ilyen fejleményeket. És a normál áramok általában kicsik (bár nem mindig), ezért az ellenállásnak nem szabad zavarnia. A kivétel az alacsony ellenállású felhúzás a bemeneten. Akkor az ellenállás nem engedi „leküzdeni”, és semmi sem fog működni. Ez oszcilloszkóppal, de akár voltmérővel is kimutatható (statikus üzemmódban).

2017.05.19. Vendég:
Helló, Evgeniy.
Nagyon szépen köszönöm a részletes magyarázatot. Most már legalább értem az ilyen védelem mechanizmusát. Egyébként arra gondoltam, hogy a kínaiak szándékosan növelhették volna a feszültséget, figyelembe véve a terhelés bekapcsolásakor bekövetkező esést. Most már világos, hogy ez csak egy hiba.

20.05.2017
Szia Vladimir!
A feszültség „leesésének” elkerülése érdekében terhelés csatlakoztatásakor növelje a kimenet terhelhetőségét. Erre a célra nem adunk „extra” feszültséget. Persze a 3,3 V helyett 3,6 V nem olyan sok, és nem valószínű, hogy valami eltörne miatta. A 3,3 V-os forrásról táplált mikroáramkör bemenetére 3,8 V-ot táplálni viszont veszélyes, mivel egy plusz 0,5 V már eléggé képes kinyitni a védődiódát a bemeneten, és ha nagy a kimenet terhelhetősége, akkor károsítsa a hozzá csatlakoztatott bemenetet. Egy "biztonsági" ellenállás megakadályozza ezt.