1. Što je TTL i kakve veze ima USB s njim?

Nekako je Ali privukao moju pozornost vrlo jeftinim pretvarač usb u uart. Isprva nisam bio sasvim siguran što je to zapravo. Naziv proizvoda na engleskom je izgledao ovako: "USB to TTL converter UART module CH340G CH340 3.3V 5V switch". Spominjanje UART-a i CH340G čipa kao da je odagnalo sumnje, no nije mi se svidio izraz "USB to TTL", koji je bio vidljiv i na fotografiji modula, s njegove donje strane. Činjenica je da ova fraza nema smisla, što znači da otvara širok prostor za slobodno tumačenje.

U teoriji, prevedena na ruski, izraz " USB na TTL" bi trebalo značiti "pretvaranje USB-a u TTL". Nitko sada ne treba objašnjavati što je USB, ali malo tko je čuo za TTL. Stoga, okrenimo se povijesti i vidimo što je TTL.

Zanimljivo, i Google i Yandex su na upit "Što je TTL" dali linkove o TTL-u iz sasvim drugog područja. Dakle, što je to, u odnosu na elektroniku? Kratica TTL na ruskom ne razlikuje se od engleske verzije i označava tranzistor-tranzistor logika (TTL). U početku je ovaj koncept podrazumijevao značajke unutarnje strukture nekih digitalnih mikrosklopova, skup tehničkih rješenja, uključujući sklopove i tehnološke. Između ostalog, standard TTL postavlja i metodu logičko kodiranje signala. Tako je, na primjer, logička nula kodirana naponom blizu zajedničke žice za napajanje. Štoviše, zajednička žica bila je spojena na minus izvora napajanja i uzeta je kao nulti potencijal - "zemlja". I logička jedinica je kodirana naponom blizu napona napajanja + 5V. Sam napon napajanja +5V također je postao sastavni dio TTL standarda.

Treba napomenuti da su TTL mikro krugovi u jednom trenutku bili vrlo rašireni. U Sovjetskom Savezu je možda najpoznatija bila serija K155. Raširena uporaba ovih i sličnih mikrosklopova prisilila je programere hardvera da se zbog kompatibilnosti pridržavaju istih metoda kodiranja signala logičke nule i logičke jedinice, koje su bile predviđene standardom TTL.

Ali ništa ne stoji. TTL mikrosklopovi, izgrađeni na bipolarnim tranzistorima, ubrzo su zastarjeli. Uvelike su izgubili od modernijih mikro krugova i u pogledu brzine i potrošnje energije. Počele su ih zamjenjivati ​​druge obitelji mikro krugova temeljene na MIS strukturama (metal-dielektrik-poluvodič), a na jednostavan način - na tranzistorima s efektom polja. Ali standard kodiranja signala nije namjeravao zastarjeti, tako da su mnogi novi mikrosklopovi, iako nisu bili izravno povezani s TTL-om, ostali kompatibilni s TTL-om. Sami TTL mikro krugovi postupno su postali dio povijesti (iako se i danas koriste u amaterskim dizajnima), a njihov uobičajeni naziv - kratica TTL - dobio je nešto drugačije značenje. Sada TTL treba tumačiti kao "standard naponske razine za kodiranje logičkih nula i jedinica koje se koriste u TTL mikrosklopovima."

I što, s obzirom na prethodno navedeno, mogu značiti riječi "USB to TTL"? Mislim da je sada jasno zašto ova fraza nema smisla.

2. Pretvarač sučelja na čipu CH340G

Na kraju sam naručio ovaj proizvod. Koštao me je 44,30 rubalja s dostavom, to jest, gotovo ništa. Ali to nije slučaj kada jeftino znači loše. Nakon povezivanja odmah je identificiran u sustavu (Windows 8.1). S vozačima nije bilo problema. Prethodno sam na CH340 već spojio još jedan pretvarač (onaj u obliku USB-COM adapterskog kabela), tako da je driver već bio instaliran. Moram reći da prošli put nije bilo potrebe tražiti upravljački program i ručno ga instalirati - sve se pokazalo automatski. Sada je prethodno instalirani upravljački program odmah prepoznao novi uređaj.

Očekivano, pokazalo se da je to USB-UART konverter, poput onih koje sam ranije kupio. Od korisnih signala, samo TXD i RXD izlaze također na konektor modula. Naravno, ovo mi nije odgovaralo. Znajući da mikročip CH340G osigurava formiranje cjelovitog* skupa RS232 signali, kupio sam ovaj modul s očekivanjem njegovog daljnjeg poboljšanja. Usput, tako niska cijena uvelike je posljedica "inferiornosti" ovog modula. Uz samo TXD i RXD signale, njegove mogućnosti su ozbiljno ograničene. Ali s punim skupom RS232 signala, mogućnosti modula i njegov opseg postaju doista neiscrpni (uopće nije potrebno koristiti RS232 ulaze i izlaze isključivo za njihovu namjenu). Takav se priključak čak može smatrati niskobitnim paralelni priključak s proizvoljnim postavljanjem signala na tri izlaza i proizvoljnim prozivanjem stanja četiri ulaza. Na ovoj stranici ste već mogli vidjeti različite mogućnosti korištenja sličnog modula. Ali pretvarač s punim skupom signala obično košta red veličine skuplji. Zašto preplaćivati? Za one koji su prijatelji s lemilom, najbolje rješenje je kupiti "poluproizvod" i dovesti ga u potpuno stanje.

* Pod "kompletnim" skupom RS232 signala, ovdje mislimo na signale COM priključak, iako standard RS232 omogućuje mnoge druge signale koji se ne koriste u COM.

Dodat ću da modul ima tri LED diode (sve crvene), od kojih jedna signalizira napon napajanja s USB-a, a druge dvije prikazuju status TXD i RXD signala (svijetle na logičkoj nuli, odnosno kada je napon je nizak u odnosu na GND).

3. Usavršavanje UART modula u punopravni RS232TTL

Općenito, cijelo usavršavanje sastojalo se samo od lemljenja na odgovarajuće noge mikro kruga. Da biste to učinili, prvo je bilo potrebno izrezati prozor u termoskupljajućoj ljusci. Sukladnost zaključaka čips CH340G i RS232 signali pogledajte tablicu u tablici 1.

Kao što se može vidjeti iz tablice, svi signali, osim TXD i RXD, nalaze se na istoj strani mikro kruga, ali TXD i RXD već izlaze na konektor, pa je bilo potrebno lemiti dodatne žice samo s jedne strane.

4. Testiranje pretvarača na CH340G čipu

Kako bih se uvjerio da modul radi i da stvarno osigurava rad svih signala svojstvenih COM portu, proveo sam njegovo temeljito testiranje. Svi testovi prošli su, kako kažu, bez problema, iz čega zaključujem da se ovaj pretvarač sučelja može preporučiti za upotrebu u svim uređajima i dizajnima koji zahtijevaju povezivanje s računalom putem RS232TTL. Uključujući korištenje kao programator mikrokontrolera, kao što je opisano u članku.

Testiranje je provedeno pomoću nekoliko scenarija za program Perpetuum M. Također možete testirati vlastiti pretvarač. Preuzmi (pakiraju se u jednu arhivu) i zasebno. Ne zaboravite provjeriti i ako je potrebno promijeniti broj porta u skriptama, inače neće raditi. Možete saznati broj priključka u vašem slučaju putem Windows upravitelja uređaja. Na početku svake skripte (a one se mogu otvoriti uređivačem teksta kao što je notepad) vidjet ćete redak "PortName="COM3";". Umjesto broja 3 stavite broj koji vam je potreban. Na primjer, ako se COM4 uređaj pojavi u Upravitelju uređaja kada je modul povezan, tada u svakom scenariju morate navesti "COM4" umjesto "COM3".

Sada ću vam reći više o procesu testiranja. Prvo sam instalirao kratkospojnik između pinova konektora TXD i RXD tako da podaci iz odašiljača odmah dolaze do prijemnika. Tako sam "petljao" port kako bi mogao sam sebi slati podatke. To vam omogućuje da testirate i odašiljač i prijemnik u isto vrijeme bez spajanja na drugi priključak. Zatim sam pokrenuo skriptu "Testiranje COM porta prijenosom datoteke kroz njega" i odabrao nasumično prikazanu datoteku od 653 KB. Kopiranje datoteke je uspješno. Ispostavilo se da je kopirana datoteka potpuno identična izvorniku, što ukazuje na ispravnost prijemnika i odašiljača UART modula.

Zatim sam uzastopno pokrenuo skripte "Testiraj izlaz TXD COM porta", "Testiraj izlaz DTR COM porta" i "Testiraj izlaz RTS COM porta", prethodno spojivši voltmetar na odgovarajući izlaz za svaki slučaj. Unosom nula i jedinica u dijaloški okvir programa, uvjerio sam se da se one uspješno prikazuju na izlazima porta. Istodobno se pokazalo da izlaz TXD prikazuje logičke razine bez inverzije, odnosno kada se izlazi nula, pojavljuje se nizak napon, kada se izlazi jedinica, on je visok, a izlazi DTR i RTS rade s inverzijom . To treba uzeti u obzir pri korištenju ovog modula u razvoju.

Zatim sam pokrenuo skriptu "Test COM port inputs", koja prikazuje status četiri ulaza porta u stvarnom vremenu: CTS, DSR, RI, DCD. Preko otpornika od 5,6 K, počeo sam spajati jedan po jedan svaki od ulaza ili na zajedničku žicu (GND) ili na + 5 V strujni vod. Pokazalo se sljedeće. Svi ulazi su operativni, svi daju inverzno stanje tijekom softverske ankete. Svi imaju "pull-up" na napon napajanja, odnosno "viseći" ulaz ima razinu logičke jedinice i sukladno tome se zbog inverzije programski očitava kao "0". Kada spojite ulaz preko otpornika od 5,6 K na pin konektora GND, svaki ulaz lako prelazi u stanje logičke nule (programski čitano kao "1"), što znači da je otpor ugrađenog "pullupa" najmanje reda veličine veće od 5,6K. Imajte na umu da je u modulima koji se temelje na PL2303 čipu mnogo teže "ubiti" ugrađeni "pull-up" zbog njegovog malog otpora.

Ukratko: osim mogućnosti serijskog prijenosa podataka putem UART-a, imamo tri neovisno kontrolirana izlaza ( TXD, DTR, RTS), od kojih je jedan izravni (TXD) i dva inverzna, kao i četiri softverski prozvana inverzna ulaza s "povlačenjem" na napon napajanja ( CTS, DSR, RI, DCD). Ako planirate koristiti UART, tada će postojati samo dva neovisna izlaza, budući da je TXD izlaz signal iz UART odašiljača. Ovo se ne odnosi na ulaze - i dalje će ih biti četiri.

Moram reći o još jednoj mogućnosti, koja vam navodno omogućuje promjenu razine logičke jedinice na izlazima preuređivanjem kratkospojnika, ovisno o tome koji napon napaja mikro krugove spojene na ovaj modul: 5V ili 3,3V. Odnosno, rješava se pitanje podudaranja razina. O ovom "čipu" pišem s prezirom, jer je implementiran na čudan način i ne ulijeva povjerenje. Međutim, nema posebne potrebe za tim, jer uskladiti razine između 5V i 3.3V je jednostavno na druge načine. I evo u čemu je stvar. Modul ima tri pina: 5V, VCC i 3.3V. Prespojnikom (čak je uključen u komplet) možete zatvoriti 5V i VCC, ili VCC i 3.3V. Ili ga uopće ne možete postaviti, jer uz potpunu odsutnost kratkospojnika, sve radi isto kao da je instalirano između VCC i 3.3V. Napon na pinu od 5V odgovara naponu +5V žice USB priključka. Na VCC pinu, u nedostatku skakača, postoji napon od oko 3,8 V, a na pinu 3,3 V - oko 3,2 V. Ako je kratkospojnik instaliran između 5V i VCC, tada, u načelu, nema pitanja - TTL razine rade, odnosno logična jedinica doseže pet volti. Ali ako instalirate kratkospojnik između VCC i 3,3 V, tada se pojavljuju pitanja, jer u ovom slučaju napon na pinu od 3,3 V raste na 3,8 V (kao što je bio na VCC prije postavljanja kratkospojnika), a logična jedinica na izlazi porta dosežu 3,6 ... 3,8 V, što je previše za 3,3 V. Bez kratkospojnika instaliranog na izlazima, razina jedinice također doseže 3,6 ... 3,8 V. Možda u ovom slučaju ništa neće izgorjeti, ali naglasak na maksimalno dopuštenim vrijednostima nije najbolji faktor za pouzdanost.

5. Prednosti i nedostaci pretvarača CH340G

Od nedostataka primijetio sam samo dvije manje sitnice koje se mogu zanemariti kompetentnim pristupom. Jedan od njih je ne sasvim uspješan dogovor sa standardom od 3,3 V. Ali ako ne koristite napajanje od 3,3 V, ili koristite, ali vam zadatak usklađivanja razina ne predstavlja problem, onda je sve u redu. Drugi minus je što su sve LED diode iste boje ovog modula crvene, što vas tjera da zapamtite njihovu lokaciju ako želite navigirati po njima. Ali u stvarnoj praksi potreba za LED diodama nije tako velika, a ako su još uvijek potrebne, možete ih zamijeniti vlastitim.

Pluseva svakako ima više. Prije svega, raduje odsutnost problema s vozačima. Kao što sam rekao gore, za mikro krugove CH340 upravljački programi za Windows instaliran automatski, uključujući najnovije verzije OS-a. Ali s pretvaračima na PL2303 čipu sve je mnogo kompliciranije. Za starije čipove ne postoje upravljački programi za nove verzije sustava Windows. A stare mikrosklopove u prošlosti pustilo je more. Ako se ne varam, to je bio razlog zašto programeri nisu podržali stare mikro krugove. Čini se da je postojao neka vrsta problema s autorskim pravima - na tržištu je bilo puno krivotvorenih mikro krugova. A onda su programeri, bez temeljnih promjena u novom mikro krugu, promijenili samo način na koji odgovara na zahtjev vozača. Grubo govoreći, na pitanje "Tko si ti?", novi mikro krug je počeo odgovarati: "Ja sam Vasya-plus." A ako vozač dobije odgovor "Ja sam Vasya", onda on kaže ovom mikrokrugu: "Idi kroz šumu, Vasya bez plusa." To jest, čisto tehnički, novi upravljački program mogao bi dobro raditi sa starim mikro krugom. Koliko ja znam, postoje čak i načini da se zaobiđe ova nesreća - ili je novi upravljački program nekako prisiljen raditi sa starim mikro krugom, ili je stari upravljački program "zavrnut" na novi OS.

Još jedna pogodnost ovog modula je da je razmak pinova kod CH340G čipa puno veći, pa je lemljenje puno lakše. Ovaj mikro krug ima samo 16 pinova, među kojima su u osnovi samo najpotrebniji, za razliku od PL2303, gdje, očito, postoje igle za sve prilike.

Po mom mišljenju, veliki otpor "povlačenja" ulaza također se može smatrati plusom, što smanjuje struju logičke nule, što znači da nameće manje zahtjeva izvoru signala. Ako su zahtjevi za zaštitom od smetnji vrlo visoki, tada možete lako organizirati dodatno "povlačenje" s vanjskim otpornikom. Kada koristite ovaj modul kao ulogu (vidi sliku desno), možete instalirati sve otpornike s istim otporom (1K ... 4,3K). To jest, nije potrebno uvelike podcijeniti otpor na CTS ulazu.

Također ću dodati da sam u prošlosti proveo usporedni test dva pretvarača na mikro krugovima PL2303 i CH340. CH340 je definitivno pobijedio - u ekstremnim načinima rada bilo je mnogo teže doći do kvarova u radu s njim. Iako je to bio pretvarač drugačijeg dizajna (adapterski kabel), ali, kako mi se čini, može se očekivati ​​da drugi modeli pretvarača obitelji CH340 nisu ništa manje pouzdani.

Ako imate pitanja ili komentara na ovaj članak, pišite na ili mail.ru (jkit box).

Iz dopisivanja s posjetiteljem stranice

12.05.2017 Gost:
Pozdrav Eugene.
.htm
Imam isti pretvarač (jedan na jedan).
Činjenica je da trebam ponovno bljeskati FlySky i6 opremu na 10 kanala. U početku je kratkospojnik u položaju "VCC-3V3". Jesam li dobro shvatio da treba ostaviti kako jest? Oprostite, ali skrenuo sam s teme, zato postavljam ovo pitanje. Ne želim ništa spaliti.

14.05.2017
Pozdrav Vladimire!
Odgovor na vaše pitanje ovisi o tehničkim karakteristikama opreme na koju spajate modul na CH340G. Nisam se susreo s ovom opremom, pa ne mogu sa sigurnošću reći. Link koji ste dali daje grešku 404. Ali, čak i da je link radio, teško da bih našao vremena da se detaljno upoznam s tom opremom. Prvo probaj VCC-3V3. Mislim da neće biti gore. Za svaki slučaj stavite otpornike od 1 kΩ u svaku signalnu žicu (to je zbog činjenice da zapravo nije 3,3 V, već više).

14.05.2017 Gost:
Pozdrav Eugene.
Hvala na savjetu! Doista, bolje je početi s malim.
A 1 kOhm se temelji na tome koja je to struja bila? (Samo ne znam koje struje teku kroz signalnu žicu, a nisam to nigdje mogao pronaći)

17.05.2017
Pozdrav Vladimire!
Pitanje je netočno formulirano. Zašto trebate znati struju? Uzeo sam 1 kOhm "na oko", na temelju činjenice da ako se negdje, čak i na neki način, 5 V primijeni na otpornik u hitnim slučajevima (i više, u teoriji, ne bi trebalo biti u blizini), tada će struja biti 5 mA, što ne bi trebalo dovesti do negativnih posljedica.

17.05.2017 Gost:
Pozdrav Eugene.
Govorio je o trenutnom, jer ako je blizu nule, tada neće biti pada napona na otporniku, a izlaz će biti isti 3,6 V umjesto 3,3 V. Ali shvatio sam značenje vašeg reosiguranja, hvala na komentaru.

19.05.2017
Pozdrav Vladimire!
Postoje potpuno nelinearni elementi. I nije stvar u tome da dodatnih 0,3 V može nešto pokvariti s naponom, već samo da čak i malo povećanje napona može iznenada uzrokovati nelinearno brzo povećanje struje. Na primjer, mogu se otvoriti zaštitne diode na ulazima itd. Otpornik daje linearnost krugu i sprječava takav razvoj događaja. I normalne struje su obično male (iako ne uvijek), tako da otpornik ne bi trebao smetati. Iznimka je povlačenje s niskim otporom na ulazu. Tada otpornik neće dopustiti da se "nadvlada" i neće raditi. To se detektira osciloskopom ili čak voltmetrom (u statičkom načinu rada).

19.05.2017 Gost:
Pozdrav Eugene.
Hvala vam puno na detaljnom objašnjenju. Sada barem razumijem mehanizam takve zaštite. I tada sam već pomislio da bi Kinezi mogli namjerno precijeniti napon, uzimajući u obzir pad kada je opterećenje uključeno. Sada je jasno da je to samo mana.

20.05.2017
Pozdrav Vladimire!
Kako napon ne bi "opadao" kada se priključi opterećenje, povećava se nosivost izlaza. Za to se ne dodaje "ekstra" napon. Naravno, 3.6V umjesto 3.3V nije tako puno, a teško da će se nešto pokvariti zbog toga. Ali opasno je dovoditi 3,8 V na ulaz mikro kruga koji se napaja iz izvora od 3,3 V, budući da je dodatnih 0,5 V već sasvim sposobno otvoriti zaštitnu diodu na ulazu, a ako je izlazno opterećenje veliko, može oštetiti ulaz spojen na njega. "Sigurnosni" otpornik to sprječava.