1. TTL とは何ですか?USB はそれと何の関係がありますか?

Aliでなぜか非常に安価な商品が目に留まりました USB-UARTコンバータ。 最初はこれが実際何なのかよくわかりませんでした。 英語での商品名は「USB to TTL コンバータ UART モジュール CH340G CH340 3.3V 5V スイッチ」という感じでした。 UART と CH340G チップについての言及は疑問を払拭するように見えましたが、モジュールの写真にも表示されている底面にある「USB to TTL」というフレーズが気に入りませんでした。 実際のところ、この表現は意味をなさないので、自由な解釈の余地が広がることになります。

理論的には、「」というフレーズをロシア語に翻訳すると、 USBからTTLへ「USB を TTL に変換する」ことを意味するはずです。現在 USB が何であるかを説明する必要はありませんが、TTL について聞いたことがある人は多くありません。それでは、歴史に目を向けて見てみましょう。 TTLとは何ですか.

興味深いのは、Google と Yandex の両方が、「TTL とは何ですか」と尋ねられたときに、まったく異なる分野からの TTL に関するリンクを返したことです。 では、これはエレクトロニクスと何の関係があるのでしょうか？ ロシア語の略語 TTL は英語版と何ら変わりはなく、 トランジスタ-トランジスタ ロジック (TTL)。 当初、この概念は、いくつかのデジタル超小型回路の内部構造の特徴、回路や技術的ソリューションを含む一連の技術的ソリューションを暗示していました。 特に、TTL 標準ではメソッドも指定されています。 論理信号コーディング。 たとえば、論理ゼロは共通の電源線に近い電圧でエンコードされました。 さらに、共通線は電源のマイナスに接続され、ゼロ電位、つまり「アース」とみなされました。 また、論理ユニットは +5V 電源電圧に近い電圧でエンコードされました。 +5V 電源電圧自体も TTL 規格の不可欠な部分になっています。

TTLマイクロ回路はかつて非常に普及したことに注意する必要があります。 ソビエト連邦で最も有名なのは、おそらく K155 シリーズでした。 これらおよび類似のマイクロ回路が広く使用されると、ハードウェア開発者は、互換性を確保するために、TTL 標準で規定されている論理 0 および論理 1 信号をエンコードする同じ方法に従うことを余儀なくされました。

しかし、立ち止まるものは何もありません。 バイポーラ トランジスタに基づいて構築された TTL チップはすぐに時代遅れになってしまいました。 それらは、性能とエネルギー消費の両方において、より現代的なマイクロ回路よりもはるかに劣っていました。 それらは、MIS 構造 (金属 - 誘電体 - 半導体) に基づく、またはより単純に電界効果トランジスタに基づく他のマイクロ回路ファミリーに置き換えられ始めました。 しかし、信号コーディング標準が時代遅れになることはなかったので、多くの新しいマイクロ回路は、TTL に直接関係しないものであっても、TTL との互換性を維持しました。 TTL チップ自体は徐々に歴史の一部となり (ただし、今日に至るまでアマチュアの設計で使用されています)、その一般名である略語 TTL は少し異なる意味を獲得しました。 今 TTL「TTL チップで使用される、論理 0 と 1 をエンコードするための電圧レベルの標準」として解釈されるべきです。

上記を考慮すると、「USB to TTL」という言葉は何を意味するのでしょうか? この言葉がなぜ意味をなさないのかが明らかになったと思います。

2. CH340Gチップ上のインターフェースコンバータ

結局この商品を注文してしまいました。 送料込みで44.30ルーブル、つまりほとんど無料でした。 しかし、安ければ悪いというわけではありません。 接続すると、システム内ですぐに認識されました (Windows 8.1)。 ドライバーには問題はありませんでした。 以前、CH340 に別のコンバータ (USB-COM アダプタ コード形式のもの) を接続していたので、ドライバはすでにインストールされていました。 前回はドライバーを探して手動でインストールする必要はなく、すべてが自動的に機能したと言わざるを得ません。 これで、以前にインストールされたドライバーが新しいデバイスをすぐに認識しました。

ご想像のとおり、以前購入したものと同様の USB-UART コンバーターでした。 ここでは、有用な信号のうち、TXD と RXD のみがモジュール コネクタに出力されます。 もちろん、これは私には合いませんでした。 マイクロサーキットを知る CH340G完全な*セットの形成を保証します RS232信号, さらなる改良を期待してこのモジュールを購入しました。 ちなみに、このような低価格は主にこのモジュールの「劣悪さ」の結果です。 TXD 信号と RXD 信号のみを使用すると、その機能は大幅に制限されます。 しかし、RS232 信号のフルセットを使用すると、モジュールの機能とそのアプリケーションの範囲は本当に無尽蔵になります (RS232 の入出力を意図された目的に厳密に使用する必要はまったくありません)。 このようなポートは低ビットとみなされます。 パラレルポート 3 つの出力の信号を任意に設定し、4 つの入力の状​​態を任意にポーリングします。 このサイトでは、同様のモジュールを使用するためのさまざまなオプションがすでに表示されています。 ただし、完全な信号セットを備えたコンバーターのコストは通常​​、1 桁以上高くなります。 なぜ過払いなのか？ はんだごてに慣れている人は、「半完成品」を購入して本格的な状態にするのが最適解です。

* RS232 信号の「フル」セットとは、信号を意味します COMポートただし、RS232 標準は、COM では使用されない他の多くの信号を提供します。

モジュールには 3 つの LED (すべて赤色) があり、そのうちの 1 つは USB からの電源電圧の供給を信号で示し、他の 2 つは TXD 信号と RXD 信号の状態を表示します (論理ゼロ、つまり 0 で点灯)。 GND に対して低電圧）。

3. UART モジュールを完全な RS232TTL にアップグレードする

一般に、すべての変更は、マイクロ回路の対応する脚にはんだ付けするだけで構成されていました。 これを行うには、まず熱収縮性ケーシングに窓を切り込む必要がありました。 ピンマッチング CH340Gチップそして RS232信号表 表 1 を参照してください。

表からわかるように、TXDとRXDを除くすべての信号はチップの片面にありますが、TXDとRXDはすでにコネクタに接続されているため、追加のワイヤを片面にのみはんだ付けする必要がありました。

4. CH340G チップ上のコンバータのテスト

モジュールが適切に動作していること、および COM ポートに固有のすべての信号を実際に提供していることを確認するために、徹底的にテストしました。 よく言われるように、すべてのテストは問題なく合格しました。そのことから、このインターフェイス コンバータは、コンピュータへの接続を必要とするあらゆるデバイスや設計での使用に推奨できると結論付けています。 RS232TTL。 記事で説明されているように、マイクロコントローラー プログラマーとしての使用も含まれます。

テストは、Perpetuum M プログラムのいくつかのスクリプトを使用して実行されました。コンバータをテストすることもできます。 ダウンロード (1 つのアーカイブにパッケージ化されています) と個別にダウンロードします。 必要に応じてスクリプト内のポート番号を必ず確認して変更してください。そうしないと機能しません。 お使いのケースのポート番号は、Windows デバイス マネージャーで確認できます。 各スクリプトの先頭に (メモ帳などのテキスト エディタで開くことができます)、「PortName="COM3";」という行が表示されます。 数字の 3 の代わりに、必要な数字を入力します。 たとえば、モジュールを接続するときにデバイス マネージャーに COM4 デバイスが表示される場合、各シナリオで「COM3」ではなく「COM4」を指定する必要があります。

それでは、テストプロセスについて詳しく説明します。 まず、コネクタピンの間にジャンパーを取り付けました テキサス州そして RXDそのため、送信機のデータはすぐに受信機に届きます。 したがって、ポートを「ループバック」して、ポート自体にデータを送信できるようにしました。 これにより、別のポートに接続せずに、送信機と受信機の両方を同時にテストできます。 次に、「COM ポート経由でファイルをダウンロードして COM ポートをテストする」というスクリプトを実行し、サイズが 653 KB のランダムなファイルを選択しました。 ファイルは正常にコピーされました。 コピーされたファイルは元のファイルと完全に同一であることが判明しました。これは、UART モジュールの受信機と送信機が適切に動作していることを示しています。

次に、それぞれの場合に対応する出力に電圧計を接続しておき、「TXD COM ポート出力テスト」、「DTR COM ポート出力テスト」、「RTS COM ポート出力テスト」というスクリプトを順番に実行しました。 プログラムのダイアログ ボックスに 0 と 1 を入力すると、それらがポート出力に正常に表示されることを確認しました。 TXD 出力は反転せずに論理レベルを表示することがわかりました。つまり、0 を出力すると低電圧が表示され、1 を出力すると高電圧が表示され、DTR 出力と RTS 出力は反転して動作します。 開発でこのモジュールを使用する場合は、これを考慮する必要があります。

次に、「COM ポート入力テスト」スクリプトを実行しました。このスクリプトは、CTS、DSR、RI、DCD の 4 つのポート入力のステータスを同時にリアルタイムで表示します。 5.6K の抵抗を使用して、各入力を 1 つずつ共通線 (GND) または +5V 電源ラインに接続し始めました。 以下のことが分かりました。 すべての入力は動作可能であり、ソフトウェアによってポーリングされると、すべて反転状態が生成されます。 すべては電源電圧への「プルアップ」を持っています。つまり、「ハング」入力は論理 1 レベルを持ち、したがって反転によりソフトウェアでは「0」として読み取られます。 入力が 5.6K の抵抗を介して GND コネクタ ピンに接続されている場合、各入力は簡単に論理 0 状態 (ソフトウェアでは「1」として読み取られる) になります。これは、内蔵の「プルアップ」の抵抗がゼロになることを意味します。少なくとも 5.6K よりも一桁大きい。 PL2303 チップをベースにしたモジュールでは、抵抗が低いため、内蔵の「プルアップ」を「破壊」するのがはるかに困難であることに注意してください。

要約しましょう: UART を介したシリアル データ送信の可能性に加えて、3 つの独立して制御される出力 ( TXD、DTR、RTS)、そのうち 1 つは直接 (TXD)、2 つは反転、および電源電圧への「プルアップ」を備えたプログラムでポーリングされる 4 つの反転入力 ( CTS、DSR、RI、DCD）。 UART を使用する予定の場合、TXD 出力は UART トランスミッターからの信号であるため、独立した出力は 2 つだけになります。 これは入り口には影響しません。入り口はまだ 4 つあります。

もう 1 つの可能性について言及する必要があります。これにより、このモジュールに接続されているマイクロ回路に供給される電圧 (5V または 3.3V) に応じて、ジャンパを移動することで出力の論理ユニットのレベルを変更できると考えられます。 つまり、レベルの調整の問題は解決されつつあります。 この「トリック」については、ある程度の軽蔑を込めて書いています。なぜなら、それはどういうわけか奇妙に実装されており、自信を呼び起こすものではないからです。 ただし、特にその必要はないので、 レベルに同意する 5V と 3.3V の間を切り替えることは別の方法で簡単です。 そして、ここからが問題です。 このモジュールには 5V、VCC、3.3V の 3 つのピンがあります。 ジャンパー (キットにも含まれています) を使用すると、5V と VCC、または VCC と 3.3V を閉じることができます。 または、ジャンパが完全に存在しない場合は、VCC と 3.3V の間にインストールされている場合と同じようにすべてが動作するため、まったくインストールすることはできません。 5V ピンの電圧は、USB ポートの +5V ワイヤの電圧に対応します。 ジャンパがない場合、VCC ピンの電圧は約 3.8V、3.3V ピンの電圧は約 3.2V になります。 ジャンパが 5V と VCC の間に取り付けられている場合、原則として問題は生じません。TTL レベルは機能します。つまり、論理ユニットは 5 ボルトに達します。 しかし、VCC と 3.3V の間にジャンパを取り付けると、3.3V ピンの電圧が (ジャンパを取り付ける前の VCC の電圧と同じように) 3.8V に上昇し、ポート出力の論理ユニットが 3.6V に達するため、疑問が生じます。 ...3.8V、3.3Vにしてはちょっと多すぎます。 出力にジャンパを設置しなくても、ユニティレベルは 3.6 ～ 3.8V に達します。 おそらく何も燃え尽きることはありませんが、最大許容値に焦点を当てることは信頼性にとって最良の要素ではありません。

5. CH340Gコンバータのメリットとデメリット

欠点のうち、有能なアプローチをとれば無視できる小さな些細な点を 2 つだけ指摘しました。 そのうちの 1 つは、3.3V 規格との調整が完全に成功しているわけではありません。 ただし、3.3V 電源を使用しない場合、または使用するがレベルマッチングのタスクが問題にならない場合は、すべてが順調です。 2 番目の欠点は、このモジュールのすべての LED が同じ色 (赤) であるため、LED を使って移動する場合はその位置を覚えておく必要があることです。 しかし実際には、LED の必要性はそれほど大きくなく、それでも必要な場合は、独自の LED に交換できます。

間違いなくそれ以上の利点があります。 まず、ドライバーに問題がないことを嬉しく思います。 上で述べたように、超小型回路の場合 Windows用CH340ドライバー最新の OS バージョンを含む、自動的にインストールされます。 しかし、PL2303 チップ上のコンバータでは、すべてがはるかに複雑になります。 新しいバージョンの Windows 用の古いマイクロ回路用のドライバーはありません。 そして過去には、古いマイクロ回路が大量にリリースされました。 私の記憶が間違っていなければ、開発者が古いマイクロ回路をサポートしなかったのはこれが理由でした。 著作権に関して何らかの問題があったようです。市場には偽造の超小型回路が多数出回っていました。 そして開発者は、新しいチップの根本的な変更は行わず、ドライバーの要求に応答する方法のみを変更しました。 大まかに言えば、「あなたは誰ですか？」という質問に対して、新しいマイクロ回路は「私はVasya-plusです」と答え始めました。 そして、運転手が「私はヴァシャです」という答えを受け取った場合、このマイクロ回路に「森を通ってください、プラスなしでヴァシャ」と言います。 つまり、純粋に技術的には、新しいドライバーは古いマイクロ回路で簡単に動作する可能性があります。 私の知る限り、この惨劇を回避する方法さえあります。新しいドライバーを何らかの方法で古いマイクロ回路で強制的に動作させるか、古いドライバーを新しい OS に「ねじ込み」ます。

このモジュールのもう 1 つの便利な点は、CH340G チップのピン間隔がはるかに大きいため、はんだ付けがはるかに簡単であることです。 この超小型回路には 16 個のピンしかなく、その中には基本的に最も必要なピンだけが含まれていますが、PL2303 にはあらゆる状況に対応できるピンがあるようです。

私の意見では、入力の高抵抗「プルアップ」もプラスであると考えられます。これにより、論理ゼロ電流が減少し、信号源に対する要求が少なくなります。 干渉に対する保護の要件が非常に高い場合は、外部抵抗を使用して追加の「プルアップ」を簡単に構成できます。 このモジュールを役割で使用する場合 (右の図を参照)、すべての抵抗を同じ抵抗値 (1K...4.3K) で取り付けることができます。 つまり、CTS 入力の抵抗を大幅に減らす必要はありません。

過去に超小型回路で 2 つのコンバータの比較テストを行ったことも付け加えておきます。 PL2303そして CH340。 CH340 は間違いなく勝利しました。エクストリームモードでは、誤動作を経験するのがはるかに困難でした。 設計の異なるコンバータ（アダプタコード）でしたが、CH340ファミリーの他のモデルのコンバータも同様に信頼性が高いことが期待できると思います。

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サイト訪問者とのやり取りから

2017/05/12 ゲスト:
こんにちは、エフゲニー。
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同じコンバーター（1対1）を持っています。
実際には、10 チャンネル用に FlySky i6 機器を再フラッシュする必要があります。 初期状態では、ジャンパは「VCC-3V3」の位置にあります。 そのままにしておくべきだということを正しく理解しましたか？ 申し訳ありませんが、詳しくないのでこのような質問をさせていただきました。 何も燃やしたくない。

14.05.2017
こんにちは、ウラジミール！
ご質問に対する答えは、CH340G モジュールを接続する機器の技術的特性によって異なります。 私はこの装置に遭遇したことがないので、確かなことは言えません。 提供されたリンクでは 404 エラーが発生しますが、たとえリンクが機能したとしても、その機器を詳しく理解する時間が取れなかったでしょう。 まずはVCC-3V3を試してみてください。 これ以上悪化することはないと思います。 念のため、各信号線に 1 kΩ の抵抗を接続してください (これは実際には 3.3 V ではなく、それ以上であるためです)。

2017/05/14 ゲスト:
こんにちは、エフゲニー。
アドバイスありがとうございます！ 確かに、小さく始めたほうが良いでしょう。
そして、1 kΩは電流の大きさに基づいていますか? （信号線にどんな電流が流れるのか分かりません、どこにも見つかりませんでした）

17.05.2017
こんにちは、ウラジミール！
質問の形式が間違っています。 なぜ電流を知る必要があるのですか? どこかで、何らかの理由で誤って5 Vが抵抗器に印加された場合（理論的には、近くにそれ以上の電圧は存在しないはずです）、電流は5 mAになるという事実に基づいて、1 kΩを「目で見て」取得しました。 、それがマイナスの結果につながるべきではありません。

2017/05/17 ゲスト:
こんにちは、エフゲニー。
電流のことを話していたので... ゼロに近い場合、抵抗両端の電圧降下はなくなり、出力は 3.3 V ではなく、同じ 3.6 V になります。しかし、再保険の意味は理解しました。メモをありがとう。

19.05.2017
こんにちは、ウラジミール！
完全に非線形要素があります。 そして重要なのは、追加の 0.3 V が電圧で何かを破壊できるということではなく、正確には、電圧がわずかに増加しただけでも、突然非線形に電流が急激に増加する可能性があるということです。 たとえば、入力などの保護ダイオードが開く可能性があります。 抵抗は回路に直線性を追加し、そのような事態を防ぎます。 また、通常の電流は (常にではありませんが) 通常小さいため、抵抗は干渉しません。 例外は、入力の低抵抗プルアップです。 そうなると、抵抗器はそれを「克服」できなくなり、何も機能しなくなります。 これはオシロスコープ、または電圧計 (静的モード) によっても検出されます。

2017/05/19 ゲスト:
こんにちは、エフゲニー。
詳細な説明をありがとうございました。 今では、少なくともそのような保護のメカニズムは理解できました。 そうでなければ、中国人は負荷オン時の降下を考慮して意図的に電圧を上げた可能性があると思いました。 これが単なるバグであることは明らかです。

20.05.2017
こんにちは、ウラジミール！
負荷接続時の電圧の「サグ」を防ぐには、出力の負荷容量を増やしてください。 この目的のために「追加の」電圧は追加されません。 もちろん、3.3 V ではなく 3.6 V はそれほど多くはありませんし、それが原因で何かが壊れる可能性はほとんどありません。 しかし、3.3 V 電源で動作する超小型回路の入力に 3.8 V を供給するのは危険です。追加の 0.5 V によってすでに入力の保護ダイオードが開く可能性が十分にあり、出力の負荷容量が大きい場合は、接続されている入力が損傷します。 「安全」抵抗器がこれを防ぎます。