如今，USB 端口被廣泛用于電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交易。在很多場(chǎng)景下，不需要直接與USB口通信，因此電子設(shè)計(jì)人員使用USB轉(zhuǎn)UART（RS232-Serial）轉(zhuǎn)換芯片，將USB口轉(zhuǎn)換為電腦上的虛擬COM口。許多設(shè)計(jì)人員最初的想法是使用 FTDI 芯片進(jìn)行 USB 到 UART 的轉(zhuǎn)換。然而，F(xiàn)TDI 芯片并沒(méi)有什么問(wèn)題，但它們很昂貴。在本文/視頻中，我將介紹使用 Microchip 的 MCP2200 芯片的廉價(jià) USB 到 UART 轉(zhuǎn)換器模塊。該轉(zhuǎn)換器支持 3.3V 和 5V 串行邏輯電平，并使用三個(gè) LED 指示燈進(jìn)行電源連接、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)接收。

該模塊支持串行 CTS 和 RTS 引腳，以及 6 個(gè)可用于直接控制連接設(shè)備的 GPIO。該模塊的串行數(shù)據(jù)已使用 Silent SDS2102X Plus 示波器的 UART 解碼功能進(jìn)行檢查和解碼。所以讓我們開(kāi)始吧！

電路分析

圖 1 顯示了 USB 轉(zhuǎn) UART 轉(zhuǎn)換器模塊的示意圖。為了更好地進(jìn)行視覺(jué)檢查，原理圖被分成了幾個(gè)部分。

圖1 USB轉(zhuǎn)UART轉(zhuǎn)換模塊示意圖

IC1 是 Microchip 的 MCP2200 [1] USB 到 UART 轉(zhuǎn)換器芯片。它支持高達(dá) 12Mb/s 的全速 USB，并采用 20 引腳 SOIC 封裝。所以很容易焊接這個(gè)組件進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。它還配備了 RTS 和 CTS 引腳以及六個(gè) GPIO。

R1 是復(fù)位引腳的上拉電阻，C1 和 C2 是去耦電容以降低電源噪聲。C3、C5 和 Y1 構(gòu)建時(shí)鐘生成單元。C6 降低了 VUSB 軌噪聲。

USB1 是用于 USB 電纜連接的 SMD USB-mini 連接器。C4 和 FB1 降低 +5V USB 電源噪聲。圖 2 顯示了 SMD USB-B 迷你連接器的圖片。

圖 2：SMD USB-mini 連接器

REG1 是 RT9166-33GX [2]，它是采用小型 SOT-89 封裝的線性 3.3V 穩(wěn)壓器。根據(jù)數(shù)據(jù)表：“RT9166/A 系列是 CMOS 低壓差穩(wěn)壓器，針對(duì)超快速瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化。這些器件能夠提供 300mA 或 600mA 的輸出電流，壓差分別為 230mV 或 580mV。RT9166/A 系列針對(duì) CD/DVD-ROM、CD/RW 或無(wú)線通信電源應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。RT9166/A 穩(wěn)壓器在輸出電容低至 1μF 時(shí)穩(wěn)定。其他特性包括超低壓差、高輸出精度、限流保護(hù)和高紋波抑制比。這些器件提供 1.2V 至 4.5V 的固定輸出電壓范圍，每步 0.1V。RT9166/A 穩(wěn)壓器有 3 引腳 SOT-23（僅限 RT9166）、SOT-89、SOT-223、TO-92、

P3 是一個(gè) 3 針公頭，用戶(hù)只需使用跳線即可在 3.3V 和 5V 邏輯電平之間切換。D1、D2 和 D3 是三個(gè) SMD LED，用于指示正??確的 USB 電纜連接、數(shù)據(jù)傳輸和接收。R2、R3 和 R4 用于限制 LED 的電流。

PCB布局

圖 3 顯示了 USB 到 UART 轉(zhuǎn)換器模塊的 PCB 布局。它是兩層 PCB 板，所有元件封裝均為 SMD（排針除外）。

圖 3：使用 MCP2200 的 USB 到 UART 轉(zhuǎn)換器的 PCB 布局

圖 4 是頂層和底層的單獨(dú)視圖，因此紅色層是頂層，藍(lán)色層是底層。

圖 4：PCB 頂層和底層的單獨(dú)視圖

當(dāng)我決定為這個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)原理圖和 PCB 時(shí)，我意識(shí)到我的組件庫(kù)存儲(chǔ)中沒(méi)有 IC1[3] 和 REG1[4] 的組件庫(kù)。所以像往常一樣，我決定使用 SamacSys IPC 評(píng)級(jí)的組件庫(kù)，并使用免費(fèi)的 SamacSys 工具和服務(wù)安裝缺少的庫(kù)（原理圖符號(hào)、PCB 封裝、3D 模型）。將庫(kù)導(dǎo)入電子設(shè)計(jì)CAD軟件有兩種選擇：您可以訪問(wèn)componentsearchengine.com并下載并導(dǎo)入庫(kù)，或者您可以使用SamacSys CAD插件直接搜索/導(dǎo)入模型到設(shè)計(jì)環(huán)境中。圖 5 顯示了所有受支持的電子設(shè)計(jì) CAD 軟件 [5]，因?yàn)楹苊黠@所有已知的軟件都受支持。我使用 Altium Designer，

圖 5：SamacSys 插件支持的所有電子設(shè)計(jì) CAD 軟件

圖 6：SamacSys Altium 插件中選定的組件庫(kù)

集會(huì)

圖 7 顯示了頂視圖，圖 8 顯示了組裝好的 PCB 板的底視圖。PCB板由PCBWay制造。我得到了 10 塊板，價(jià)格沒(méi)有變化。銅、絲印和阻焊層的質(zhì)量都很好，所以我對(duì)元件的焊接完全沒(méi)有問(wèn)題。組件的最小封裝尺寸為 0805。

圖 7：組裝好的 PCB 板的俯視圖

圖 8：組裝好的 PCB 板的底視圖

測(cè)試與測(cè)量

完成焊接后（或收到組裝好的板子），如果需要，您應(yīng)該將模塊連接到計(jì)算機(jī)并配置 MCP2200 芯片。Microchip 提供了一個(gè)實(shí)用軟件來(lái)配置芯片 [7]，名為“MCP2200 配置實(shí)用程序”。圖 9 顯示了實(shí)用軟件的屏幕截圖。就我而言，在第一次嘗試時(shí)，LED 沒(méi)有閃爍，所以我必須在配置中啟用閃爍。

圖 9：微芯片 MCP2200 配置實(shí)用程序

圖 10 提供了模塊的接線圖。使用本指南，您應(yīng)該不會(huì)遇到連接和接線問(wèn)題。

圖10 USB轉(zhuǎn)UART模塊接線圖

我將模塊的RX信號(hào)（計(jì)算機(jī)是發(fā)射器）連接到Siglent SDS2102X Plus示波器[8]以檢查信號(hào)并解碼數(shù)據(jù)。同時(shí)，我用跳線在 3.3V 和 5V 邏輯電平之間切換。圖 11 顯示了 UART 信號(hào)和解碼數(shù)據(jù)，圖 12 顯示了相同的信號(hào)以及啟用的結(jié)果列表，可用于檢查時(shí)序、錯(cuò)誤等。有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)查看視頻。

圖 11：使用 Silent SDS2102X Plus 示波器解碼的 RX-UART 數(shù)據(jù)

圖 12：使用 Silent SDS2102X Plus 示波器解碼的 RX-UART 數(shù)據(jù)（啟用的結(jié)果列表）

材料清單

圖 13 顯示了該項(xiàng)目的材料清單。

圖 13：材料清單

審核編輯：湯梓紅