如今，USB端口已廣泛用于電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交易。在許多情況下，不需要直接與USB端口通信，因此電子設(shè)計(jì)人員使用USB到UART（RS232-Serial）轉(zhuǎn)換器芯片，因此USB端口被轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)上的虛擬COM端口。許多設(shè)計(jì)師的最初想法是使用FTDI芯片進(jìn)行USB到UART的轉(zhuǎn)換。選擇FTDI芯片沒錯(cuò)，但是它們很昂貴。

因此在本文中，我介紹了一種廉價(jià)的USB至UART轉(zhuǎn)換器模塊，該模塊使用Microchip的MCP2200芯片。該轉(zhuǎn)換器支持3.3V和5V串行邏輯電平，并使用三個(gè)LED指示器進(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，以及六個(gè)可用于直接控制連接設(shè)備的GPIO。已使用Siglent SDS2102X Plus示波器的UART解碼功能檢查并解碼了模塊的串行數(shù)據(jù)。

A.電路分析

圖1顯示了USB轉(zhuǎn)UART轉(zhuǎn)換器模塊的示意圖。原理圖已分為幾個(gè)部分，以進(jìn)行更好的視覺檢查。

圖1，USB轉(zhuǎn)UART轉(zhuǎn)換器模塊的示意圖

IC1是Microchip的MCP2200 ［1］ USB轉(zhuǎn)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。因此，很容易焊接該組件以進(jìn)行原型制作。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，以減少電源噪聲。C3，C5和Y1構(gòu)成時(shí)鐘生成單元。C6降低了VUSB導(dǎo)軌噪聲。

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

圖2，一個(gè)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CD / DVD-ROM，CD / RW或無線通信電源應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。RT9166 / A穩(wěn)壓器可使用低至1μF的輸出電容器穩(wěn)定。其他功能包括超低壓差，高輸出精度，限流保護(hù)和高紋波抑制比。這些器件的固定輸出電壓范圍為1.2V至4.5V，每步為0.1V。RT9166 / A穩(wěn)壓器提供3引腳SOT-23（僅RT9166），SOT-89，SOT-223，TO-92，

P3是3針公頭，允許用戶通過使用跳線在3.3V和5V邏輯電平之間切換。D1，D2和D3是三個(gè)SMD LED，它們指示正確的USB電纜連接，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。R2，R3和R4用于限制LED的電流。

B.PCB布局

圖3顯示了USB轉(zhuǎn)UART轉(zhuǎn)換器模塊的PCB布局。它是兩層PCB板，所有組件封裝均為SMD（引腳連接器除外）。

圖3，使用MCP2200的USB轉(zhuǎn)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)我決定為該項(xiàng)目設(shè)計(jì)原理圖和PCB時(shí)，我意識(shí)到我的組件庫存儲(chǔ)中沒有IC1 ［3］和REG1 ［4］的組件庫。因此，與往常一樣，我決定使用SamacSys IPC額定組件庫，并使用免費(fèi)的SamacSys工具和服務(wù)安裝了缺少的庫（示意圖，PCB尺寸，3D模型）。有兩種方法可以將庫導(dǎo)入到Electronic designing CAD軟件中：您可以訪問componentsearchengine.com并下載和導(dǎo)入庫，也可以使用SamacSys CAD插件直接將模型搜索/導(dǎo)入到設(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，很明顯，所有已知軟件均受支持。我使用了Altium Designer支持

圖5，SamacSys插件支持的所有電子設(shè)計(jì)CAD軟件

圖6，SamacSys Altium插件中的選定組件庫

C.組裝

圖7顯示了組裝后的PCB板的俯視圖，圖8顯示了仰視圖。PCB板由PCBWay制造。我最多可以拿10個(gè)板，沒有價(jià)格變動(dòng)。銅，絲網(wǎng)印刷和阻焊膜的質(zhì)量都很好，所以我完全不用焊接元件。組件的最小封裝大小為0805。

圖8，組裝好的PCB板的底視圖

D.測試與測量

在完成焊接（或收到組裝好的電路板）之后，如有必要，應(yīng)將模塊連接到計(jì)算機(jī)并配置MCP2200芯片。Microchip提供了用于配置芯片［7］的實(shí)用程序軟件，名為“ MCP2200配置實(shí)用程序”。圖9顯示了該實(shí)用程序軟件的屏幕截圖。就我而言，第一次嘗試時(shí)，LED沒有閃爍，因此我必須在配置中啟用閃爍。

圖9，Microchip MCP2200配置實(shí)用程序

圖10提供了模塊的接線圖。使用本指南，您在連接和接線方面應(yīng)該沒有任何問題。

圖10，USB轉(zhuǎn)UART模塊的接線圖

我將模塊（計(jì)算機(jī)是發(fā)送器）的RX信號(hào)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)，我玩跳線以在3.3V和5V邏輯電平之間切換。圖11顯示了UART信號(hào)和解碼后的數(shù)據(jù)，圖12顯示了具有使能結(jié)果列表的相同信號(hào)，該結(jié)果列表可用于檢查時(shí)序，錯(cuò)誤等。

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

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

E.物料清單

責(zé)任編輯:pj