01

物聯網系統中為什么要使用USB 接口芯片

在物聯網系統中使用USB接口芯片的原因主要基于USB接口的多種優勢及其與物聯網設備的兼容性。以下是詳細分析：

1、廣泛的兼容性與標準化

USB接口已成為消費性和工業電子產品的標準接口之一，具有廣泛的兼容性。物聯網設備通過集成USB接口芯片，可以方便地與其他具有USB接口的設備進行連接和數據交換，無需擔心兼容性問題。

2、高效的數據傳輸能力

USB接口支持多種數據傳輸速率，從USB 1.1的12 Mbps到USB 3.x的數千Mbps不等。這種高效的數據傳輸能力使得物聯網設備能夠快速地與計算機、服務器或其他設備進行數據通信，滿足物聯網系統對實時性和高效性的要求。

3、靈活的電力供應

USB接口不僅用于數據傳輸，還可以為連接的設備提供電力。在物聯網系統中，許多設備需要持續供電以保持正常運行。通過USB接口供電，可以簡化電源設計，減少設備體積和重量，提高設備的便攜性和靈活性。

4、易于擴展和升級

USB接口支持熱插拔功能，即在不關閉系統電源的情況下，可以連接或斷開USB設備。這使得物聯網系統在擴展或升級時更加靈活方便。例如，可以通過USB接口連接新的傳感器、執行器等設備，或更新設備的固件和驅動程序。

5、豐富的外設支持

USB接口支持多種外設，包括鍵盤、鼠標、打印機、攝像頭、存儲設備等。在物聯網系統中，這些外設可以用于數據采集、人機交互、數據存儲等多種場景。通過集成USB接口芯片，物聯網設備可以輕松地與這些外設進行連接和使用。

6、低功耗設計

盡管USB接口在小型、便攜式設備上可能會增加電流消耗，但現代USB接口芯片和技術已經提供了低功耗解決方案。例如，USB Type-C接口提供了更高的電力傳輸效率，同時支持多種電源管理功能，有助于降低設備的功耗和延長電池壽命。

7、強大的軟件支持

USB接口得到了廣泛的軟件支持，包括操作系統層面的驅動程序和應用程序層面的API接口。這使得物聯網設備可以輕松地與各種軟件和應用程序進行集成和交互，實現更復雜的功能和應用場景。

8、應用場景

USB接口芯片的應用場景非常廣泛，幾乎涵蓋了所有需要數據傳輸和連接外部設備的領域。主要包括：

計算機和外圍設備連接：如打印機、掃描儀、攝像頭、音頻設備等。

嵌入式系統：如智能手機、平板電腦、數字相機等。

汽車電子：用于車載娛樂系統、導航系統、安全系統等的數據傳輸和通信。

醫療設備：用于醫療設備與計算機或其他設備之間的數據傳輸和監控。

工業控制：在工業自動化和機器人控制中，USB接口芯片用于實現設備之間的數據交互和控制。

綜上所述，物聯網系統中使用USB接口芯片的原因主要包括廣泛的兼容性與標準化、高效的數據傳輸能力、靈活的電力供應、易于擴展和升級、豐富的外設支持、低功耗設計以及強大的軟件支持等。這些優勢使得USB接口芯片成為物聯網系統中不可或缺的組成部分。

本文會再為大家詳解電接口芯片家族中的一員——USB接口芯片。

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USB接口芯片定義

USB接口芯片是指按照USB總線協議進行通信，并通過內部集成的邏輯電路將USB通信內容轉化為其他接口（如SPI、I2C）或電位信號，以控制其他裝置（如鼠標、鍵盤、音箱、GPS等）的芯片。USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）是一種串口總線標準，也是一種輸入輸出接口的技術規范，被廣泛地應用于個人電腦和移動設備等信息通訊產品，并擴展至攝影器材、數字電視（機頂盒）、游戲機等其它相關領域。

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USB接口芯片的原理

USB接口芯片的核心是USB控制器，它包含了USB通信協議的處理邏輯和數據緩存功能。當USB設備插入計算機或其他主機設備時，USB接口芯片會檢測到設備的插入，并向主機發送插入信號。主機在接收到插入信號后，會發送設備識別請求，芯片會根據請求返回設備的信息。之后，主機和設備之間會進行一系列的數據傳輸和通信，芯片會負責處理和管理這些數據。當設備被拔出時，芯片會向主機發送拔出信號，主機會斷開與設備的連接。

TTL電平、COMS電平、232電平、USB電平信號的主要特性

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USB接口芯片的分類

USB接口芯片主要分為三大類：

USB主控制器芯片：主要負責實現主機與USB設備之間的數據傳輸。

USB集線器芯片：可以將一個USB接口的信號和電力傳輸到另外幾個USB接口。

USB功能設備芯片：主要負責USB接口的連接和中斷處理，以及各種USB設備的識別、協議轉換和控制等功能。

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USB接口芯片的選型參數

在選擇USB接口芯片時，需要考慮以下參數：

兼容性：確保芯片支持所需的USB版本（如USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1等）和設備類型。

數據傳輸速度：根據應用需求選擇合適的數據傳輸速度。

功耗：考慮芯片的功耗是否符合設備的電源要求。

封裝形式：根據PCB布局和空間限制選擇合適的封裝形式。

內置功能：如是否需要內置時鐘、EEPROM等。

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不同設備之間USB通信方案選擇

PC機上的通信接口有USB接口，相應電平邏輯遵照USB原則；還有DB9接口（九針口），相應電平邏輯遵照RS-232原則。

而我們的單片機上的串行通信通過單片機的RXD、TXD、VCC、GND四個引腳，相應電平邏輯遵照TTL原則。

當然，新手小白買的學習板上肯定都已經集成了類似PL2303、CP2102之類的USB轉TTL芯片，相應接口也變成了USB接口；有些學習板上集成的是MAX232之類的TTL轉RS-232芯片，相應的接口也變成了DB9接口。

轉換的目的是把電平轉換到雙方都能識別，下面分類舉例：

情況1：PC機USB口與不帶電平轉換芯片的單片機通信

方法：外購USB轉TTL模塊，如下圖所示。該模塊一端接入PC機的USB接口，另一端有TXD、RXD、GND、5V、3.3V五個引腳，分別與單片機的RXD、TXD、GND、5V引腳相連，對于采用3.3V供電的單片機則把5V改為3.3V即可。該模塊核心就是一塊PL2303、CP2102芯片進行USB與TTL電平的轉換。

情況2：PC機USB口與集成了USB轉TTL芯片的單片機通信

方法：直接用USB線連接即可，只是單片機上的USB接口形式有時會不同，根據A-USB、B-USB、micro-USB、mini-USB分別選擇合適的接線

情況3：PC機USB口與集成了TTL轉RS-232芯片的單片機通信

方法：外購USB轉RS-232模塊，如下圖所示。該模塊核心是在DB9的一端有一塊CH340或CH341電平轉換芯片，把RS-232電平轉換為USB電平

情況4：PC機DB9接口與不帶電平轉換芯片的單片機通信

方法：外購RS232轉TTL模塊，如下圖所示。該模塊一端是DB9與PC機DB9連接，一端是RXD、TXD、VCC、GND與單片機相應引腳連接。其核心是一塊max232電平轉換芯片。

情況5：PC機DB9接口與成了USB轉TTL芯片的單片機通信

方法：一般不會這么進行通信PC機上DB9接口都有了還會沒有USB接口？如果非要進行，外購RS-232轉USB模塊，如上面提到過的

情況6：PC機DB9接口與成了RS-232轉TTL芯片的單片機通信

方法：直接用DB9（串口線）連接即可！

用一張圖總結一下以上幾種情況：

最后，別忘了PC端還要安裝相應的驅動程序哦！

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USB接口芯片的使用注意事項

供電電壓：確保為USB接口芯片提供正確的供電電壓，通常為5V或3.3V。

信號完整性：在PCB設計中注意USB信號線的布局和走線，避免信號干擾和衰減。

驅動安裝：確保在使用前已安裝正確的驅動程序，以避免設備無法識別或功能異常。

熱插拔：雖然USB接口支持熱插拔，但在插拔過程中應避免暴力操作，以免損壞接口或芯片。

靜電防護：在連接或斷開USB設備時，注意靜電防護，避免靜電對芯片造成損害。

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USB接口芯片的廠商

USB接口芯片的廠商眾多，包括但不限于英特爾（Intel）、德州儀器（TI）、微芯科技（Microchip）、恩智浦（NXP）、威盛電子（VIA）等。此外，還有一些專注于USB接口芯片研發的國內廠商，如南京沁恒微電子股份有限公司等。這些廠商提供了多種類型、不同規格和性能的USB接口芯片供用戶選擇。

供應商A:沁恒微電子

1、產品能力

（1）選型手冊

PRODUCT_GUIDE.PDF

（2）主推型號1:CH340N

對應的產品詳情介紹

沁恒微電子的CH340N是一款USB轉串口芯片，它在多個領域都有廣泛的應用。以下是對CH340N的詳細介紹：

一、基本信息

品牌：WCH/沁恒

型號：CH340N

封裝形式：SOP-8，這種封裝形式使得芯片尺寸小，便于在PCB上布局。

內部特性：內置晶振，無需外部晶振電路，簡化了外圍電路設計。

二、電氣參數

電源電壓：根據參考文章，CH340N支持3.3V和5V電源電壓。但請注意，不同來源的信息可能有所差異。例如，有信息指出其最小電源電壓為3V，最大電源電壓為8V（可能是指在不同應用或測試條件下的極限值），但在實際應用中，常見的供電電壓為3.3V或5V。

工作溫度：支持較寬的工作溫度范圍，最小工作溫度為-50°C，最大工作溫度可達100°C或更高（具體取決于不同來源的信息）。

三、應用特點

外圍電路簡單：CH340N的應用電路相對簡單，沒有冗余的復雜設計，使得用戶使用起來更加便捷。

成本低：作為國產芯片，CH340N的成本相對較低，符合當前的經濟貿易趨勢。

易于集成：由于其小巧的封裝形式和內置晶振的特性，CH340N易于集成到各種電子設備中。

廣泛應用：CH340N可廣泛應用于便攜式低功耗產品、消費類電子產品、智能電表、商業機器人激光雷達等領域，實現USB與串口之間的轉換。

四、使用注意事項

供電電壓：確保為CH340N提供正確的供電電壓，避免電壓過高或過低導致芯片損壞。

信號完整性：在PCB設計中注意USB信號線的布局和走線，避免信號干擾和衰減。

驅動安裝：在使用前，確保已在上位機（如PC）上安裝了CH340N的驅動程序，以便正確識別和使用設備。

靜電防護：在連接或斷開USB設備時，注意靜電防護，避免靜電對芯片造成損害。

五、應用場景

便攜式低功耗產品：如智能手表、藍牙耳機等，CH340N可用于實現USB充電和調試功能。

消費類電子產品：如打印機、掃描儀等，CH340N可用于將設備的串口信息通過USB傳輸到上位機進行顯示或處理。

智能電表：在智能電表中，CH340N可用于實現USB接口與電表內部電路之間的通信，以便將用電信息傳輸到云端服務器。

商業機器人激光雷達：在商用機器人雷達中，CH340N可用于提供穩定、高速的數據傳輸解決方案。

六、廠商信息

南京沁恒微電子股份有限公司是一家專注于連接技術和微處理器內核研究的集成電路設計企業。該公司基于自研專業接口IP、微處理器內核IP構建芯片，致力于為客戶提供萬物互聯、上下互通的芯片及解決方案。其主要產品包括USB/藍牙/以太網接口芯片和連接型/互聯型/無線型MCU等。

綜上所述，沁恒微電子的CH340N是一款功能強大、易于使用且成本較低的USB轉串口芯片，在多個領域都有廣泛的應用前景。

硬件參考設計

研發設計注意使用事項

上圖是統一供電方式下MCU單片機通過TTL串口連接CH340芯片實現USB通訊的參考電路。該產品選擇自供電方式，VCC支持5V或者3.3V（VCC為3.3V時V3需短接到VCC），完全不使用USB總線電源VBUS（如有需要MCU可以通過I/O串電阻后檢測其是否有效）。CH340與MCU使用同一電源VCC，所以CH340與MCU之間不存在雙電源通過I/O相互電流倒灌的情形。CH340沒有使用到的信號線都可以懸空。對于CH340C/N/K/E/X/B芯片，無需X6和C17及C18

核心料（哪些項目在用）

NB定位器traker,eSIM讀卡表控制板項目

（1）技術產品

技術資料

CH340DS1.PDF

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