基于FTDI芯片進行USB到UART的轉換設計方案實現

如今，USB端口已廣泛用于電子設備和計算機之間的數據交易。在許多情況下，不需要直接與USB端口通信，因此電子設計人員使用USB到UART（RS232-Serial）轉換器芯片，因此USB端口被轉換為計算機上的虛擬COM端口。許多設計師的最初想法是使用FTDI芯片進行USB到UART的轉換。選擇FTDI芯片沒錯，但是它們很昂貴。

因此在本文中，我介紹了一種廉價的USB至UART轉換器模塊，該模塊使用Microchip的MCP2200芯片。該轉換器支持3.3V和5V串行邏輯電平，并使用三個LED指示器進行電源連接，數據傳輸和數據接收。

該模塊支持串行CTS和RTS引腳，以及六個可用于直接控制連接設備的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據。

A.電路分析

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

圖1，USB轉UART轉換器模塊的示意圖

IC1是Microchip的MCP2200 ［1］ USB轉UART轉換器芯片。它支持高達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行原型制作。它還配備了RTS和CTS引腳以及六個GPIO。

R1是復位引腳的上拉電阻，C1和C2是去耦電容，以減少電源噪聲。C3，C5和Y1構成時鐘生成單元。C6降低了VUSB導軌噪聲。

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穩壓器。根據數據表：“ RT9166 / A系列是CMOS低壓差穩壓器，針對超快速瞬態響應進行了優化。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或無線通信電源應用進行了優化。RT9166 / A穩壓器可使用低至1μF的輸出電容器穩定。其他功能包括超低壓差，高輸出精度，限流保護和高紋波抑制比。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SMD LED，它們指示正確的USB電纜連接，數據發送和接收。R2，R3和R4用于限制LED的電流。

B.PCB布局

圖3顯示了USB轉UART轉換器模塊的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UART轉換器的PCB布局

圖4是頂層和底層的單獨視圖，因此紅色層是頂層，藍色層是底層。

圖4，PCB頂層和底層的單獨視圖

當我決定為該項目設計原理圖和PCB時，我意識到我的組件庫存儲中沒有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，并使用免費的SamacSys工具和服務安裝了缺少的庫（示意圖，PCB尺寸，3D模型）。有兩種方法可以將庫導入到Electronic designing CAD軟件中：您可以訪問componentsearchengine.com并下載和導入庫，也可以使用SamacSys CAD插件直接將模型搜索/導入到設計環境中。

圖5顯示了所有受支持的電子設計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計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個板，沒有價格變動。銅，絲網印刷和阻焊膜的質量都很好，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，應將模塊連接到計算機并配置MCP2200芯片。Microchip提供了用于配置芯片［7］的實用程序軟件，名為“ MCP2200配置實用程序”。圖9顯示了該實用程序軟件的屏幕截圖。就我而言，第一次嘗試時，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該沒有任何問題。

圖10，USB轉UART模塊的接線圖

我將模塊（計算機是發送器）的RX信號連接到Siglent SDS2102X Plus示波器［8］，以檢查信號并解碼數據。同時，我玩跳線以在3.3V和5V邏輯電平之間切換。圖11顯示了UART信號和解碼后的數據，圖12顯示了具有使能結果列表的相同信號，該結果列表可用于檢查時序，錯誤等。

圖11，使用Siglent SDS2102X Plus示波器解碼的RX-UART數據

圖12，使用Siglent SDS2102X Plus示波器解碼的RX-UART數據（啟用的結果列表）

E.物料清單

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