USB高速/全速轉(zhuǎn)串口系列芯片方案概述

方案概述;

沁恒專注于連接與控制領(lǐng)域，在USB轉(zhuǎn)接領(lǐng)域深耕多年。提供USB高速/全速轉(zhuǎn)串口系列芯片，可實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)1/2/4/8路串口，支持串口I/O獨立供電，支持VCP/HID/CDC/AOA轉(zhuǎn)串口，VCP串口支持硬件流控和高波特率大數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸，部分型號支持VID/PID/String等內(nèi)容配置，支持Windows/Linux/Android/macOS等操作系統(tǒng)。

最新第3代USB轉(zhuǎn)串口產(chǎn)品擁有如下優(yōu)勢：

內(nèi)部采用DMA收發(fā)，可實現(xiàn)6Mbps波特率連續(xù)穩(wěn)定通訊;

內(nèi)部高度集成，晶振/USB終端電阻/EEPROM全內(nèi)置;

雙電源設(shè)計，支持串口IO獨立供電，可支持5V/3.3V/2.5V/1.8V等串口通訊;

提供多種封裝，小至3*3mm;

支持VID/PID/String等內(nèi)容配置;

內(nèi)置Unique ID，可實現(xiàn)系統(tǒng)串口號固定及產(chǎn)品加密等;

具體選型時建議根據(jù)串口數(shù)量、芯片驅(qū)動類型、串口波特率支持、封裝類型、串口IO電壓工作范圍、MODEM信號支持、RS485控制信號支持、GPIO信號支持等條件靈活選用。

芯片提供的串口默認為TTL電平，通過電平轉(zhuǎn)換芯片可以靈活轉(zhuǎn)換為RS-232、RS-422、RS-485串口等。應(yīng)用框圖：

方案選型

本方案所描述內(nèi)容均為單芯片方案，各型號及主要區(qū)別如下：

驅(qū)動類型：CDC/HID為系統(tǒng)類驅(qū)動;VCP為廠商提供串口驅(qū)動，功能多，效率高，建議優(yōu)先選用。

USB配置：通過專用配置工具可以設(shè)置芯片的VID，PID，產(chǎn)品描述字符串等。

外置：通過外接串行EEPROM配置

內(nèi)置：內(nèi)置EEPROM

批量定制：支持批量化芯片與串口驅(qū)動定制

峰值最大波特率：芯片支持的最高波特率。

流控連續(xù)波特率：大數(shù)據(jù)量連續(xù)通訊支持的最高波特率。

MODEM信號：可兼做普通GPIO口使用，其中RTS/DTR用作普通輸出，CTS/DSR/DCD/RI用作普通輸入。如：MCU程序下載場景，可使用RTS/DTR其中一路信號控制復(fù)位，另一路信號用于控制MCU進入BOOT下載模式。

除MODEM信號，部分型號提供GPIO、I2C、BLE藍牙等其他通訊接口。

CH9143實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口功能的同時增加了BLE無線傳輸通道，實現(xiàn)BLE/串口/USB三向透傳。

沁恒全方位提供多種USB串口驅(qū)動程序供選擇，支持Windows/Linux/Android/macOS等操作系統(tǒng)。各類型詳細特點如下：

1、 VCP：使用廠商提供的USB虛擬串口驅(qū)動程序，工作時在Windows系統(tǒng)的“端口(COM和LPT)”一欄下會生成COM口，Linux/Android/macOS系統(tǒng)在/dev目錄下會生成TTY設(shè)備節(jié)點。

方案應(yīng)用特點：

支持高速率通訊及硬件流控。

功能齊全，支持GPIO等擴展功能。

仿真標(biāo)準(zhǔn)串口，用于升級原串口外圍設(shè)備，或者通過USB增加額外串口。

計算機端串口應(yīng)用程序完全兼容，無需修改。

驅(qū)動只需安裝一次也可以聯(lián)網(wǎng)自動安裝。

2、CDC：Windows 10及以上的操作系統(tǒng)版本內(nèi)置CDC串口驅(qū)動，以下的系統(tǒng)版本則需要安裝驅(qū)動。因CDC類協(xié)議和類驅(qū)動的原因，CDC串口功能沒有VCP完整，使用上也存在一些差異，具體見如下使用注意事項：

Windows系統(tǒng)CDC串口使用注意點;

-> 在串口打開的情況下，不要插拔串口

在串口應(yīng)用軟件已打開串口狀態(tài)下，拔插一次CDC串口設(shè)備的USB端，后續(xù)應(yīng)用軟件將無法再打開串口，此時必須重新插拔USB。(與系統(tǒng)自帶CDC串口驅(qū)動PnP處理有關(guān))

(注：在WIN 10之前系統(tǒng)版本中有此情況)

-> 串口RTS(Request To Send)信號不支持單獨控制

因CDC-ACM協(xié)議的限制和系統(tǒng)集成的CDC類驅(qū)動的特性，RTS無法單獨控制，只能在DTR有變化時，DTR和RTS狀態(tài)才會更新至硬件。

-> 不支持串口CTS(Clear To Send)信號

CDC-ACM協(xié)議不支持CTS狀態(tài)更新。

-> 不支持軟件和硬件流控

CDC-ACM協(xié)議不支持串口硬件流控，系統(tǒng)CDC串口驅(qū)動不支持軟件流控。

-> 使用串口高波特率時不建議持續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，建議在發(fā)送間隔內(nèi)增加延時

使用系統(tǒng)自帶的CDC串口驅(qū)動，在串口高波特率(超過115200bps)連續(xù)通訊時，有可能會丟失數(shù)據(jù)。

-> 在系統(tǒng)睡眠休眠前建議關(guān)閉串口，否則有概率在喚醒后串口會停止接收

在串口應(yīng)用軟件已打開串口狀態(tài)下，Windows主機進入睡眠或休眠狀態(tài)，則有概率出現(xiàn)主機喚醒后串口無法再接收數(shù)據(jù)。此時必須重新開關(guān)串口或插拔USB。

(注：在WIN 10之前系統(tǒng)版本中有此情況)

Linux系統(tǒng)CDC串口使用注意點;

-> 不支持串口CTS(Clear To Send)信號

CDC-ACM協(xié)議不支持CTS狀態(tài)更新。

-> 不支持軟件和硬件流控

CDC-ACM協(xié)議不支持串口硬件流控，系統(tǒng)CDC串口驅(qū)動不支持軟件流控。

macOS系統(tǒng)CDC串口使用注意點;

-> 不支持串口Modem輸入信號

因CDC-ACM協(xié)議和系統(tǒng)自帶驅(qū)動的原因，不支持CTS/DSR/RI/DCD狀態(tài)更新。

->不支持軟件和硬件流控

CDC-ACM協(xié)議不支持串口硬件流控，系統(tǒng)CDC串口驅(qū)動不支持軟件流控。

方案應(yīng)用特點：

支持多功能高速率的 VCP 廠商驅(qū)動程序或者部分操作系統(tǒng)內(nèi)置的CDC類驅(qū)動程序。

計算機端串口應(yīng)用程序大部分功能可兼容。

3、 HID：使用操作系統(tǒng)自帶的USB HID設(shè)備驅(qū)動，USB HID串口在系統(tǒng)上識別為標(biāo)準(zhǔn)HID設(shè)備。

方案應(yīng)用特點：

支持免安裝的操作系統(tǒng)內(nèi)置HID類驅(qū)動程序。

系統(tǒng)下不生成串口節(jié)點，無需手動選擇，同時也實現(xiàn)了一定程度的信息隱藏。

數(shù)據(jù)收發(fā)使用USB中斷傳輸，支持最高波特率為：115200bps。

需使用系統(tǒng)HID原生API或者WCH提供的動態(tài)庫操作串口。

4、AOA：遵循安卓AOA協(xié)議，僅用于安卓系統(tǒng)，使用系統(tǒng)自帶的AOA配件驅(qū)動，AOA串口在系統(tǒng)上識別為標(biāo)準(zhǔn)AOA配件。

方案應(yīng)用特點：

使用安卓標(biāo)準(zhǔn)Accessory配件庫，實現(xiàn)免驅(qū)應(yīng)用。

實現(xiàn)安卓設(shè)備邊充電邊通訊。

對比安卓OTG擴展串口方式，通用性更強。

應(yīng)用場景;

資源提供;

設(shè)計參考資料、開發(fā)資料及系統(tǒng)驅(qū)動，均可以提供，提供上述USB轉(zhuǎn)1串、2串、4串、8串的芯片與成品板，且提供支持更多串口及各類串口電平的成品板。

其他多串口方案可參考《PCI/PCIE轉(zhuǎn)多串口及打印口方案》、《多串口擴展芯片方案》，除此之外還可根據(jù)客戶需求提供芯片與方案定制。希望能幫助更多愛好和需要的電子朋友們

審核編輯：湯梓紅