Для управления и настройкой некоторых конструкций на микроконтроллерах PIC и ATMEGA необходимо удобное их подключение к компьютеру или ноутбуку. В серии микроконтроллеров PIC16 (на которых я обычно и делаю свои самоделки) нет аппаратной реализации USB, но есть обычный последовательный порт UART, который является урезанной версией COM-порта старых компьютеров. Работа с ним не вызывает особых трудностей, а также необходимо не много ресурсов самого микроконтроллера, т.к. в отличии от USB в нем более простой протокол, который тем не менее позволяет так же передавать данные. В некоторых компьютерах все еще есть COM-порт, правда иногда он не выведен наружу - в таком случае для подключения необходимо только подключение преобразователя уровней (например, MAX232) , но на более новых материнских платах, а также ноутбуках его нет вовсе.

Подключение микросхемы достаточно простое даже для начинающего радиолюбителя.

Сборка Z-Duino

Итак, начнем. Выигранный мной набор для сборки включает в себя три пакетика.

В один упакованы разъёмы, панелька для контроллера и сам контроллер - ATmega328P, в него прошит загрузчик и скетч “Blink”. Другой пакетик наполнен “рассыпухой”, среди которой есть “бомбовая” кнопочка с красным толкателем - для сброса. В третьем пакетике: качественная плата и один из светодиодов. В наборе их два: зелёный - по питанию, и жёлтый - на pin13. Внешне одинаковые, и, чтоб их не перепутать, жёлтый упакован вместе с платой, но ничего не мешает запаять их наоборот.

Сборка прошла в два этапа. Сначала запаиваю все SMD компоненты

Затем все выводные

Мне захотелось чтобы джампер выбора питания был установлен перпендикулярно плате, поэтому я выгнул выводы плоскогубцами, припаял и обкусил лишнее.

После сборки платы подаю питание: зелёный светодиод светится, жёлтый мигает. Хорошо, теперь нужен переходник для заливки скетчей. Если есть аппаратный COM порт на материнской плате, то можно взять преобразователь уровней на предназначенной для этих целей MAX232 или собрать на транзисторах (как в Arduino Severino).

Преобразователь на транзисторах повторяет схему из Arduino Severino , а для переходника на микросхеме я выбрал MAX232CPE: вместо электролитов 10uF устанавливаются керамические 100n. У микросхемы, перед монтажом, нужно отломать выводы 7 и 10, или отогнуть их в сторону.

Для использования переходника на транзисторах или на MAXе, необходимо любым удобным способом подать на плату Z-duino 5V. Я взял прямо с USB и воткнул в разъём ICSP. Джампер выбора питания нужно установить в положение 5V.

Внимание! Если Вы что-нибудь спалите или нанесёте любой вред реализуя идеи изложенные в этой статье, то ответственность за негативные последствия несёте Вы, а не автор этих идей (то есть я). Например, в примере выше, 5V с USB на контроллер поступает напрямую, минуя предохранитель и защитный диод. Осознавайте что Вы делаете, соблюдайте полярность подключения и не превышайте максимальный ток, который может выдать большинство USB разъемов компьютера, а именно 500мА.

Если нет COM порта, можно применить переходник USB-COM. Я уже писал о переходнике на mega8 распаяном на самодельной Arduino, будет фото и схема переходника на контроллере в DIP и в TQFP корпусе.

К разъёму подведены все сигналы которые обеспечивает конвертер. На схеме и чертежах плат есть предохранители типоразмера 1206 в цепи 5V от USB. У меня таких нет, вообще нет SMD предохранителей, поэтому я установил перемычки.

На двух платах перепутаны местами RX и TX, пришлось резать дорожки, паять перемычки, в чертежах плат ошибки исправлены.

О реализации варианта этого переходника на ATtiny2313 есть на getchip.net.

Статья устарела - сейчас уже не найти data-кабели с USB на старенькие телефоны; поэтому готовый переходник можно за недорого заказать на алиэкспрессе (примечание домовенка сайта).

Честно говоря, мы все обленились... наши прадеды могли спаять схему из сотни элементов за один вечер и не обламывались. Нам же подавай все готовенькое. Примером является простой переходник с COM порта на TTL уровень. Кажется схема в 5 деталей, а как лениво паять. Тем более что последовательные порты теперь в большом дефиците. А на ноутбуках так их вообще нет. Можно конечно воспользоваться интерфейсом USB, но, кто-нибудь пробовал его программировать? Жесть! Да и не всякий контроллер его держит. А вот UART есть почти во всех AVR, причем аппаратно реализованный.

Вывод напрашивается сам. Нужен дешевый, простой и надежный переходник с USB на UART (COM) с уровнями TTL-логики (0-5вольт). И желательно дополнительными цепями питания, чтобы наше устройство можно было запитать прямо от переходника, не подключая дополнительное питание. И такой переходник есть. Причем готов поспорить, что не дальше чем в километре от вас. В любом салоне Евросети можно всего за 300рублей (или 160 как повезет) купить такое чудо. Простой Data-кабель. Переходник с USB на телефон. В большинстве моделей трубок данные передаются именно через TTL-UART. Тоесть последовательный интерфейс с уровнями напряжений 0-5вольт. (я использовал кабели для старых ericsson R-320)

Вот так выглядит это чудо на прилавке. Внутри - проводок и диск с драйвером. Желательно брать именно такого вида, ибо похожие по форме, но без этикетки евросети - полный отстой: работают через одного и не развязаны с компом по питанию. Обратите внимание, что проводок должен быть с небольшой пластиковой коробочкой. В ней вся соль. Это и есть наш переходник.

Итак, раскурочившем наше приобретение. Внутри плата с чипом PL-2303HX компании Prolific и две группы контактных площадок. Одна - это вход USB, вторая это как раз то что нас интересует. UART с TTL уровнями сигнала. Осталось определить какой из контактов кто. В моем варианте это было так:

Итак, нам необходимы только GND, RxD, TxD, для особых эстетов можно взять +5V для питания (ток маленький 100мА в прыжке с кепкой) и сигнал DTR если нужно отследить подключено ли устройство к компьютеру (или, к примеру, включить светодиод прямо в коробочке чтобы красиво было, и видно когда устройство в работе) Подключаем землю к земле, приемник к передатчику, передатчик, соответственно к приемнику. Вот и все. Железо готово. Кстати, на диске есть несколько любопытных PDF файлов c описанием схемы и самого чипа . И если ваша плата отличается от моей, то просто проследите к какому контакту какая нога этого чипа подключена.

Теперь инсталлируем софт с диска... каталог F:\2303dirver\pl2303new\newpl2303_setup\DRIVER\SETUP... запускаем «PL-2303 Driver Installer.exe». Если нет диска, то драйверы и дополнительную информацию можно скачать у компании производителя PL-2303 USB to Serial Bridge Controller . Что очень приятно, для данного устройства есть драйвера под все мыслимые систамы и операционки (Linux, PDA, Mac OS, итд.) что существенно расширяет круг возможных применений.

Обзор конвертера USB - UART TTL на CP2102

Зачем он нужен

Чем он отличается от других подобных устройств

Дополнительным выводом DTR, который можно напрямую подключить к входу RESET на контроллерах не имеющих USB на плате. После этого при программировании давить кнопку RESET не нужно. Для меня это очень удобно, когда контроллер спрятан недрах моей поделки и доступ к кнопке бывает очень затруднительным.

Поддержкой производителя, совместимостью с оригинальными драйверами и ПО, в отличие от поддельных FTDI, у которых

Дополнительными выводами (дырками под контакты) на плате, например, позволяющими уводить USB в энергосберегающий режим.

Интересной возможностью менять VID, PID и текст, с которым опознается плата, собирать свой драйвер со требуемыми параметрами, что довольно интересно в коммерческих проектах. Об этом я расскажу дальше.

Тех, кого заинтересовал, пожалуйста под кат

Заказал я на премию за обзор много всякой мелочевки у на Ebay и в том числе за $1.79

Товар ехал целых 54 дня. Ну к нашей почте я уже привык, чего не скажешь о курсе доллара к рублю (((

Обычный желтый пакет. Внутри платки в запаянных прозрачных пакетиках. Все как обычно.

На плате есть дополнительные отверстия, куда можно впаять выводы дополнительного модемного контроля и перевода USB в режим SUSPENDED

Характеристики

• Чип CP2102 от
• Скорость обмена данными по UART 300Бит/сек - 1Мбит/сек
• Буфер чтения 576 байт, записи 640 байт
• Поддержка USB 2.0 12Мбит/сек
• Поддержка режима SUSPENDED USB
• Встроенный стабилизатор питания 3.3В 100мА
• EEPROM с конфигурационными параметрами 1024 байт
• Поддерживаемые ОС Windows 8/7/Vista/Server 2003/XP/2000, Windows CE, Mac OS-X/OS-9, Linux, Android
• Возможность настройки параметров платы и драйверов под свои проекты
• Размеры платы 26.5 x 15.6 мм

Перед использованием платы необходимо установить

Для соединения к контроллеру нужны 5 проводов:
GND - GMD
VCC - V5.0 (V3.3) в зависимости от используемой платы
TX - RX
RX - TX
RESET контроллера - DTE

Теперь контроллер можно программировать не нажимая кнопку RESET.

Плата опознается в системе как
Silicon Labs CP210X USB to UART Bridge (COM35)

Иногда в коммерческих проектах необходимо, чтобы устройство при программирование имело свое коммерческое название. Чип CP2102 и плата на нем дают большие возможности для этого

Для начала скачиваем и запускаем "> (мне для запуска утилиты потребовалось еще скачать Java Runtime)

Теперь можно изменить следующие параметры:

• Vendor ID (VID). Идентификатор производителя. Значение «по-умолчанию» 10С4 (шестнадцатеричный формат). В данном случае принадлежит компании SiLabs.
• Product ID (PID). Идентификатор продукта. Значение «по-умолчанию» EA60 (шестнадцатеричный формат). В данном случае обозначает все мосты CP210x. Э
• Max Power. Максимальный ток потребления, запрашиваемая мостом на шине USB. Значение «по-умолчанию» 32 (шестнадцатеричный формат). Максимальное значение 500мА
• Power use attributes. Режим питания. Bus-powered (питание от шины USB) или Self-Powered (питание от внешнего источника).
• Release Version. Номер выпуска. Значение «по-умолчанию» 1.0. Поля могут принимать значения 1-99 в целой и дробной части.
• Serial Number. Серийный номер. Значение «по-умолчанию» составляет «0001» (текстовый формат). Поле может принимать любое текстовое значение длиной до 64 символов. Нужно для подсоединение к компьютеру нескольких устройств
• Product string. Поле может принимать любое текстовое значение длиной до 126 символов. Данный идентификатор отображается в операционной системе при первичном подключении моста CP210x к компьютеру и помогает пользователю в выборе подходящего драйвера.
• Custom Data Lock. Защита конфигурационных данных.

И после нехитрого мастера-диалога получаем дистрибутив драйверов с требуемым набором VID и PID и желаемым названием в системе

Итог

Как следует из названия данный прибор организует мост между компьютером через USB порт и вашим устройством по Serial протоколу. Можно сказать что он является USB COM портом для логики TTL (уровни 1.8v-5v).

С помощью данного прибор можно программировать различные микроконтроллеры, получать информацию на компьютер со прибора по serial порту. Кроме этого применений ему масса:

управление устройством

отладка программы

передача небольших объёмов данных

прошивка различных приборов -разработчики часто делают выход serial для возможности перепрошивки своего устройства

прошивка микроконтроллеров - многие микроконтроллеры имеют Bootloader (специальная программа для загрузки прошивки по serial) загруженный на заводе, и для загрузки прошивки не нужен специальный программатор - достаточно данного устройства.

Нам он будет необходим в первую очередь для прошивки ST-Link. Ну и собственно так как тут нечего программировать - прибор состоит из одной микросхемы - то на этом приборе мы поучимся паять и работать в Kicad. В этой статье подробно рассмотрим как трассировать печатную плату вручную.

Как сделать USB UART адаптер

2. Подготовить или приобрести необходимые инструменты: все для пайки

4. Скачать необходимые файлы по данному прибору с github .

5. Изготовить плату для прибора самостоятельно (это совсем несложно, в нашей инструкции все подробно описано).

6. Приобрести все необходимые комплектующие в виде готового радиоконструктора можно в нашем магазине.

7. Запаять все компоненты на плату, смотри наше видео .

ПРИБОР ГОТОВ , можно пользоваться!

Как работает USB UART адаптер

Для реализации данного моста обычно используется специализированная микросхема, которая с одной стороны имеет usb выход, а с другой - serial выход. Обычно эти микросхемы имеют драйвера для Windows \ Linux и определяются системой как COM - порт. Дальше используется специальная программа для работы через COM порт. Это может быть и программа прошивки микроконтроллера или программа для получения данных от прибора и т. д.

Выбираем микросхему для прибора

По сути данное устройство будет состоять из разъемов, микросхемы и минимальной ее обвязки. Так что, у нас не будет никакого функционального ТЗ в данном случае. Основной критерий по которому мы будем выбирать микросхему - удобство пайки, цена.

Итак, самые распространённые микросхемы для данного девайса:

cp2102 (cp2103) - дешевая отличная микросхема, но имеет корпус QFN28 - то есть безвыводный корпус - паять такую в самом начале пути не очень легко - поэтому мы ее не будем использовать

pl2303 - отличная микросхемы фирмы Prolific - существует очень много вариантов этой микросхемы (в том числе китайские подделки). У нее корпус TSOP28 - отлично подходит для пайки. И старые модификации стоят недорого и отлично работают. Мы будем использовать ее - модификацiия pl2303TA - самый недорогой вариант. Есть модификация Rev. D которая не требует внешний кварц - но она стоит в 2 раза дороже.

CH340 - китайский вариант (оригинал) моста - микросхема хорошая - но ее трудно купить где-либо кроме как в Китае.

FT232R - микросхема от FTDI - отлично подходит и работает - но стоит почти в 2 раза дороже. Ее плюс также в том что не требуется внешний кварц.

Несколько слов о том как подобрать микросхему для своего проекта. Есть очень простой путь. Сначала необходимо найти одну микросхему которая подходит под данную задачу. Набираем в интернете - USB - serial chip и сразу находим - FT232R. Отлично. Далее идет на сайт крупного поставщика микросхем - например - mouser.com. Там в поиске набираем - FT232R. И в разделе интегральных схем видим нашу микросхему.

Самое главное для нас здесь - ЭТО КАТЕГОРИЯ в которую входит микросхема. Здесь это «ИС интерфейс USB». Также смотрим тип «Bridge, USB to UART». Идем в эту категорию и смотрим какие бывают микросхемы. Далее проверяем по datasheets подходит ли она нам.

Итак, наш выбор PL2303TA.

Составляем схему на базе PL2303

Любая схема должна начинаться с чтения Datasheet. Производитель микросхем очень заинтересован в том, чтобы купили именно его чип. В документации он обычно максимально подробно разбираем как пользоваться микросхемой, прикладывает схемы и пишет тонкости и особенности реализации прибора на этом чипе. Посмотрим что советует нам производитель (из документации на чип pl2303HXD):

тут приведена полная схема с трансивером (преобразователь уровня до 9v) для получения полного COM порта. Нам эта часть не нужна. Также схема не содержит кварца, а нам он необходим. Дополнительно можно отметить, что еще не хватает светодидов для сигнализации процесса обмена данными. В итоге поискав различные варианты схемы на данной микросхеме (pl2303 schematic) нашли самую простую схему со светодиодами и кварцев - ее и возьмем.

По сути на этой схеме сокращена обвязка USB порта (убраны высокочастотные фильтры L1 L2), убран трансивер. В остальном схема совпадает. Мы же дополнительно ещё добавим разводку всех сигнальных выводов DTR и т. д. - они могут быть полезны. Также следует отметить, что на вывод согласования уровней в нашей версии чипа нельзя подавать 5v, поэтому на разъеме уберем подальше этот вывод. Сам вывод для согласования уровней оставим - вдруг необходимо будет пользоваться UART на 1.8v. Таким образом, по умолчанию у нас будет стоять джампер соединяющий вывод 4 и 3.3v и на выходе всех сигналов UART у нас будет 3.3v. Данного напряжения уверенно хватает для определения логической 1 в 5v схеме, согласно datasheet все сигнальные ножки толерантны 5v (то есть на них можно подавать 5v смело). Так что при таком подключении схема будет работать с напряжением от 3.3в до 5в. Дополнительно оставим выводы 5v и 3.3v для питания например прошиваемого контроллера. Имейте ввиду, что без внешнего EEPROM usb порт будет отдавать только 100ma! Соответственно питать что-то существенное не получится.

С точки зрения чертежа схемы в Kicad никих особенностей нет. Проще не чертить соединения проводами, а использовать метки, тем более это будет удобно в дальнейшем при трассировке платы. В итоге получается такая схема (проект в Kicad можно скачать в конце статьи):

Разрабатываем плату в Kicad

Разрабатывая схему, можно сразу прикинуть в какой последовательности будут идти вывода на разъеме. Чтобы было проще лучше чтобы порядок соответствовал выводам на самом чипе. Но в принципе это не столь важно и можно впоследствии быстро переделать.

Прежде чем разрабатывать плату необходимо определится какие у нас будут использоваться разъемы и определить посадочные места. Мы будем делать плату переходник которая втыкается в usb порт и на конце имеет угловые разъемы PIN 2.54mm - это самый распространяенный формат. На конечный разъем мы выведем только наиболее нужные выводы - остальное просто разведем на плате и оставим как дырки на будущее. Основные выводы: RX, TX, 5V, 3.3v, DTR (часто используется как reset схемы микроконтроллера при прошивке). Остальные выводы разведем в самом конце.

Итак, начинаем трассировку платы. В схеме формируем список цепей - Инструменты - сформировать список цепей. Переключаемся в плату и по кнопке Инструменты-Список Цепей - прочитать текущий список цепей. Загружаем все посадочные места в плату. Далее размещаем все посадочные места в авторежиме. Получаем такой набор компонентов.

На данном этапе лучше скрыть лишнюю информацию. Убираем отображение слоев Связи, Скрытый текст, Значения, Обозначения.

Далее начинаем располагаем на будущей плате основные компоненты - разъемы и чип. Так чтобы выводы чипа располагались согласно подключению разъемов. Особенно важно в этом случае чтобы выводы подключения USB были напротив разъема. Наводим мышку на нужный компонент - жмем M - и переносим его чуть ниже на пустое место - формируем будущую плату. Так как плата у нас двух стороняя - то надо сразу определить нужную сторону компонент. Самый просто вариант - все DIP элементы (под которые надо сверлить сквозные отверстия) располагаем с обратной стороны, а все smd элементы с основной стороны - так проще будет подводить дорожки. Для смены стороны используем кнопку F. Так как Kicad умеет подсвечивать связи при переносе элемента, то очень удобно все резисторы связанные с разъемами размещать сразу. Это позволит быстро увидеть связи при переносе микросхемы. Итак, размещаем USB разъем, потом резисторы с ним связанные на сигнальных линиях и потом разъем на другом краю платы:

дальше размещаем чип - так чтобы было как можно меньше пересечений.

После этого размещаем кондецаторы по цепям питания - они должны быть как можно ближе к выводам питания.

После этого соединяем дорожками обязательные выводы - это usb сигнальные - кварц, кондецаторы по питанию. Прикидываем линии питания. Если что-то не удобно - то компоненты двигаем - переносим.

Например кондецатор C3 удобнее перенести вниз чтобы не делать переходное отверстие. Конечно это не очень хорошо - но в данном случае дорожка будет очень небольшая.

После размещения основных элементов размещаем оставшиеся - ориентируясь на подсказки по связям и стараясь не пересекать дорожки.

Теперь осталось разобраться с разъемами и линиями питания - их можно провести по второму слою. В итоге видно, что довольно сложно получается развести светодиоды и подтягивающие резисторы. Они перекрывают остальные выводы. Поэтому проще их перенести на другую сторону - она как раз будет лицевой, и туда же провести линию vddio.

Осталось выводы на разъеме расположить в порядке следования выходов чипа. И финально все соединить. На этом этапе плату можно сделать более компактной. Финальный вариант который получился. Можно сделать еще лучше.. но вариант удовлетворительный.

Финально остается задать диаметры переходных отверстий и толщину дорожек - лучше сделать 0.3мм. Выровнять линии и добавить земляные полигоны. Начертить границы платы.

Как пользоваться USB UART конвертером

Для пользования данных приборов в Windows необходимо установить драйвера. Свежие драйвера можно взять на сайте производителя . Если они не подходят, то можно установить более старые драйвера 1.15 - который можно найти в интернет.

После установки драйверов устройство должно определиться как COM порт.

Для Windows самая лучшая программа для работы с COM портом - это Terminal 1.9b (приложена к статье)

Для тестирования нашего устройства необходимо проводами соединить выходы TX - RX. В этом случае мы получим режим эхо - все что будет передано в порт должно тут же возвращаться назад. Скорость при это может быть любая.

Работать с программой очень просто - выбираем порт - можно автоматически по кнопке ReScan или вручную. Задаем скорость и параметры порта. Далее в окне видим все что пришло по терминалу, а в строке SEND можно передать любую информацию. Чтобы передать спецсимволы необходимо использовать запись виды «$1a» в шестнадцетиричном формате.

Для linux устройство должно определится само (драйвера входят в ядро). Неплохая программа - minicom.

Для понимая остальных сигналов данного устройства - DTR, DSR и другие - вот тут есть очень хорошая .

Как собирать прибор

Собираем прибор по общим правилам описанным в нашей статье .

Для более быстрой сборки, вы можете приобрести полный набор для пайки, радиоконструтор USB UART адаптер в нашем магазине .

Самостоятельная работа

Попробуйте осуществить трассировку самостоятельно не подглядывая в данную статью.