Kategória: Elektro návody

Zmenené: 16. jún 2016

Prevodníky USB – UART

Ak teda potrebujete komunikovať pomocou UART, potrebujete v súčasnosti často medzi počítač a zariadenie zapojiť prevodník. Tieto prevodníky sú označované ako USB – UART, či USB – TTL a na eBay či iných čínskych e-drevárňach ich je nepreberné množstvo za minimálnu cenu. Ktorý z nich však vybrať? No možno vám pomôže práve tento malý prehľad.

Ak sa hráte s elektronikou, nech už to sú mikroprocesory alebo iná háveď, skôr alebo neskôr narazíte na potrebu komunikácie počítača s týmto zariadením. Na tento účel sa väčšinou využíva zbernica UART, tzn. hardvér, ktorý implementuje asynchrónnu sériovú komunikáciu. V minulosti bol na tento účel využívaný sériový port, pracujúci s protokolom RS-232. V súčasnosti je čoraz menej počítačov, ktoré majú vyvedený sériový port a tento je nahradzovaný sériovým portom USB. Lenže komunikácia USB je zložitejšia ako komunikácia UART, a tak väčšina malých zariadení ostáva pri UART.

Čip 3,3V TxD RxD DCD DTR DSR RTS CTS RI USB Pamäť
CH 340 ano ano ano ano ano ano ano ano ano 2.0 ROM
PL 2303x ano ano ano ano ano ano ano ano ano HX – 1.1
TA – 2.0
HXD – 3.0
OTP
CP 2102 ano ano ano ano ano ano ano ano ano 2.0 Flash
CP 2104 ano ano ano ano ano ano ano ano ano 2.0 OTP
FT 232RL ano ano ano ano ano ano ano ano ano 2.0 EEPROM

Verzia USB

V súčasnosti pribúda počítačov s portami USB 3.0 (3.1), počet portov USB 2.0/1.1 ubúda, a skôr alebo neskôr ich počítače mať nebudú. Problém je v tom, že porty USB 3.0 (3.1) sú spätne kompatibilné s USB 2.0, nie však USB 1.1. A tak, v súčasnosti, nie jedno, do ktorého USB portu pripojíte zariadenie USB 1.1.

Väčšina čipov poskytuje USB 2.0, jedinou výnimkou je čip PL-2303x, ktorý je k dispozícii vo viacerých verziách a každá podporuje inú verziu protokolu USB, lenže všetky moduly, ktoré som našiel, mali čip PL 2303HX, ktorý podporuje len USB 1.1 a podpora vyšších verzií USB je len vo forme káblov.

Vyvedené signály

Sériový port (RS232) sa bežne používa s 9-vývodovým konektorom. Každý jeden modul poskytuje vývody sériovej komunikácie (Tx a Rx) a zem (GND). Počet vyvedených ostatných signálov sa líši, napriek tomu, že všetky čipy podporujú všetky signály tejto 9-vývodovej komunikácie (viď tabuľka vyššie).

Vo väčšine prípadov tieto dodatočné signály nie sú potrebné, výnimkou je možno len programovanie dosiek Arduino z jeho vývojového prostredia, kde je na reštart dosky používaný signál DTR (vo veľmi starých verziách signál RTS). Ak teda potrebujete modul na tento účel, voľte modul, kde je vyvedený vývod DTR – existujú moduly všetkých čipov, s výnimkou čipu PL-2303x.

Ak však potrebujete konkrétne signály, položte dôraz na správny výber modulu tak, aby mal všetky potrebné. Rozdiel v cene je minimálny.

Pracovné napätie

Väčšina zariadení pracuje s napätím 5 V alebo 3,3 V a všetky tieto moduly dokážu pracovať priamo z nimi. Väčšina pracuje na vývodoch s napätím 3,3 V a je tolerantná k napätiu 5 V, čiže možno ich zapojiť k zariadeniam s obomi napätiami. Výnimkou je modul s FT232RL, kde je potrebné zvoliť výstupné napätie prepínačom, ak teda plánujete použiť tento modul s oboma napätiami, dbajte na výber modulu s prepínačom.

Rada

Vývody 3,3/5 V väčšinou neslúžia na voľbu pracovného napätia, ale to sú výstupy integrovaného regulátora na napájanie iných zariadení a hoci sa možnosti interného regulátora mierne líšia, väčšinou dokážu dodávať okolo 100 mA.

Ovládače

Aby modul pracoval s počítačom, musí mať operačný systém k dispozícii ovládač zariadenia. Nech už používate Windows, Linux, či OSX, zariadenia budú fungovať. V Linuxe sú ovládače všetkých zariadení dostupné priamo v jadre a väčšina distribúcií ich poskytuje. Vo Windows zase všetky potrebujú ovládač doinštalovať, ale na všetky sú ovládače k dispozícii pre všetky bežné verzie Windows (7 a novšie). S OSX nepracujem, ale podľa mojich vedomostí je situácia rovnaká ako vo Windows a ovládače je potrebné si doinštalovať.

Identifikácia

Pomerne dôležitou kategóriou, ktorú treba zohľadniť, je možnosť prispôsobenia informácií, ktoré o sebe zariadenie USB (teda modul) poskytuje. Zariadenie USB možno identifikovať viacerými informáciami, je to jednak ID zariadenia, ale najmä sériové číslo a názov zariadenia. Tu sa jednotlivé čipy výrazne líšia:

CH 340
všetky moduly majú rovnaké číslo a text a nemožno to zmeniť
PL 2303x
všetky zariadenia majú rovnaké číslo a text, a možno to raz zmeniť
CP 2102
všetky zariadenia majú rovnaké číslo a text, a možno to neobmedzene meniť
CP 2104
všetky zariadenia majú rovnaké číslo a text, a možno to raz zmeniť
FT 232RL
všetky zariadenia majú rovnaký text a rôzne číslo, a možno to neobmedzene meniť

Samozrejme, pojem „neobmedzene” je relatívny a je obmedzený počtom zápisov do daného typu pamäte. Oveľa väčší problém je je možnosť zmeniť raz, pretože nikdy neviete, či tento jeden jediný raz už nevyužil výrobca modulu.

Každopádne, ak potrebujete modul na jednoúčelové použitie, či na občasné hranie, na možnosti prispôsobiť si ho nezáleží. Ak však potrebujete rozlíšiť medzi viacerými zariadeniami s rovnakým modulom, radšej treba voliť z modelov CP 2102 alebo FT 232RL.

Konštrukcia

Väčšina modulov je dostupná ako modul s konektorom USB-A (klasický samec) na jednej strane a konektorom typu Dupont na strane druhej, ktoré sú dostupné ako holý plošný spoj alebo v púzdre (v púzdre som našiel len CP 2102). Ale existujú aj varianty s konektorom mikro USB (a Dupont) (CP 2102/CP 2104/FT 232RL), či priama realizácia ako kábel (PL 2303x, FT 232RL).

Na samotnej konštrukcii až tak nezáleží. Jena je pohodlnejšia a praktickejšia na použitie na stole (kábel), iná zase na zabudovanie do zariadenia (mikro USB).

CH340

Až na jeden typ, ktorý má vyvedený aj signál DTR, sa všetky líšia len vzhľadom:

Modul CH340G

Modul CH340G

Modul CH340G

Modul CH340G

Modul CH340G

Modul CH340G

Modul CH340G

Modul CH340G s DTR

PL-2303

Modulov s týmto čipom nie je až taký veľký počet. Nanešťastie modul je „len” PL 2303HX, zato káble sú k dispozícii všetky tri typy:

modul s PL 2303HX

Modul s PL 2303HX

modul s PL 2303HX

Kábel s PL 2303HX

modul s PL 2303TA

Kábel s PL 2303TA

modul s PL 2303HXD

Kábel s PL 2303HXD

CP-2102

Viď aj

Modulov s CP 2102 je aj najviac druhov, ale v podstate sú všetky rovnaké. Tento modul ako jediný som našiel aj s kovovým krytom, ktorý však nemá vyvedený signál DTR:

modul s CP 2102 červený

Modul s CP 2102 červený

modul s CP 2102 biely

Modul CP 2102 biely

modul s CP 2102 čierny

Modul s CP 2102 čierny

modul s CP 2102 mini USB

Modul s CP 2102 s mini USB

modul s CP 2102 extra

Modul s CP 2102 s extra vývodmi

modul s CP 2102 kovový

Modul s CP 2102 kovový

CP-2103

Viď aj

Nenašiel som žiadne hotové moduly s týmto čipom, ale kvôli úplnosti ho tu uvádzam.

CP-2104

Modul c CP 2104 poskytuje (oproti CP 2102) vývody GPIO a podporuje RS-485, no má len raz programovateľnú pamäť (OTP). Našiel som len tento jeden typ:

modul CP 2104

Modul s CP 2104

FT-232RL

Čipy s FTDI sú klasikou, ale nikdy neviete, či kupujete originál (za tú cenu však skôr nie, i keď to tam je vyslovene uvedené) alebo čínsku kópiu:

modul s FT 232RL

Modul s FT232RL

modul s FT 232RL

Modul s FT 232RL

modul s FT 232RL mini

Modul s FT 232RL mini

kábel s FT 232RL

Kábel s FT 232RL

Záver

Môj podrobnejší pohľad do vlastností konvertorov USB/UART mi priniesol pomerne jasný výsledok. Vzhľadom na to, že ceny všetkých typov modulov sú približne rovnaké, určite je vhodné zvoliť modul s CP 2102 vo vnútri.

Veľmi dobrou voľbou sú aj moduly s FT 232RL, ale pri nákupe v Číne je veľká pravdepodobnosť, že a nejedná o originálny čip, čo môže spôsobovať problémy najmä používateľom Windows (v Linuxe to je jedno).

Samozrejme, svoju úlohu splnia aj čipy CH 340 a PL 2303x, ale pri posledne menovanom je otázne dokedy budú počítače podporovať USB 1.1.