Uart usb с использование. Конвертер usb-uart: перепрошивка адаптером. В чем разница между UART и RS232

Начнем, пожалуй, с необходимого устройства, облегчающего жизнь рядового электронщика - устройства связи с компьютером. Это нужно для того, чтобы передать данные в компьютер (температура с датчиков, положение дверей, частота вращения двигателя, таблица значений с регистратора …) или принять данные из компьютера (таблицы значений для вычислений, настоечные данные для устройств, новая прошивка для загрузчика…). Для отладки нового устройства (посмотреть что там, в мозгах микроконтроллера, происходит) вообще незаменимая вещь.

Как Вы знаете, существует множество интерфейсов, посредством которых микроконтроллер может общаться с внешним миром. Но если речь идет о связи с компьютером - вне конкуренции интерфейс RS-232 (COM порт). Причина - простота работы с портом со стороны компьютера и наличие большого количества программ для этого предназначенных. Кроме того, почти в каждом микроконтроллере есть аппаратно поддерживаемый интерфейс USART (это тот-же RS-232, только с напряжениями 0 - 5v), что делает процесс связи легко реализуемым.
Для того, чтобы привести уровни сигнала микроконтроллерного USART к уровням COM порта компьютера нужно собрать несложный преобразователь (например, на МАХ232), но можно пойти по более интересному пути
Более интересный путь - собрать преобразователь UART to USB. При этом USB порт воспринимается компьютером как виртуальный COM порт. В этом случае мы убиваем сразу несколько зайцев:
- USB порт есть в любом компьютере (хотя COM порт встречается еще довольно часто, но на ноутбуках его уже нет);
- как оказалось преобразователь UART to COM(RS-232) сделать гораздо сложнее, чем UART to USB (два раза делал программатор для СОМ порта с преобразователем МАХ232 - оба раза неудачно);
- если подключать преобразователь через USB хаб, то мы получаем сразу несколько виртуальных COM портов на одном USB, плюс безопасность для компьютера, так как хаб выступает в роли буфера.

Вот схема преобразователя UART to USB.

Сразу честно признаюсь - это не мое устройство. Взята данная схема с сайта www.recursion.jp/avrcdc/ . Причина, по которой я ее здесь привожу - это простота схемы и дешевизна изготовления. Собрать схему довольно просто (можно даже на макете).

Готовое устройство я выполнил в форме «флешки» для того, чтобы удобней было пользоваться в «полевых» условиях. Для большего комфорта можно взять USB удлинитель, одним разъемом прицепить к компьютеру, во второй вставить нашу «флешку-преобразователь» и получим мобильное устройство, которое можно без проблем подключить к любой схеме.

Печатная плата двухсторонняя, подходит для микроконтроллеров ATmega8/48/88/168

Фьюзы для ATmega8

Фьюзы для ATmega48/88/168

Фьюзы для CodeVisionAVR, PonyProg ставятся инверсно

SPI интерфейс для программатора выведен вместе со всеми интерфейсами сзади «флешки» - подключаем программатор прямо там. Штырек сброса паяем возле ножки сброса (чтоб не мешал). При программировании преобразователь нужно запитать напряжением 5v со стороны интерфейсов. Через USB нежелательно, так как напряжение питания через светодиод уменьшится. Если возникают проблемы по причине больших шумов - вешаем подтягивающий к питанию резистор на ножку сброса (5-10кОм). Наличие светодиода обязательно - он используется в качестве регулятора напряжения. Прошивка предусматривает работу управляющих линий (CTS, RTS, DTR), но для UART они не нужны и я их не выводил на разъем интерфейсов. Если они Вам нужны - просто нужно «кинуть» перемычки с ножек микроконтроллера на ножки разъема интерфейсов.

После того как устройство собрано,
необходимо установить драйвер виртуального COM порта.

/raw — для (Windows 2000/XP)

Делается это очень просто:

1 Вставляем «флешку-преобразователь» в USB порт;

2 Получаем в трее сообщение о том, что найдено новое устройство;

3 Запустится «Мастер нового оборудования», выбираем «Установка из указанного места», жмем «Далее»;

4 Выбираем «Включить следующее место для поиска» и в окошке указываем нужный путь к драйверу;
5 Жмем «Далее», драйвер установится, жмем «Готово»

Теперь в «Свойствах» «моего компьютера» в закладке «Оборудование» нажимаем кнопку «Диспетчер устройств». В окошке диспетчера устройств в разделе «Порты (COM и LPT)» увидим новое устройство - «Virtual Communications Port (COM5)».

Для каждого USB порта будет назначен свой виртуальный COM порт (COM5, COM6, COM7 и т.д.).

Готово! Теперь можно пользоваться преобразователем.

Проверим работоспособность преобразователя, для этого нужно закоротить вход с выходом (RxD, TxD) и посылать с компьютера сообщения по виртуальному порту. Посланные сообщения должны возвращаться как принятые.

На нужные штырьки цепляем «джампер»-перемычку. Запускаем программу для работы с COM портом. Можно использовать стандартный виндовский гипертерминал, но мне больше нравиться другая программка - маленькая, портативная и функциональная.

Запускаем программу, устанавливаем нужный порт (смотрим номер порта в диспетчере устройств), скорость и другие параметры оставляем как есть, нажимаем «Connect», в окошке возле кнопки «->Send», пишем сообщение, нажимаем »->Send» и сморим результат. Нижнее окно - отправленное сообщение, большое окно - принятое сообщения. Если все работает - сообщения будут одинаковыми.

Данная «флешка - преобразователь интерфейсов» позже превратится в I2C toUSB, SPI to USB, SPI to UART и т.д. необходимо лишь перепрошивать ее необходимой прошивкой. (Что-то я у себя начинаю замечать тягу к универсализации:)).

P.S. Сайт-источник рекомендует для согласования уровней напряжения преобразователя(3.3v) и устройства(5v) соединять их через схему согласования. Но я думаю резисторов в пределах полукилоома в линиях RxD, TxD должно хватить для согласования - нужно попробовать.

P.P.S. Это первая практическая схема в блоге - дальше их будет больше, так как с основами мы, вроде-бы, разобрались (еще остались кой-какие вопросы - потихоньку буду писать).

программа для работы с COM портом.

В архиве есть папки для разных Win:
/raw — для (Windows 2000/XP)
/w2k — для Windows 2000 (bulk mode only)
/xpvista7 — для Windows XP/Vista/7 x32
/vista64 — для Windows Vista x64

Программировать различные ардуино- и не адуино- образные контроллеры, получать информацию на компьютер со всего, что имеет последовательный интерфейс с TTL логикой.
Я в своих проектах использую его с Arduino Pro MIni , Gboard /Iboard и самодельными контроллерами .

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 проблемы с родными драйверами
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.

Где заказать?

Характеристики

Чип CP2102 от Silicon Labs
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

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

По размеру плата мало отличается от других подобных конвертеров USB/UART

Плата FOCA 2.2 взята для коммерческих проектов с контроллерами Gboard /Iboard
Дешевый конвертер FT232 используемый до настоящего времени
Обозреваемый CP2102

Подключение и установка CP2102

Перед использованием платы необходимо установить драйвера с официального сайта Si-Labs

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.

Изменение VID, PID и др. характеристик конвертера

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 утилиту для конфигурирования параметров EEPROM CP1202 (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.
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.

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.

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.

LPT и COM порты уже большая редкость на современных стационарных компьютерах, а про ноутбуки то и говорить нечего. USB медленно, но верно вытеснила их, усложнив жизнь разработчикам и упростив пользователям. Эх, как приятно было когда-то подключить микроконтроллер к COM порту компьютера, используя всего лишь max232 и не заботясь о драйверах. Еще чуть-чуть и это будет возможно только на промышленных компах.

Следуя общей тенденции, производители микросхем стали выпускать доступные микросхемы для работы с USB. Такие как USB-UART преобразователи или микроконтроллеры с поддержкой этой шины. К сожалению последние, несмотря на наличие библиотек, все еще сложны в освоении, поэтому неискушенному инженеру проще использовать первый вариант. И в этой статье мы рассмотрим две подобные микросхемы - FT232 и CP2103 и схемы преобразователей на их основе.

USB-UART преобразователь на FT232RL

Микросхема FT232RL фирмы FTDI пользуется заслуженной популярностью в инженерных кругах. Она предоставляет пользователю возможность создания полноценного COM порта, имеет функцию управления отдельными выводами, драйвера, простую схему включения с минимальным количеством дополнительных элементов и приемлемый для пайки корпус. Также дополнительным плюсом этой микросхемы, является возможность программирования ее EEPROM памяти, в которой можно изменить некоторые параметры USB устройств. Из недостатков можно отметить ее высокую цену ~120-150 рублей, которая вполне сравнима с ценой на микроконтроллер atmega.
Я сделал на FT232RL свой вариант USB-UART преобразователя. Все пользовательские выводы развел на PLS`ку по краям платы. Расстояние между PLS выбрал таким, чтобы можно было втыкать переходник в макетную плату. Выводы RXD и TXD, предназначенные для подключения UART`a микроконтроллера, развел на отдельную PLS для удобства подключения. Также на плату помесил 2 светодиода, для индикации процесса передачи/приема информации микросхемой FT232RL, и перемычки для выбора напряжения питания выводов. Оно может быть пяти или трех вольтовым. USB разъем взял в мини исполнении, USB-B слишком громоздкий. Плату развел в одном слое, с тремя перемычками.

Схема USB-UART переходника на FT232RL

Внешний вид полученного девайса

Если ты соберешь этот USB-UART переходник, то не спеши сразу втыкать его в USB порт. Перед работой нужно убедиться в отсутствии замыканий между плюсом питания, землей и выводами D+, D-. Возьми тестер и прозвони их. Если замыканий нет, визуально проверь другие вывода и только после этого можешь подключать переходник.

При первом включении операционка попросит установить драйвера. Их можно скачать с официального сайта производителя - драйвер для FT232 . Установка драйверов не представляет никакой сложности, поэтому говорить об этом не будем.
Когда драйвер установится, в системе появится дополнительный COM порт. Это так называемый виртуальный COM порт, но его можно использовать точно так же как и обычный. Чтобы увидеть его порядковый номер, нужно залезть в диспетчер устройств, если у тебя винда. Заходишь в панель управления, выбираешь система > диспетчер устройств. В разделе "Порты (COM и LPT)" должен находиться наш переходник - "USB Serial Port (COM10)". У тебя может быть какой-нибудь другой номер порта.
Чтобы убедиться в работоспособности переходника нужно открыть любую терминальную программу, выбрать соответствующий COM порт, замкнуть джампером выводы RXD и TXD и отправить через терминал любую последовательность символов. Если переходник функционирует, терминал примет ответ в виде эха, а на плате кратковременно вспыхнут светодиоды.
Для подключения переходника к микроконтроллеру, нужно вывод RXD микроконтроллера соединить с выводом TXD переходника, а вывод TXD микроконтроллера с выводом RXD переходника. Также нужно соединить их земли.

USB UART переходник на CP2103

Микросхема CP2103 фирмы Silicon Labs - это по сути аналог FT232. Имеет простую схему включения с минимальным количеством внешних компонентов, позволяет организовать полноценный COM порт со всеми его сигналами, имеет дополнительные пользовательские выводы и программу для их конфигурации, драйвера, маленькие габариты и более демократичную цену. Из недостатков стоит отметить мелкий и неудобный для запайки в домашних условиях корпус. Пожалуй, это главная причина непопулярности этой микросхемы в среде самодельщиков.
Ради интереса я сделал USB UART преобразователь и на ее базе. Все пользовательские выводы развел на PLS`ки по краям платы. RXD и TXD вывел на отдельный разъем. Джампер для выбора напряжения питания выводов здесь не понадобился, так как это напряжение не может быть большее 3.6 В. USB разъем выбрал в мини исполнении, плату развел в одном слое с четырьмя перемычками на обратной стороне. Светодиоды для индикации передачи/приема данных не сделал, потому что микросхема CP2103 не имеет выделенных для этих целей выводов. Можно задействовать любые пользовательские выводы, но их нужно конфигурировать с помощью специального софта. Когда я это узнал, переходник уже был готов и переделывать его было лень, особенно после мучений с запайкой. Единственное, что я добавил из индикации - это светодиод по питанию.

Схема USB-UART преобразователя на CP2103

Внешний вид полученного девайса

Я немного помучился с изготовлением этого переходника. Во первых между ножками CP2103 очень маленький зазор, нужно аккуратно делать плату. Во вторых ее сложно припаять. Если бы у меня не было фена, я бы за это вообще не взялся.
Запаивал я ее следующим образом. Залудил плату сплавом Розе. Он плавится при 100 градусах, что позволяет избегать перегрева платы и микросхемы. Обильно смочил посадочное место микросхемы флюсом и положил ее туда. Используя увеличительное стекло и пинцет, кое-как сориентировал ее по посадочному месту. Далее стал нагревать микросхему феном с температурой ~150-200 градусов. Когда припой расплавился, микросхема стала шевелиться и за счет сил поверхностного натяжения заняла точное положение на посадочном месте. Получилось очень ровно, но переходник не заработал. Я повторно нагрел микросхему и слегка придавил и пошевелил пинцетом. После этого микросхема сконтактировала с дорожками платы.
После сборки переходника нужно убедиться в отсутствии замыканий между плюсом питания, землей и выводами D+, D-, а затем между остальными выводами. Поскольку микросхема очень маленькая, между выводами легко может сесть сопля. После проверки выводов, USB UART переходник можно подключать к компьютеру.
Как и с предыдущем переходником, при первом включении система предложит установить драйвера. Скачивай их с официального сайта производителя - драйвер для CP2103 .
Установленный переходник определяется в диспетчере устройств в разделе "Порты" как "Silicon Labs CP210X USB to UART Bridge (COM6)". У тебя может быть другой номер порта.
Работоспособность проверяется аналогично, повторяться не буду.

Альтернативные варианты USB-UART адаптеров

Альтернативные варианты адаптеров можно сделать на микросхемах FT230XS и CP2102. Это урезанные и соответственно более дешевые аналоги FT232 и CP2103. Обе микросхемы имеет меньшее число пользовательских выводов и не совпадают по распиновке.