Путем некоторых нехитрых манипуляций (описание которых более подходит для хабра) и загрузчик и арч были водружены на карту памяти и устройство было включено. Однако, после загрузки меня ждал черный экран и горящий зеленый светодиод на «апельсине».

Ну не беда, подумал я. На «апельсине» распаян UART, подключусь как я к нему терминалом да посмотрю что происходит. Были куплены необходимые детали и провод и спаян вот такой кабель (картинка под спойлером)

Нубский вариант кабеля

Тот кто в теме, сразу поймет в чем я был не прав, сделав такой кабель, и таких среди читающих больше половины. Я же заподозрил неладное после того как увидел кракозябры, которые плевал в терминал мой «апельсин». Именно понимание причины моей глупейшей ошибки и побудило меня к действиям, описанным ниже.

1. В чем разница между UART и RS232

Разница в уровнях. Последовательный интерфейс, реализованный в Orange Pi и других подобных устройствах, основан на TTL-логике, то есть нулевому биту соответствует нулевой уровень напряжения, а единице уровень в +5 В. RS232 использует более высокий уровень напряжения, до 15 В, и единице соответствует -15 В, а нулю +15 В. Для увеличения помехозащищенности канала как ноль воспринимается любой уровень напряжения ниже 3 В по модулю. Протокол передачи данных на уроне последовательности логических значений и у UART и у RS232 абсолютно одинаков. Всё это иллюстрируется следующей диаграммой передачи байта

Вот как я мог об этом забыть? В бытность своей работы в электровозостроительном НИИ эти вещи я знал. А тут почему-то глупость сморозил. В общем стало понятно, что нужен некий преобразователь уровней с инвертированием сигнала. Выбор пал в сторону подключения всего хозяйства к COM-порту, который есть на матплате моего домашнего компьютера. Хотя конечно можно было посмотреть в сторону UART <-> USB, ибо старинный последовательный интерфейс неуклонно теряет актуальность. Однако моя склонность к более простым решениям победила и в качестве кандидата на приобретение всплыл вот такой девайс

Продаваемый на том же «али» за 464 рубля. В принципе, такое можно было найти и в магазинах или на радиорынке в моем городе, но зуд сделать что-то руками уже был разбужен. Поэтому я отверг мысли о покупке платы сопряжения и решил попробовать сделать её самостоятельно.

Надо сказать, что с паяльником я вообще-то дружу. В школе и университете до покупки первого компьютера пайка всякой полезной и не очень ерунды была для меня главным увлечением. Но я жил в деревне, были девяностые годы. Денег особо не было, компоненты доставались путем разборки попавшего в поле зрения радиохлама. Источником информации были книги из районной библиотеки - «интернеты» тогда были далеко не у каждого. Богатого инструмента тоже не было. Фольгированный текстолит и хлорное железо были легендарным чудом. В общем было трудно.

После покупки компьютера вся увлеченность переключилось на него. А скил паяльщика мелких усилителей-приемничков положен на полку. Так что я «чайник». Поэтому ко многому из того, о чем я напишу ниже, прошу относится снисходительно. И эта статья, по большому счету для таких же «чайников» как и я.

2. Выбор схемы устройства и его компьютерное моделирование

Схему подобного девайса найти в сети раз плюнуть. Таких схем реально много. Выбор пал на такое решение

Сердцем всего устройства является микросхема типа MAX232 - преобразователь уровней, действующий по принципу "зарядового насоса ". Повышение напряжения с 5 в осуществляется за счет поочередной зарядки внешних конденсаторов C4 и C5. В моменты выдачи сигнала на RS232 эти конденсаторы соединены последовательно, и напряжение накопленное в них складывается. При обратной передаче микросхема работает как делитель. В обоих направлениях передачи сигнала происходит его инвертирование.

Диод VD1 играет роль «защиты от дурака» - запирает цепь питание при подаче напряжения неверной полярности.

Прежде чем приступать к изготовлению устройства я решил посмотреть, как всё это будет работать, поэтому начал с моделирования будущего устройства в среде Proteus. Для испытания схемы был собран виртуальный стенд

Первое что хотелось сделать - смоделировать всё, включая цепи питания, так как меня интересовало влияние диода на работу схемы. По умолчанию в Proteus пины питания на микросхемах скрыты и подтянуты к плюсу нужного уровня и земле. Чтобы их разблокировать, нужно, во-первых, отобразить скрытые пины. Для этого идем в меню Template -> Set Design Colors и ставим галку Show hidded pins

В котором ставим галки Draw body и Draw Name. После этого выделяем всю микросхему, включая текст, которым подписаны выводы и правой кнопкой меню выбираем Make Device. Нам будет предложено выбрать имя для нового устройства и сохранить его. Всё, после этого цепи питания будут включены в процесс симуляции явно.

Далее, передавать по UART будем нечто осмысленное, например букву «A» кодируемую в ASCII кодом 65 в десятиричной системе счисления или последовательностью 01000001b в двоичной. Кроме того, чтобы иницировать передачу необходимо послать стартовый бит с уровнем «0», а для завершения передачи послать один или два стоп-бита уровнем «1». Таким образом, временная диаграмма кадра, передаваемого по UART будет выглядеть так

Для формирования подобного сигнала используем источник именуемый Digital Pattern Generator (DPATTERN) с настройками вида

Ширина импульса в 104 микросекунды соответствует скорости 9600 бод. Форма сигнала задается строковым шаблоном где «L» означает низкий уровень, а «F» - высокий уровень. Соответственно наша строка будет выглядеть как «FLFLLLLLFLF». Контроль принимаемых в RS232 данных будем производить виртуальным терминалом, настроив его так

Не будем использовать бит четности, и будем использовать один стоп-бит. Кроме того, скажем что сигнал, подаваемый на терминал инвертирован, что соответствует протоколу RS232. Запустив моделирование схемы получаем осциллограмму сигналов и вывод в виртуальный терминал

По каналу A идет выходной сигнал, подаваемый в COM-порт. На канале B - входной TTL-сигнал. В терминал выводится заветная буква «A». Таким образом мы убеждаемся в том, что предлагаемая схема вполне работоспособна. В теории.

3. Подбор и покупка компонентов

Из ближайших к месту моего обитания магазинов, где можно разжиться радиодеталями есть два заслуживающих внимания: магазин «Радиодетали» на Буденовском проспекте (это город Ростов-на-Дону) и магазин «1000 радиодеталей» на проспекте Нагибина, напротив ТЦ «Рио». Последний выгодно отличается тем, что у него есть сайт , правда довольно древний, и видимо лениво обновляемый (и сделанный на Joomla...). Поползав по прайсу я подобрал список того, что мне нужно прикупить.

Сразу скажу, я тщательно избегал SMD-компонентов в виду своей неопытности. Поэтому я выбрал MAX232CPE в исполнении для монтажа в отверстия. Такие же взял и электролиты и диод. Однако по место оказалось, что в наличие только микросхема MAX232CWE - то же самое, только… SMD! Подумав с секунду я согласился с предложением продавца - надо же когда-то начинать… Конденсаторов на 15 В не нашлось, зато нашлись на 100 В той же емкости и тех же габаритов. Ну ладно, тоже ничего. Вместо разъема DB-9 типа «папа» мне предложили «маму». Таким образом получился следующий список

Хлорное железо, цапон лак и текстолит, разумеется не были использованы полностью. Кроме того, в этот список я не включил приобретенный инструмент: простенькую паяльную станцию (ибо до этого располагал только 40 ваттным паяльником с медным жалом), бокорезы и маленькие плоскогубцы, ножницы по металлу для резки текстолита, жидкий канифольно-спиртовый флюс ЛТИ-120 ну и так далее. В общем эта эпопея стоила мне порядка 3000 рублей.

В общем компоненты были куплены и принесены домой. 40-пиновые PLS-колодки были отпилены под нужное число контактов. Один из контактов вынут, с целью обеспечения однозначности соединения. Отверстие в гнездовой колодке, соответствующее вынутому пину заделано полиэтиленом.

4. Сборка устройства на макетной плате и проверка работы

В принципе, для такого простого девайса это и не обязательно. Но я же «чайник», поэтому прежде чем делать плату, решил все-таки проверить схему в реальной работе.

Сложнее всего пришлось с микросхемой. Чтобы впаять её на макетную плату пришлось извратится с подпайкой двенадцати ног к медным проводникам. Вышел паук-монстр о двенадцати ногах

В этот момент я понял две вещи: хорошо, что я все-таки купил паяльную станцию. А плохо то, что мне придется изрядно повозится с этой мелкотой. В общем компоненты были запаяны на «макетку», схема собрана с «апелисновой» платой. Питание +5 В взято с «апельсина» - 2-й контакт на двухрядной 40-пиновой штыревой колодке

Для коннекта с устройством использовался терминал putty, который есть и под Linux, и в отличие от minicom имеет цветной вывод и не требует дополнительной настройки на ввод символов в терминал с клавиатуры.

В общем, плата заработала - по экрану терминала побежали строчки лога загрузки: сначала от u-boot а потом и от ядра linux

Надо ли говорить как я обрадовался: во-первых схема работает правильно, а во-вторых - линукс на «апельсине» установлен верно, нормально работает в многопользовательском режиме

Неработающий HDMI-разъем и отсутствие Ethernet-интерфейса, таким образом связано с настройкой самого дистрибутива. Эти проблемы, разумеется будут решены и речь тут не о них. Поэтому перейдем к следующему пункту программы

5. Разводка печатной платы

Делал её в Altium Disigner. Разводку платы лучше делать после того, как куплены компоненты. Возможно, как и в моем случае, потребуется установка дополнительных библиотек компонентов для Altium. Размеры компонентов и топология посадочного места для каждого должны соответствовать фактически имеющимся деталям. Тут о меня не обошлось без досадной оплошности, но об этом ниже.

Скажу сразу - не пользуйтесь автоматической разводкой. Возможно это и настраивается, но авторазводка норовила протащить дорожку между ног у конденсаторов, что при расстоянии в 2 мм между ними делает дорожку шириной около четверти миллиметра, что для меня как для «чайника» было слишком круто. Да и интуиция подсказывала, что таких вещей желательно избегать. Поэтому я использовал ручную разводку (опираясь на результаты автоматической), задав в правилах разводки ширину дорог 0,5 мм (Design -> Rules -> Routing -> Width)

Кроме того, по умолчанию Altium полагает, что плата двухслойная. Чтобы заставить его разводить одностороннюю плату в правилах разводки следует указать разводку в одном слое, скажем в Top Layer

Схема была набрана в редакторе схем

При этом надо учитывать тот факт, что свободные неподпаянные входы микросхемы (ноги 8 и 10) следует подтянуть к земле, иначе Altium не скомпилирует схему для передачи её в редактор плат.

В итоге, путем самостоятельных ковыряний в программе и уроков Алексея Сабунина цель была достигнута и плата разведена

Все компоненты с монтажом в отверстия расположились с чистой стороны текстолита, а микросхема, в силу SMD-исполнения - со стороны дорожек. Для вывода разводки схемы на печать необходимо создать в проекте устройства так называемый Output Job File

Который настраивается следующим образом. В списке опций настройки выбираем Documentation Output и щелкаем на Add New Docimentation Outpu, выбирая в появившемся меню PCB Prints и проект платы, касающийся нашего устройства.

Переименовываем появившийся пункт документации, назовем его скажем LUT, по транслитерации технологии (ЛУТ), которую собираемся использовать для перевода рисунка платы на медь. Правой кнопкой мыши щелкаем по LUT и в контекстном меню выбираем Configure. В настройках слоев выводимых на печать оставляем только два пункта: Top Layer и Multi-layer и расставляем галки как показано на скрине

Галка Mirror нужна в частности для зеркального отображения рисунка на печати. Это важно, иначе при переводе рисунка на медь получится зеркальное отражение наших дорожек, а нам это не надо. Кроме того, следует заглянуть в Page Setup

Чтобы выбрать формат бумаги и обратить внимание на масштабный коэффициент (Scale). При первой печати он оказался равен 1,36 почему-то, а должен быть равен единице

Теперь жмем Print. У меня нет своего принтера, поэтому я распечатал в PDF используя Foxit Reader, а затем отнес полученный файл на флешке в ближайшую ко мне «шарашку», в которой распечатал рисунок на глянцевой фотобумаге. В итоге получилось вот это

Размер платы вышел 62 х 39 мм, по этому размеру ножницами по металлу вырезан кусочек текстолита. Раньше я пилил текстолит ножовкой и часто (а точнее всегда) это получалось ужасно. Ножницами же выходит ровненько, без мусора и повреждения токопроводящего слоя.

6. Изготовление печатной платы

Был выбран метод ЛУТ (лазерно-утюжная технология) из-за своей простоты и доступности. Руководством к действию послужила . Старался не нарушать технологию: прошелся по меди нулевкой, обезжирил, правда не ацетоном, ибо не нашел где купить, а универсальным обезжиривателем на основе уайт-спирита, купленным в Lerua Merlin. Тщательно и с усилием прогладил бутерброд из текстолита и рисунка уюгом на максимальной температуре. Или из-за того, что где-то ошибся, или потому что не дал остыть заготовке, или просто в «шарашке» экономят тонер на принтере, в общем вышло не очень

Однако, я благоразумно запасся перманентным маркером Edding 404, которым, не без помощи своей любимой жены (с прокачанным скилом подведения ресниц и рисования узоров на ногтях) обвел все дорожки

Далее был разведен раствор 6-ти водного хлорного железа из расчета около 180 грамм на 300 мл воды (воду набрал из-под крана, горячую) и плата была брошена на съедение в кювету для травления. Чтобы протравить плату и не отравить при этом жену, операцию производил на закате на балконе

«Хлоняк» не подвел, ходят ходят слухи что часто продают некачественный. Травление заняло 13 минут, последние островки меди уходили прямо на глазах. Главное не забывать периодически пинать плату пинцетом по кювете и следить за процессом. Как только лишняя медь исчезнет, достаем плату срочно и промываем обильным потоком воды.

После промывки, протирки и просушки настает момент истины. Надо снять защитное покрытие. Я пытался делать это уайт-спиритом,

Но дело шло туго. Потом жена предложила свою жидкость для снятия лака для ногтей - этот чудо-эликсир смыл покрытие мгновенно (я до сих пор в ужасе от того, какими реактивами пользуются наши женщины. Красота - страшная сила!)

Не подвел и маркер - все дорожки уцелели

После очистки защитного покрытия можно приступать к сверлению отверстий. И вот тут я совершил досадную ошибку - у меня не оказалось сверла на 0,5 мм, и вместо того чтобы отложить дело до завтра, купив нужное сверло, я поторопился и взял миллиметровое, посчитав что оно подойдет. В итоге я повредил многие контактные площадки, к счастью не сильно и не бесповоротно. Но все же никогда не спешите. Как говорил мой знакомый Марк из лаборатории кафедры мехатроники Мюнхенского университета, где я проходил преддипломную практику «Дмитрий, для каждой работы бери подходящий инструмент». И он был тысячу раз прав.

7. Лужение платы и пайка компонентов

Места пайки компонентов должны быть покрыты тонким блестящим слоем припоя. Это основное условие успешности работы. Я не стал лудить дорожки целиком. Во-первых, побоялся покоробить их, а во-вторых всё равно собирался покрывать плату цапон лаком. Так что я облудил лишь места пайки. Для этого кисточкой наносим на них канифольно-спиртовый флюс ЛТИ-120 и паяльником, разогретым до 250-300 градусов, с жала которого свисает крохотная капелька припоя, проводим по нужным точкам платы. За счет увеличения флюсом поверхностного натяжения припой растекается по точно контактным площадкам.

После этого была разобрана «макетка», проводки удалены с микросхемы и в первую очередь была припаяна она. Аккуратно руками или пинцетом помещаем микросхему на её место в соответствии с цоколевкой, так чтобы каждая ножка заняла свою площадку. Затем ряды ножек смазываем флюсом. Короткими и точными движениями касаемся всех ножек по очереди, не забывая набирать припой на жало паяльника (но не слишком много, достаточно маленькой капли). Если всё сделано верно, то ножки паяются к площадка очень быстро и точно, без «соплей» и перемыкания соседей. На запайку микросхемы у меня ушло меньше минуты, а я делаю это впервые. Вдохновило меня на этот подвиг такое видео , за что я очень благодарен его автору. Всё оказалось действительно не так страшно.

Похожим образом я разобрался и с остальными деталями. Главное тут аккуратно обрезать выводы деталей на нужную длину - я оставлял торчать над дорожкой не более миллиметра вывода, и правильно и аккуратно согнуть их, если требуется. Важно, крайне важно никуда не торопиться и делать всё вдумчиво. В итоге получилось то что получилось

От «соплей» уйти не удалось, но для первого раза вышло довольно сносно, хоть меня, вероятно и раскритикуют.

8. Проверка цепей и ещё одна досадная ошибка

После пайки смываем весь флюс спиртом, берем в руки мультиметр и звоним все цепи, с целью проверки их проводимости и соответствия принципиальной схеме. И вот тут бяка подкралась незаметно. Разъем COM-порта оказался распаяна зеркально! «Земля» сидела на первой ноге вместо пятой, Rx - на четвертой вместо второй. И я до сих пор не пойму как, ведь при разводке в Altium всё было верно. Это осталось для меня загадкой. Никакой загадки - просто имея по факту разъем «маму», при формировании схемы в Altium всё равно использовал «папу». Отсюда и зеркальная распайка, получившаяся в итоге. К счастью я решил эту проблему соответствующей распайкой кабеля, предназначенного для подключения девайса в COM-порту компьютера. Но из-за этой ошибки COM на плате оказался таким вот «проприетарным».

В остальном монтаж оказался верным и я, распаяв соединительные кабели и прибрав рабочее место, подключил новенькую плату к «апельсину» и компьютеру

По окну терминала снова побежали строки лога загрузки. Я был счастлив!

9. Наводим «красоту»

С целью защиты контактов от окисления и придания девайсу вида «промышленного» плата была окрашена зеленым цапон лаком. Все метки, нанесенные перед монтажем перманентным маркером были этим самым лаком смыты. Ну да ладно… Вот фото готового изделия вместе с комплектом кабелей

Теперь можно приступить к дальнейшей доводке ПО для «апельсина». Теперь я не буду слеп и нем, а смогу налаживать систему через последовательный терминал.

Заключение

Это было интересно. Интересно для меня, потому что впервые. Первое устройство спроектированное на компьютере и собранное на печатной плате своими руками. И если кто-то иронично усмехнется, то пусть вспомнит, что он тоже когда-то делал это впервые… Добавить метки

Обзор конвертера USB - UART TTL на CP2102

Зачем он нужен

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 , и .

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

По размеру плата мало отличается от
на фото сравнения с другими конвертерами USB/UART

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.

При изменение VID и PID необходима обязательная пересборка драйверов, так как стандартный драйвер настроен на VID и PID Silicon Labs

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

Итог

Данная плата одна из самых дешевых конвертеров USB/UART не использующих поддельные чипы.
Имеет вывод DTR, позволяющий автоматически посылать RESET для загрузки ПО в контроллер
Позволяет настраивать VID, PID и драйвера под свои проекты
К покупке рекомендую

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.

{ ArticleToC: enabled=yes }

Небольшого размера адаптер USB TTL PL 2303 является неким программатором, используемым с платой для считывания информации с различных датчиков:

• влажности;
• температуры;
• движения.

Этим и обусловлено широкое использование адаптер USB TTL PL2303 в радиоуправляемых устройствах. Программируется TTL USB адаптер на С++, т.е. USB TTL адаптер является «универсальной шиной» при передаче данных, используемой в технике вычислительной низкой и средней скорости.

Чтобы ее подключить к USB RS232 TTL адаптеру необходим четырехпроводной кабель. Одна витая пара нужны для дифференциального подключения при приеме и передаче (RX и TX), а оставшиеся — для подачи питания устройствам периферийным (GND и +5V).

При условии, что наибольшая сила тока таких устройств не превышает 500мА, а у USB – 900мА), подключаются они без своего источника питания.

При том, что для TTL логики 0-5 В имеются стандартные уровни, вроде USB адаптер TTL и не нужен.

Но, из-за того, что интерфейс/протокол USB достаточно сложный, чтобы построить на его базе устройство, требуются глубокие познания и микропроцессоры, обрабатывающие данные.

В помощь можно взят иной протокол — УАПП (UART), на сегодня являющийся наиболее распространенным. Среди семейства из множества протоколов, используемым чаще других считается RS-232, в быту именуемый портом COM. Он самый старый из всех, но и сегодня актуальный.

Он имеет линии:

• передающая — TXD;
• принимающая — RXD.

Если используют их, передавая данные, то в аппаратном управлении нет необходимости. Для аппаратного используют DTS и RTS.

Выход передатчика соединяют со входом приемника и наоборот.

RS-232 от логики (5-вольтовой) стандартной разнится электрическим принципом действия. В этом варианте «0» лежит в диапазоне +3 до +12 В, соответственно единица — в пределах от -3 до -12.

Вывод. Назначение адаптеров UART USB TTL состоит в «стыковке» сложнейшего интерфейса

USB с простым и «ходовым» протоколом UART, поддерживаемом микроконтроллерами, и работе с уровнями логики 0-5В.

Адаптер USB RS232 TTL Pl 2303 собирается на PL2303 микросхеме, создающей на ПК виртуальный СОМ-порт. Применяют для прошивки устройств с микроконтроллерами.

Его стоимость на составляет 40,84 рубля.

Чтобы доставить в Украину заплатить дополнительно нужно 149,74 руб.

Основные характеристики PL2303 USB для TTL модуль адаптер конвертер:

• тип напряжения – регулярное;
• питание – 3,3/5 V;
• назначение- для компьютера;
• температурный диапазон — -40 TO +85;
• производитель – Diymore.

USB 3.3 В 5.5 В для TTL адаптер мини-порт

Обзор

• Размер – 36х17,5 мм (ДхШ);
• Контакты: GND, CTS, VCC, TXD, DTR, RXD, RXD;
• Чипсет FT232RL;
• Поддерживает – 5В, 3,3 В;
• Шаг – 2,54 мм.

Отличного качества модули стоимостью 100,24 руб . предлагается интернет-магазином https://ru.aliexpress.com/popular/ttl-adapter.html .

Для обнаружения авто с помощью GPS адаптер USB TTL PL2303 HX конвертер RS232

Его стоимость составляет 42,7 рублей .

К особенностям относятся:

• антистатическую упаковку, не допускающую накопления статэлектричества,
• негативно отражающегося на работе;
• высокую надежность, стабильность;
• поддержку WIN7.

Используется продукт, весящий 5 граммов (без упаковки) в студенческих экспериментах производстве и т.д. Его размер – 50Х15Х7 мм. У конвертеров модели USB PL2303 — RS232

TL есть пара интерфейсов, служащих для подключения (пятиконтактный штыревой) и ПК (USB стандартный).

FT232RL USB 3.3 В 5.5 В для TTL мини-порт

Стоимость его 106, 43 рубля . Это недорогой вариант увеличить возможность USB микроконтроллерам. Для защиты самовосстанавливающийся предохранитель 500ma, чтобы защититься от перезагрузок по току.

Характеристики

• цвет – красный;
• питание USB- 5 или 3,3 В;
• вес – 4 грамма;
• габариты — 43х17 мм.

Малый размер дает возможность использовать его в разработках, где критичным является размер гаджета.

USB в TTL для UART на чипе PL2303

Используется при Arduino программировании.

Конвертер на микросхеме Max3232 преобразует сигналы RS-232 порта в пригодные к использованию в цифровых схемах на основании TTL-технологий.

Стоит 76,11 рублей.

CP2102 USB 2.0 для TTL UART 6Pin

Состоит из платы CP2102, USB2.0 full-speed встроенного, генератора кварцевого, шины данных UART и поддерживает сигналы, не требуя внешнего USB модема.

• Весит 4 грамма;
• Индикаторы светодиодные на: питании, передаче и приеме;
• Статус рабочий– 3,3 и 5 В.

Стоит 82, 3 рубля.