USB转RS232接口电路

USB转RS232接口电路

与RS232总线的数据传输速率相比，USB的传输速率更快，因此很多计算机的RS232串行接口都被USB接口所替换，但是很多仪器仪表、控制终端、远程终端等设备的接口还是沿用RS232。为解决两个接口之间的转换，设计了USB到RS232接口转换卡。

1、CH341T简介

CH341T是USB总线转接芯片，其引脚排列如图1所示。当CH341T工作在异步串口模式时，CH341T提供串口发送使能、串口接收就绪等交互式的速率控制信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB总线。表1是CH341T芯片各引脚功能说明。

图①

表1

异步串口方式下CH341T芯片的引脚包括：数据传输引脚、硬件速率控制引脚、工作状态引脚、辅助引脚。数据传输引脚包括：TXD 引脚和RXD引脚。串口空闲时TXD和RXD应该为高电平。硬件速率控制引脚包括：TEN#引脚和RDY#引脚。TEN#是串口发送使能，当其为高电平时，CH341T将暂停从串口发送数据，直到TEN#为低电平才继续发送。RDY#引脚是串口接收就绪，当其为高电平时，说明CH341T还未准备好接收，暂时不能接收数据，有可能是芯片正在复位、USB 尚未配置或者已经取消配置、或者串口接收缓冲区已满等。工作状态引脚包括：TNOW引脚和ROV#引脚。TNOW 以高电平指示CH341T正在从串口发送数据，发送完成后为低电平，在半双工串口方式下，TNOW 可以用于指示串口收发切换状态。ROV#以低电平指示CH341T内置的串口接收缓冲区即将或者已经溢出，后面的数据将有可能被丢弃，正常情况下接收缓冲区不会溢出，所以ROV#应该为高电平。

CH341T内置了独立的收发缓冲区，支持单工、半双工或者全双工异步串行通讯。串行数据包括1个低电平起始位、5到9个数据位、1或2个高电平停止位，支持奇校验/偶校验/标志校验/空白校验。CH341T支持常用通讯波特率：50、75、100、110、134.5、150、300、600、900、1200、1800、2400、3600、4800、9600、14400、19200、28800、33600、38400、56000、57600、76800、115200、128000、153600、230400、460800、921600、1500000、2000000等。串口发送信号的波特率误差小于0.3％，串口接收信号的允许波特率误差不小于2％。

在计算机端的Windows操作系统下，CH341T的驱动程序能够仿真标准串口，所以绝大部分原串口应用程序完全兼容，通常不需要作任何修改。除此之外，CH341T还支持以标准的串口通讯方式间接访问CH341T外挂的串行EEPROM存储器。CH341T可以用于升级原串口外围设备，或者通过USB总线为计算机增加额外串口。通过外加电平转换器件，可以进一步提供RS232、RS485、RS422等接口。

2、硬件电路

图②

设计USB转RS232串口的硬件连接图如图2所示。该硬件系统由4部分组成：USB接口、CH341T、MAX232和RS232接口。其中，USB接口用于连接USB主机，在此选用USB总线接口的A型连接头；CH341T用于完成USB接口转RS232接口的所有硬件功能；

MAX232用于完成RS232与TLL/CMOS的电平转换；RS232接口用于连接RS232设备。根据实际需要，选择目前广泛应用的DB9连接器。

USB总线包括一对5V电源线和一对数据信号线。通常，+5V电源线为红色；接地线为黑色；D+信号线为绿色；D-信号线为白色。USB总线提供的电源电流最大可以达到500 mA，CH341T芯片可以直接使用USB总线提供的5V电源。C3和C4是高频瓷片电容，C3容量一般为4700pF~0.02μF，用于CH341T内部电源节点的退耦；C4容量为0.1μF，用于外部电源的退耦。晶振X1、电容C1和C2用于时钟振荡电路。X1的频率是12 MHz，C1和C2是容量为15~30 pF的高频瓷片电容。MAX232提供电平转换。

3、电路测试

连接USB-RS232转换卡的计算机，必须安装CH341T的驱动程序CH341SER.EXE，当模块首次连接到计算机的USB端口时，计算机提示找到新硬件，按照提示完成驱动程序的安装。安装完驱动程序后，可以通过计算机的USB接口提供仿真串口。在逻辑功能方面，使用方法与普通计算机串口完全相同，支持大多数常用的串口监控及调试工具程序，应用程序可以不做任何修改，可以像存取一个标准的物理串口一样访问这个虚拟串口，在保持软硬件兼容的前提下，将原串口产品转换为USB接口。

图3就是利用“串口调试助手”软件对转换器进行通讯测试的结

果如所示。测试过程中，转换器与计算机连接后虚拟端口为COM3，利用RS232标准线缆将转换器与另一台计算机的COM1端口相连。通讯采用的波特率为9600，8位数据位，1位停止位，无校验位，2个端口每隔1000 ms自动发送数据。由图3可见，该转换器能够在不同计算机的USB/RS232端口间进行可靠通讯。此外，采用2个转换器，可实现不同计算机间的USB通讯，经测试工作可靠。做好的实物如图4所示。

图③

图④

4、结束语

CH341T作为一种新型的、功能强大的USB接口转换芯片，可以工作在多种模式，且接线简单、控制方便、使用灵活，可满足用户的多种需求。由于CH341T屏蔽了USB接口的底层协议，可以方便地在嵌入式系统中增加USB接口，无需电平转换器件，在驱动程序的控制下直接与PC机通讯，极大地方便了用户，缩短开发周期、减少研发费用。