基于FTDI芯片进行USB到UART的转换设计方案实现

电子设计 2021-04-26 5082

描述

如今，USB端口已广泛用于电子设备和计算机之间的数据交易。在许多情况下，不需要直接与USB端口通信，因此电子设计人员使用USB到UART（RS232-Serial）转换器芯片，因此USB端口被转换为计算机上的虚拟COM端口。许多设计师的最初想法是使用FTDI芯片进行USB到UART的转换。选择FTDI芯片没错，但是它们很昂贵。

因此在本文中，我介绍了一种廉价的USB至UART转换器模块，该模块使用Microchip的MCP2200芯片。该转换器支持3.3V和5V串行逻辑电平，并使用三个LED指示器进行电源连接，数据传输和数据接收。

该模块支持串行CTS和RTS引脚，以及六个可用于直接控制连接设备的GPIO。已使用Siglent SDS2102X Plus示波器的UART解码功能检查并解码了模块的串行数据。

A.电路分析

图1显示了USB转UART转换器模块的示意图。原理图已分为几个部分，以进行更好的视觉检查。

转换器芯片

图1，USB转UART转换器模块的示意图

IC1是Microchip的MCP2200 ［1］ USB转UART转换器芯片。它支持高达12Mb / s的全速USB，并采用20引脚SOIC封装。因此，很容易焊接该组件以进行原型制作。它还配备了RTS和CTS引脚以及六个GPIO。

R1是复位引脚的上拉电阻，C1和C2是去耦电容，以减少电源噪声。C3，C5和Y1构成时钟生成单元。C6降低了VUSB导轨噪声。

USB1是用于USB电缆连接的SMD USB-mini连接器。C4和FB1降低了+ 5V USB电源噪声。图2显示了SMD USB-B微型连接器的图片。

图2，一个SMD USB-mini连接器

REG1是RT9166-33GX ［2］，它是采用小型SOT-89封装的线性3.3V稳压器。根据数据表：“ RT9166 / A系列是CMOS低压差稳压器，针对超快速瞬态响应进行了优化。这些器件能够提供300mA或600mA的输出电流，压差分别为230mV或580mV。RT9166 / A系列针对CD / DVD-ROM，CD / RW或无线通信电源应用进行了优化。RT9166 / A稳压器可使用低至1μF的输出电容器稳定。其他功能包括超低压差，高输出精度，限流保护和高纹波抑制比。这些器件的固定输出电压范围为1.2V至4.5V，每步为0.1V。RT9166 / A稳压器提供3引脚SOT-23（仅RT9166），SOT-89，SOT-223，TO-92，

P3是3针公头，允许用户通过使用跳线在3.3V和5V逻辑电平之间切换。D1，D2和D3是三个SMD LED，它们指示正确的USB电缆连接，数据发送和接收。R2，R3和R4用于限制LED的电流。

B.PCB布局

图3显示了USB转UART转换器模块的PCB布局。它是两层PCB板，所有组件封装均为SMD（引脚连接器除外）。

图3，使用MCP2200的USB转UART转换器的PCB布局

图4是顶层和底层的单独视图，因此红色层是顶层，蓝色层是底层。

图4，PCB顶层和底层的单独视图

当我决定为该项目设计原理图和PCB时，我意识到我的组件库存储中没有IC1 ［3］和REG1 ［4］的组件库。因此，与往常一样，我决定使用SamacSys IPC额定组件库，并使用免费的SamacSys工具和服务安装了缺少的库（示意图，PCB尺寸，3D模型）。有两种方法可以将库导入到Electronic designing CAD软件中：您可以访问componentsearchengine.com并下载和导入库，也可以使用SamacSys CAD插件直接将模型搜索/导入到设计环境中。

图5显示了所有受支持的电子设计CAD软件，很明显，所有已知软件均受支持。我使用了Altium Designer支持

图5，SamacSys插件支持的所有电子设计CAD软件

图6，SamacSys Altium插件中的选定组件库

C.组装

图7显示了组装后的PCB板的俯视图，图8显示了仰视图。PCB板由PCBWay制造。我最多可以拿10个板，没有价格变动。铜，丝网印刷和阻焊膜的质量都很好，所以我完全不用焊接元件。组件的最小封装大小为0805。

图8，组装好的PCB板的底视图

D.测试与测量

在完成焊接（或收到组装好的电路板）之后，如有必要，应将模块连接到计算机并配置MCP2200芯片。Microchip提供了用于配置芯片［7］的实用程序软件，名为“ MCP2200配置实用程序”。图9显示了该实用程序软件的屏幕截图。就我而言，第一次尝试时，LED没有闪烁，因此我必须在配置中启用闪烁。

转换器芯片