1. Qu'est-ce que le TTL et qu'est-ce que l'USB a à voir avec cela ?

D'une manière ou d'une autre, un produit très bon marché a attiré mon attention sur Ali Convertisseur USB-UART. Au début, je n’étais pas vraiment sûr de ce qu’était réellement cette chose. Le nom du produit en anglais ressemblait à ceci : « Convertisseur USB vers TTL module UART CH340G CH340 commutateur 3,3 V 5 V ». La mention de l'UART et de la puce CH340G a semblé dissiper les doutes, mais je n'ai pas aimé la phrase « USB to TTL », qui était également visible sur la photo du module, sur sa face inférieure. Le fait est que cette phrase n’a pas de sens, ce qui signifie qu’elle ouvre un large champ de libre interprétation.

En théorie, traduit en russe l'expression " USB vers TTL" devrait signifier "conversion USB en TTL". Personne n'a besoin d'expliquer ce qu'est l'USB maintenant, mais peu de gens ont entendu parler de TTL. Tournons-nous donc vers l'histoire et voyons qu'est-ce que TTL.

Il est intéressant de noter que Google et Yandex, lorsqu'on leur a demandé « Qu'est-ce que TTL », ont renvoyé des liens sur TTL provenant d'un domaine complètement différent. Alors, qu’est-ce que c’est par rapport à l’électronique ? L'abréviation TTL en russe n'est pas différente de la version anglaise et signifie logique transistor-transistor (TTL). Initialement, ce concept impliquait les caractéristiques de la structure interne de certains microcircuits numériques, un ensemble de solutions techniques, notamment circuits et technologiques. Entre autres choses, la norme TTL spécifiait également une méthode codage de signal logique. Par exemple, un zéro logique a été codé avec une tension proche du fil d'alimentation commun. De plus, le fil commun était connecté au négatif de la source d'alimentation et était considéré comme un potentiel zéro - « masse ». Et l'unité logique était codée avec une tension proche de la tension d'alimentation +5V. La tension d'alimentation +5 V elle-même fait également partie intégrante de la norme TTL.

Il convient de noter que les microcircuits TTL sont devenus très répandus à une époque. En Union soviétique, la série K155 est peut-être la plus célèbre. L'utilisation généralisée de ces microcircuits et d'autres microcircuits similaires a obligé les développeurs de matériel, à des fins de compatibilité, à adhérer aux mêmes méthodes de codage des signaux zéro logique et un logique que celles prévues par la norme TTL.

Mais rien ne reste immobile. Les puces TTL construites sur des transistors bipolaires sont rapidement devenues obsolètes. Ils étaient bien inférieurs aux microcircuits plus modernes tant en termes de performances que de consommation d'énergie. Ils ont commencé à être remplacés par d'autres familles de microcircuits basés sur des structures MIS (métal-diélectrique-semiconducteur), ou, plus simplement, sur des transistors à effet de champ. Mais la norme de codage du signal n'allait pas devenir obsolète, c'est pourquoi de nombreux nouveaux microcircuits, même non directement liés au TTL, restaient compatibles avec le TTL. Les puces TTL elles-mêmes sont progressivement devenues une partie de l'histoire (bien qu'elles soient encore utilisées aujourd'hui dans les conceptions amateurs), et leur nom commun - l'abréviation TTL - a acquis une signification légèrement différente. Maintenant Durée de vie doit être interprété comme "une norme de niveaux de tension pour le codage des zéros et des uns logiques, utilisée dans les puces TTL".

Et que, compte tenu de ce qui précède, les mots « USB vers TTL » peuvent-ils signifier ? Je pense que l’on comprend désormais pourquoi cette phrase n’a aucun sens.

2. Convertisseur d'interface sur puce CH340G

J'ai fini par commander ce produit. Cela m'a coûté 44,30 roubles, frais de port compris, soit presque rien. Mais ce n’est pas le cas lorsque bon marché signifie mauvais. Une fois connecté, il a été immédiatement identifié dans le système (Windows 8.1). Il n'y a eu aucun problème avec les pilotes. Auparavant, j'avais déjà connecté un autre convertisseur au CH340 (celui sous forme de cordon adaptateur USB-COM), donc le driver était déjà installé. Je dois dire que la dernière fois, il n'était pas nécessaire de rechercher un pilote et de l'installer manuellement - tout s'est déroulé automatiquement. Désormais, le pilote précédemment installé a immédiatement reconnu le nouveau périphérique.

Comme on peut s'y attendre, il s'est avéré qu'il s'agissait d'un convertisseur USB-UART, comme ceux que j'ai achetés plus tôt. Parmi les signaux utiles, seuls TXD et RXD sont émis ici vers le connecteur du module. Bien sûr, cela ne me convenait pas. Sachant que le microcircuit CH340G assure la formation d’un ensemble complet* Signaux RS232, j'ai acheté ce module dans l'attente de son amélioration ultérieure. D'ailleurs, un prix aussi bas est en grande partie une conséquence de « l'infériorité » de ce module. Avec uniquement les signaux TXD et RXD, ses capacités sont sévèrement limitées. Mais avec un ensemble complet de signaux RS232, les capacités du module et la portée de son application deviennent véritablement inépuisables (il n'est pas du tout nécessaire d'utiliser les entrées et sorties RS232 strictement aux fins prévues). Un tel port peut même être considéré comme low-bit port parallèle avec réglage arbitraire des signaux sur trois sorties et interrogation arbitraire de l'état de quatre entrées. Sur ce site, vous pouviez déjà voir différentes options pour utiliser un module similaire. Mais un convertisseur avec un ensemble complet de signaux coûte généralement un ordre de grandeur plus élevé. Pourquoi payer trop cher ? Pour ceux qui connaissent un fer à souder, la solution optimale est d'acheter un « produit semi-fini » et de le remettre à part entière.

* Par ensemble « complet » de signaux RS232, nous entendons les signaux Port COM, bien que la norme RS232 fournisse de nombreux autres signaux non utilisés dans COM.

J'ajouterai que le module dispose de trois LED (toutes rouges), dont l'une signale la fourniture de tension d'alimentation depuis USB, et les deux autres affichent l'état des signaux TXD et RXD (allumées au zéro logique, c'est-à-dire à basse tension par rapport à GND).

3. Mise à niveau du module UART vers un RS232TTL complet

En général, toutes les modifications consistaient uniquement à souder les pattes correspondantes du microcircuit. Pour ce faire, il a fallu au préalable découper une fenêtre dans le boîtier thermorétractable. Correspondance des broches Puces CH340G Et Signaux RS232 voir tableau Tab.1.

Comme le montre le tableau, tous les signaux à l'exception de TXD et RXD se trouvent sur un côté de la puce, mais TXD et RXD sont déjà connectés au connecteur, il a donc fallu souder des fils supplémentaires d'un seul côté.

4. Test du convertisseur sur la puce CH340G

Pour m'assurer que le module fonctionne correctement et qu'il fournit réellement tous les signaux inhérents au port COM, je l'ai testé minutieusement. Tous les tests ont réussi, comme on dit, sans accroc, d'où je conclus que ce convertisseur d'interface peut être recommandé pour une utilisation dans tous les appareils et conceptions nécessitant une connexion à un ordinateur via RS232TTL. Y compris pour une utilisation en tant que programmeur de microcontrôleur, comme décrit dans l'article.

Les tests ont été effectués à l'aide de plusieurs scripts pour le programme Perpetuum M. Vous pouvez également tester votre convertisseur. Téléchargez (ils sont regroupés dans une seule archive) et séparément. Pensez à vérifier et modifier le numéro de port dans les scripts si nécessaire, sinon ils ne fonctionneront pas. Vous pouvez connaître le numéro de port dans votre cas via le Gestionnaire de périphériques Windows. Au début de chaque script (et ils peuvent être ouverts avec un éditeur de texte, tel que le Bloc-notes), vous verrez la ligne "PortName="COM3";". Au lieu du numéro 3, mettez le numéro dont vous avez besoin. Par exemple, si, lors de la connexion d'un module, le périphérique COM4 apparaît dans le gestionnaire de périphériques, alors dans chaque scénario, vous devez spécifier « COM4 » au lieu de « COM3 ».

Je vais maintenant vous en dire plus sur le processus de test. J'ai d'abord installé un cavalier entre les broches du connecteur TXD Et RXD afin que les données de l'émetteur atteignent immédiatement le récepteur. Ainsi, j'ai "bouclé" le port afin qu'il puisse se transmettre des données. Cela vous permet de tester à la fois l'émetteur et le récepteur sans vous connecter à un autre port. Ensuite, j'ai exécuté le script « Tester un port COM en téléchargeant un fichier via celui-ci » et j'ai sélectionné un fichier aléatoire d'une taille de 653 Ko. Le fichier a été copié avec succès. Le fichier copié s'est avéré absolument identique à l'original, ce qui indique que le récepteur et l'émetteur du module UART fonctionnent correctement.

Ensuite, j'ai exécuté séquentiellement les scripts « Test de sortie du port COM TXD », « Test de sortie du port COM DTR » et « Test de sortie du port COM RTS », après avoir préalablement connecté un voltmètre à la sortie correspondante pour chaque cas. En entrant des zéros et des uns dans la boîte de dialogue du programme, j'ai vérifié qu'ils étaient bien affichés sur les sorties du port. Il s'est avéré que la sortie TXD affiche des niveaux logiques sans inversion, c'est-à-dire qu'à la sortie de zéro, une basse tension apparaît, à la sortie d'un, une haute tension apparaît et les sorties DTR et RTS fonctionnent avec inversion. Ceci doit être pris en compte lors de l'utilisation de ce module en développement.

Ensuite, j'ai exécuté le script « COM Port Input Test », qui affiche en temps réel l'état de quatre entrées de port à la fois : CTS, DSR, RI, DCD. À l'aide d'une résistance de 5,6K, j'ai commencé à connecter chacune des entrées une par une soit au fil commun (GND), soit à la ligne électrique +5V. Il s'est avéré ce qui suit. Toutes les entrées sont opérationnelles ; lorsqu’elles sont interrogées par le logiciel, elles produisent toutes un état inversé. Tous ont un « pull-up » vers la tension d'alimentation, c'est-à-dire que l'entrée « suspendue » a un niveau logique et, par conséquent, en raison de l'inversion, est lue dans le logiciel comme « 0 ». Lorsque l'entrée est connectée via une résistance de 5,6 K à la broche du connecteur GND, chaque entrée passe facilement dans un état zéro logique (lu dans le logiciel comme « 1 »), ce qui signifie que la résistance du « pull-up » intégré est au moins un ordre de grandeur supérieur à 5,6K. A noter que dans les modules basés sur la puce PL2303, il est beaucoup plus difficile de « casser » le « pull-up » intégré en raison de sa faible résistance.

Résumons : en plus de la possibilité de transmission de données série via UART, nous disposons de trois sorties contrôlées indépendamment ( TXD, DTR, RTS), dont une directe (TXD) et deux inverses, ainsi que quatre entrées inverses interrogées par programme avec un « pull-up » vers la tension d'alimentation ( CTS, DSR, RI, DCD). Si vous envisagez d'utiliser UART, il n'y aura que deux sorties indépendantes, puisque la sortie TXD est un signal de l'émetteur UART. Cela n'affecte pas les entrées - il y en aura toujours quatre.

Il faut mentionner encore une possibilité, qui permet soi-disant de changer le niveau de l'unité logique aux sorties en déplaçant le cavalier, selon la tension alimentée par les microcircuits connectés à ce module : 5V ou 3,3V. C'est-à-dire que la question de la coordination des niveaux est en train d'être résolue. J'écris sur ce «truc» avec un certain dédain, car il est mis en œuvre d'une manière étrange et n'inspire pas confiance. Cependant, cela n’est pas particulièrement nécessaire, car se mettre d'accord sur les niveaux entre 5 V et 3,3 V est facile par d'autres moyens. Et voici le problème. Le module a trois broches : 5V, VCC et 3,3V. Avec un cavalier (il est même inclus dans le kit) vous pouvez fermer 5V et VCC, ou VCC et 3,3V. Ou vous ne pouvez pas l'installer du tout, car en l'absence totale de cavalier, tout fonctionne de la même manière que s'il était installé entre VCC et 3,3V. La tension sur la broche 5V correspond à la tension du fil +5V du port USB. La broche VCC a une tension d'environ 3,8 V lorsqu'il n'y a pas de cavalier, et la broche 3,3 V a une tension d'environ 3,2 V. Si le cavalier est installé entre 5V et VCC, aucune question ne se pose en principe - les niveaux TTL fonctionnent, c'est-à-dire qu'une unité logique atteint cinq volts. Mais si vous installez un cavalier entre VCC et 3,3 V, des questions se posent, car la tension sur la broche 3,3 V monte à 3,8 V (comme elle l'était sur VCC avant d'installer le cavalier), et aux sorties du port, l'unité logique atteint 3,6 ...3,8V, ce qui est un peu trop pour du 3,3V. Sans installer de cavalier aux sorties, le niveau unité atteint également 3,6...3,8V. Peut-être que rien ne brûlera, mais se concentrer sur les valeurs maximales autorisées n'est pas le meilleur facteur de fiabilité.

5. Avantages et inconvénients du convertisseur CH340G

Parmi les défauts, je n'ai noté que deux bagatelles mineures qui peuvent être ignorées avec une approche compétente. L’un d’eux n’est pas une coordination entièrement réussie avec la norme 3,3 V. Mais si vous n'utilisez pas d'alimentation 3,3 V, ou si vous l'utilisez, mais que la tâche de correspondance de niveau ne vous pose pas de problème, alors tout est en ordre. Le deuxième inconvénient est que toutes les LED de ce module sont de la même couleur - rouge, ce qui vous oblige à mémoriser leur emplacement si vous souhaitez vous y retrouver. Mais dans la pratique réelle, le besoin de LED n'est pas si grand, et si vous en avez encore besoin, vous pouvez les remplacer par les vôtres.

Il y a certainement plus d'avantages. Tout d'abord, je suis heureux qu'il n'y ait aucun problème avec les pilotes. Comme je l'ai dit plus haut, pour les microcircuits Pilotes CH340 pour Windows sont installés automatiquement, y compris les dernières versions du système d'exploitation. Mais avec les convertisseurs sur la puce PL2303, tout est bien plus compliqué. Il n'y a pas de pilotes pour les anciens microcircuits pour les nouvelles versions de Windows. Et dans le passé, une mer de vieux microcircuits a été libérée. Si je ne me trompe pas, c'est la raison pour laquelle les développeurs n'ont pas pris en charge les anciens microcircuits. Il semble qu'il y ait eu une sorte de problème avec le droit d'auteur - il y avait beaucoup de microcircuits contrefaits sur le marché. Et puis les développeurs, sans rien changer fondamentalement à la nouvelle puce, ont seulement modifié la façon dont elle répond à la demande du conducteur. En gros, à la question « Qui es-tu ? », le nouveau microcircuit a commencé à répondre : « Je suis Vasya-plus ». Et si le conducteur reçoit la réponse « Je suis Vasya », alors il dit à ce microcircuit : « Traverse la forêt, Vasya sans plus. Autrement dit, d'un point de vue purement technique, le nouveau pilote pourrait facilement fonctionner avec l'ancien microcircuit. Autant que je sache, il existe même des moyens de contourner ce fléau - soit le nouveau pilote est obligé de travailler avec l'ancien microcircuit, soit l'ancien pilote est « vissé » au nouveau système d'exploitation.

Un autre avantage de ce module est que l'espacement des broches de la puce CH340G est beaucoup plus grand, ce qui facilite grandement la soudure. Ce microcircuit n'a que 16 broches, parmi lesquelles se trouvent essentiellement les plus nécessaires, contrairement au PL2303, qui, apparemment, a des broches pour toutes les occasions.

À mon avis, le « pull-up » à haute résistance des entrées peut également être considéré comme un plus, car il réduit le courant logique zéro et impose donc moins d'exigences à la source de signal. Si les exigences en matière de protection contre les interférences sont très élevées, vous pouvez alors facilement organiser un « pull-up » supplémentaire avec une résistance externe. Lorsque vous utilisez ce module dans un rôle (voir figure de droite), vous pouvez installer toutes les résistances avec la même résistance (1K...4,3K). Autrement dit, il n'est pas nécessaire de réduire considérablement la résistance à l'entrée CTS.

J'ajouterai également que dans le passé j'ai effectué des tests comparatifs de deux convertisseurs sur microcircuits PL2303 Et CH340. Le CH340 a définitivement gagné - dans les modes extrêmes, il était beaucoup plus difficile de rencontrer des dysfonctionnements. Bien qu'il s'agisse d'un convertisseur de conception différente (cordon adaptateur), il me semble que l'on peut s'attendre à ce que les autres modèles de convertisseurs de la famille CH340 ne soient pas moins fiables.

Si vous avez des questions ou des commentaires sur cet article, écrivez ou envoyez un e-mail à mail.ru (boîte aux lettres jkit).

De la correspondance avec un visiteur du site

05/12/2017 Invité :
Bonjour Evgeny.
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J'ai le même convertisseur (un à un).
Le fait est que j'ai besoin de reflasher l'équipement FlySky i6 pour 10 chaînes. Initialement, le cavalier est en position « VCC-3V3 ». Ai-je bien compris qu'il fallait le laisser tel quel ? Désolé, mais je ne suis pas au courant, c'est pourquoi je pose cette question. Je ne veux rien brûler.

14.05.2017
Bonjour Vladimir!
La réponse à votre question dépend des caractéristiques techniques de l'équipement sur lequel vous connectez le module CH340G. Je n'ai pas rencontré cet équipement, donc je ne peux rien dire avec certitude. Le lien que vous avez fourni donne une erreur 404. Mais même si le lien fonctionnait, il est peu probable que j'aurais trouvé le temps de comprendre cet équipement en détail. Essayez d'abord VCC-3V3. Je ne pense pas que cela puisse être pire. Juste au cas où, mettez des résistances de 1 kOhm dans chaque fil de signal (cela est dû au fait qu'il ne s'agit en fait pas de 3,3 V, mais plus).

14/05/2017 Invité :
Bonjour Evgeny.
Merci pour le conseil! En effet, il vaut mieux commencer petit.
Et 1 kOhm est basé sur la quantité de courant ? (Je ne sais tout simplement pas quels courants traversent le fil de signal, et je ne l'ai trouvé nulle part)

17.05.2017
Bonjour Vladimir!
La question est mal formulée. Pourquoi avez-vous besoin de connaître le courant ? J'ai pris 1 kOhm "à l'oeil", en me basant sur le fait que si quelque part, même d'une manière ou d'une autre, 5 V sont accidentellement appliqués à la résistance (et, en théorie, il ne devrait pas y en avoir plus à proximité), alors le courant sera de 5 mA , ce qui ne devrait pas entraîner de conséquences négatives.

17/05/2017 Invité :
Bonjour Evgeny.
Je parlais du courant, parce que... s'il est proche de zéro, alors il n'y aura pas de chute de tension aux bornes de la résistance et la sortie sera la même 3,6 V au lieu de 3,3 V. Mais je comprends le sens de votre réassurance, merci pour la note.

19.05.2017
Bonjour Vladimir!
Il existe des éléments entièrement non linéaires. Et le fait n'est pas qu'un 0,3 V supplémentaire puisse briser quelque chose avec la tension, mais précisément que même une petite augmentation de la tension peut soudainement provoquer une augmentation rapide et non linéaire du courant. Par exemple, les diodes de protection aux entrées, etc. peuvent s'ouvrir. La résistance ajoute de la linéarité au circuit et empêche de tels développements. Et les courants normaux sont généralement faibles (mais pas toujours), donc une résistance ne devrait pas interférer. L'exception est le pull-up à faible résistance à l'entrée. Alors la résistance ne vous permettra pas de la « vaincre » et rien ne fonctionnera. Ceci est détecté par un oscilloscope, voire un voltmètre (en mode statique).

19/05/2017 Invité :
Bonjour Evgeny.
Merci beaucoup pour l'explication détaillée. Maintenant, au moins, je comprends le mécanisme d’une telle protection. Sinon, je pensais que les Chinois auraient pu délibérément augmenter la tension en tenant compte de la chute lors de la mise sous tension de la charge. Il est désormais clair qu’il ne s’agit que d’un bug.

20.05.2017
Bonjour Vladimir!
Pour éviter que la tension ne « s'affaisse » lors de la connexion d'une charge, augmentez la capacité de charge de la sortie. Aucune tension « supplémentaire » n’est ajoutée à cet effet. Bien sûr, 3,6 V au lieu de 3,3 V, ce n'est pas grand-chose, et il est peu probable que quelque chose se brise à cause de cela. Mais fournir 3,8 V à l'entrée d'un microcircuit alimenté par une source de 3,3 V est dangereux, puisqu'un 0,5 V supplémentaire est déjà tout à fait capable d'ouvrir la diode de protection à l'entrée, et si la capacité de charge de la sortie est élevée, elle peut endommager l'entrée qui y est connectée. Une résistance de « sécurité » empêche cela.