USB高速/全速转串口系列芯片方案概述

方案概述;
沁恒专注于连接与控制领域,在usb转接领域深耕多年。提供usb高速/全速转串口系列芯片,可实现usb转1/2/4/8路串口,支持串口i/o独立供电,支持vcp/hid/cdc/aoa转串口,vcp串口支持硬件流控和高波特率大数据连续传输,部分型号支持vid/pid/string等内容配置,支持windows/linux/android/macos等操作系统。
最新第3代usb转串口产品拥有如下优势:
内部采用dma收发,可实现6mbps波特率连续稳定通讯;
内部高度集成,晶振/usb终端电阻/eeprom全内置;
双电源设计,支持串口io独立供电,可支持5v/3.3v/2.5v/1.8v等串口通讯;
提供多种封装,小至3*3mm;
支持vid/pid/string等内容配置;
内置unique id,可实现系统串口号固定及产品加密等;
具体选型时建议根据串口数量、芯片驱动类型、串口波特率支持、封装类型、串口io电压工作范围、modem信号支持、rs485控制信号支持、gpio信号支持等条件灵活选用。
芯片提供的串口默认为ttl电平,通过电平转换芯片可以灵活转换为rs-232、rs-422、rs-485串口等。应用框图:
方案选型
本方案所描述内容均为单芯片方案,各型号及主要区别如下:
驱动类型:cdc/hid为系统类驱动;vcp为厂商提供串口驱动,功能多,效率高,建议优先选用。
usb配置:通过专用配置工具可以设置芯片的vid,pid,产品描述字符串等。
外置:通过外接串行eeprom配置
内置:内置eeprom
批量定制:支持批量化芯片与串口驱动定制
峰值最大波特率:芯片支持的最高波特率。
流控连续波特率:大数据量连续通讯支持的最高波特率。
modem信号:可兼做普通gpio口使用,其中rts/dtr用作普通输出,cts/dsr/dcd/ri用作普通输入。如:mcu程序下载场景,可使用rts/dtr其中一路信号控制复位,另一路信号用于控制mcu进入boot下载模式。
除modem信号,部分型号提供gpio、i2c、ble蓝牙等其他通讯接口。
ch9143实现usb转串口功能的同时增加了ble无线传输通道,实现ble/串口/usb三向透传。
沁恒全方位提供多种usb串口驱动程序供选择,支持windows/linux/android/macos等操作系统。各类型详细特点如下:
1、 vcp:使用厂商提供的usb虚拟串口驱动程序,工作时在windows系统的“端口(com和lpt)”一栏下会生成com口,linux/android/macos系统在/dev目录下会生成tty设备节点。
方案应用特点:
支持高速率通讯及硬件流控。
功能齐全,支持gpio等扩展功能。
仿真标准串口,用于升级原串口外围设备,或者通过usb增加额外串口。
计算机端串口应用程序完全兼容,无需修改。
驱动只需安装一次也可以联网自动安装。
2、cdc:windows 10及以上的操作系统版本内置cdc串口驱动,以下的系统版本则需要安装驱动。因cdc类协议和类驱动的原因,cdc串口功能没有vcp完整,使用上也存在一些差异,具体见如下使用注意事项:
windows系统cdc串口使用注意点;
-> 在串口打开的情况下,不要插拔串口
在串口应用软件已打开串口状态下,拔插一次cdc串口设备的usb端,后续应用软件将无法再打开串口,此时必须重新插拔usb。(与系统自带cdc串口驱动pnp处理有关)
(注:在win 10之前系统版本中有此情况)
-> 串口rts(request to send)信号不支持单独控制
因cdc-acm协议的限制和系统集成的cdc类驱动的特性,rts无法单独控制,只能在dtr有变化时,dtr和rts状态才会更新至硬件。
-> 不支持串口cts(clear to send)信号
cdc-acm协议不支持cts状态更新。
-> 不支持软件和硬件流控
cdc-acm协议不支持串口硬件流控,系统cdc串口驱动不支持软件流控。
-> 使用串口高波特率时不建议持续传输数据,建议在发送间隔内增加延时
使用系统自带的cdc串口驱动,在串口高波特率(超过115200bps)连续通讯时,有可能会丢失数据。
-> 在系统睡眠休眠前建议关闭串口,否则有概率在唤醒后串口会停止接收
在串口应用软件已打开串口状态下,windows主机进入睡眠或休眠状态,则有概率出现主机唤醒后串口无法再接收数据。此时必须重新开关串口或插拔usb。
(注:在win 10之前系统版本中有此情况)
linux系统cdc串口使用注意点;
-> 不支持串口cts(clear to send)信号
cdc-acm协议不支持cts状态更新。
-> 不支持软件和硬件流控
cdc-acm协议不支持串口硬件流控,系统cdc串口驱动不支持软件流控。
macos系统cdc串口使用注意点;
-> 不支持串口modem输入信号
因cdc-acm协议和系统自带驱动的原因,不支持cts/dsr/ri/dcd状态更新。
->不支持软件和硬件流控
cdc-acm协议不支持串口硬件流控,系统cdc串口驱动不支持软件流控。
方案应用特点:
支持多功能高速率的 vcp 厂商驱动程序或者部分操作系统内置的cdc类驱动程序。
计算机端串口应用程序大部分功能可兼容。
3、 hid:使用操作系统自带的usb hid设备驱动,usb hid串口在系统上识别为标准hid设备。
方案应用特点:
支持免安装的操作系统内置hid类驱动程序。
系统下不生成串口节点,无需手动选择,同时也实现了一定程度的信息隐藏。
数据收发使用usb中断传输,支持最高波特率为:115200bps。
需使用系统hid原生api或者wch提供的动态库操作串口。
4、aoa:遵循安卓aoa协议,仅用于安卓系统,使用系统自带的aoa配件驱动,aoa串口在系统上识别为标准aoa配件。
方案应用特点:
使用安卓标准accessory配件库,实现免驱应用。
实现安卓设备边充电边通讯。
对比安卓otg扩展串口方式,通用性更强。
应用场景;
资源提供;
设计参考资料、开发资料及系统驱动,均可以提供,提供上述usb转1串、2串、4串、8串的芯片与成品板,且提供支持更多串口及各类串口电平的成品板。
其他多串口方案可参考《pci/pcie转多串口及打印口方案》、《多串口扩展芯片方案》,除此之外还可根据客户需求提供芯片与方案定制。希望能帮助更多爱好和需要的电子朋友们


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