Преобразователи USB-SERIAL производства WCH – доступная альтернатива FT232

14 марта 2023

Компания Nanjing Qinheng Microelectronics Co., Ltd., выпускающая продукцию под брендом WinChipHead (WCH), основана в 2004 году и специализируется на разработке и производстве 8-/32-разрядных микроконтроллеров с проприетарными ядрами, а также с ядрами, совместимыми с 8051, архитектур ARM, RISC-V, BLE-микроконтроллеров и трансиверов, интерфейсных микросхем (USB, Ethernet/PCI/PCIE), периферийных устройств для микроконтроллеров.

Одной из заслуживающих внимания и востребованных линеек продукции компании являются интерфейсные USB-преобразователи, чаще всего называемые преобразователями USB-UART или микросхемами виртуальных COM-портов. Данный класс микросхем находит широкое применение в программаторах микроконтроллеров и FPGA, в системах управления, устройствах сопряжения различных периферийных устройств, систем и датчиков.

WCH предлагает достаточно обширную линейку преобразователей, в которую входят 1-, 2-, 4-канальные преобразователи и даже 8-канальные варианты (таблица 1). Предельные скорости интерфейсов в большинстве вариантов превышают 1 Мбит/с.

Таблица 1. Линейки преобразователей интерфейсов WCH

Преобразователи интерфейсов производства WCH поддерживают несколько типов драйверов:

• VCP: эмулируемый драйвер последовательного порта, который поддерживает различные операционные системы, обладает множеством функций, высокой эффективностью и осуществляет высокоскоростную передачу данных, аппаратное управление потоком, GPIO и другие функции. Драйвер необходимо установить только один раз или он может быть установлен автоматически через интернет.
• HID: данный драйвер уже встроен во все операционные системы, и пользователю не нужно устанавливать его вручную. Недостатком является то, что скорость передачи данных поддерживается до 115200 бит/с и несовместима с обычным прикладным программным обеспечением последовательного порта.
• CDC: для версий операционной системы ниже Windows 10 пользователям необходимо выполнить установку вручную. Из-за протокола CDC и особенностей class driver функция последовательного порта CDC не такая полная, как VCP, а также существуют некоторые различия в использовании.

Ряд моделей преобразователей имеет встроенную конфигурационную EEPROM. Как правило, туда записываются идентификаторы устройства (VID, PID), строка описания устройства (иногда это требуется для работы с некоторыми типами микроконтроллеров и устройств FPGA).

CH347 и CH9344 – это высокоскоростные многофункциональные USB-конвертеры с предельными скоростями 9 и 12 Мбит/с, соответственно. Помимо преобразования USB-UART, они могут служить как преобразователи в интерфейсы SPI, I²C или JTAG. Данные серии можно использовать для разработки средств отладки микропроцессорных устройств, загрузчиков FPGA, программаторов микроконтроллеров и так далее.

В помощь разработчикам WCH предлагает ряд опорных решений для USB-конверторов (таблица 2): принципиальные схемы, топологии печатных плат, документацию к разработке программного обеспечения.

Таблица 2. Исходники оценочных плат для преобразователей WCH

Серия CH340 – одноканальные преобразователи USB в последовательный порт. Продукция, в которой они точно встречались потребителю – это модули преобразователей USB-UART, отладочные платы и модули с микроконтроллерами семейства ESP32, а также клоны Arduino различных китайских брендов.

Основные возможности:

• полноскоростной интерфейс USB-устройства, совместимый с USB 2.0;
• аппаратный полнодуплексный интерфейс UART, встроенный буфер приема-передачи, поддерживает скорость передачи данных в бодах 50…2 Мбит/с (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, и так далее);
• последовательные данные содержат один начальный бит низкого уровня, 5/6/7/8 бит данных и 1 или 2 стоп-бита, бит четности или его отсутствие;
• доступные корпуса: SOP-16, SOP-8, SSOP-20, ESSOP-10, MSOP-10 (рисунок 1);

Рис. 1. Варианты исполнения преобразователей серии CH340

• CH340 выдает стандартные модемные сигналы, используемые для расширения последовательного порта для ПК или перехода непосредственно с обычного последовательного устройства на шину USB, поддерживает общие сигналы интерфейса модема RTS, DTR, DCD, RI, DSR и CTS;
• напряжение питания составляет 3,3 и 5 В;
• посредством внешних микросхем преобразователей уровней можно реализовывать интерфейсы RS232, RS485, RS422 и прочие. На рисунке 2 представлен пример схемы для реализации преобразователя USB-RS232, а на рисунке 3 – пример подключения CH430 к микроконтроллеру;

Рис. 2. Пример преобразователя USB-RS232 на базе CH340

Рис. 3. Пример подключения преобразователя CH430 к микроконтроллеру

• CH340R поддерживает протоколы инфракрасной связи (IrDA), скорость передачи данных варьируется от 2400 до 115200 бит/с (рисунок 4);

• версии CH340C/N/K/E/X/B имеют встроенный кварцевый резонатор, внешний кристалл не требуется. CH340B также имеет встроенный конфигурационный EEPROM.

Рис. 4. Вариант адаптера USB-IrDA на основе связки CH340R и ИК-приемопередатчика типа ZHX1810/HSDL3000 (элемент U14)

Ошибка скорости передачи данных при приеме UART CH340 составляет около 2%, ошибка для устройств CH340G/CH340T/CH340R – менее 0,3%, а для CH340C/CH340N/CH340K/CH340E/CH340X/CH340B – менее 1,2%.

В операционной системе Windows компьютера драйвер CH340 может эмулировать стандартный UART (COM-порт), таким образом приложения, использующие последовательный порт, могут свободно работать без изменений исходного кода. Само программное обеспечение (драйвера) можно свободно скачать на сайте производителя.

Продукция WCH являются хорошей заменой USB-преобразователям FTDI. Несмотря на то, что ассортимент от FTDI несколько шире, преобразователи WCH по многим параметрам приближены к ним. В сегменте бюджетных решений серия CH340 выигрывает за счет меньшей цены и более удобного корпусного исполнения. Серия CH340 может с успехом заменить популярные решения на FT232, особенно если необходим только режим UART без функциональности полного модема.

WCH предлагает действительно богатый выбор корпусных исполнений микросхем для различных задач. Многоканальные преобразователи могут быть востребованы в системах автоматики и умного дома, применяться для организации шлюзов типа «сенсорная сеть-домашняя сеть/сеть предприятия», а также для сопряжения датчиков и исполнительных узлов с ПК/ноутбуком и так далее. Подобрать компонент с нужными параметрами можно в каталоге.