USB转串口方案选型


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,均可以从沁恒官网上下载,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。

联系方式

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