如何實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口？

　　UART，通用異步串行總線，就是我們常說的串口。作為最常用的調(diào)試接口，廣泛應(yīng)用在各類硬件平臺當(dāng)中。簡單如單片機，復(fù)雜如手機主控，最先接觸到的可能都是調(diào)試串口。系統(tǒng)硬件準備好以后，首先通過串口發(fā)送指令，打印系統(tǒng)信息，什么時候串口調(diào)試通過了后面的工作才能正常開展。

　　串口在PC上是一個DB9接口，一個完整的串口協(xié)議由DTR，TXD，RXD，DCD，DELL，CTS，RTS，DSR等信號組成。但在實際使用中，通常只需要發(fā)送數(shù)據(jù)TXD和接收數(shù)據(jù)RXD兩根信號。PC機都會帶有串口，但是筆記本電腦的空間有限很少會保留串口。那么筆記本電腦沒有串口就沒法調(diào)試了么?當(dāng)然不是。我們只需要做一個USB轉(zhuǎn)串口的小工具就可以解決調(diào)試問題。

　　由于無論是AE，F(xiàn)AE，軟件組，還是固件組都會用到串口調(diào)試，所以筆者決定做一個專用的USB轉(zhuǎn)串口工具，方便所有同事使用。在眾多的USB轉(zhuǎn)串口方案中，最終選定了Silicon Labs的CP2102芯片。CP2102采用QFN封裝，封裝尺寸只有5*5mm，同時芯片集成了完整的USB控制器，晶振，EEPROM和UART控制器，因此只需要很少的外圍電路就可以完成設(shè)計。除了硬件設(shè)計簡單以外，還有十分重要的一點，Silicon Labs原廠為我們提供了完善的驅(qū)動解決方案，對各個版本的操作系統(tǒng)都做到了很好的支持。我們只需要將硬件設(shè)計好，不用擔(dān)心驅(qū)動和操作系統(tǒng)的兼容問題。

　　CP2102有兩種供電方式，一種是由USB接口直接供電，另外一種方式是外部3V供電。顯然第一種方案使用起來更方便。第一種方案除了設(shè)計方便以外，由于芯片內(nèi)部還集成了5V轉(zhuǎn)3V轉(zhuǎn)換器，在芯片正常工作的同時，還可以向外部電路提供3V電源，滿足外部供電需求。采用第一種方案的電路原理圖如下圖所示：

　　圖1：電路原理圖

　　該串口采用簡化設(shè)計，只用了TXD，RXD兩根信號線。芯片外圍電路簡單，只在芯片復(fù)位管腳處增加了RC復(fù)位電路，在電源位置增加了電源指示燈。另一個需要注意的地方是，在USB接口靠近管腳位置上添加ESD保護器件，防止插拔USB接口的時候ESD造成芯片意外損壞。

　　本設(shè)計的PCB采用雙面板布線，板上的高速信號就是USB接口的數(shù)據(jù)線，按照差分走線控制等長和等間距，雙面板控制阻抗比較困難，所以在布板的時候芯片盡量靠近接口，使走線盡量短。其他信號基本都走在PCB的頂層，底層留下完整地層。QFN封裝底部的Epad設(shè)計時需注意，Epad上面過孔的孔徑不要太大，否則焊接過程中容易漏錫造成虛焊。芯片接地不好會影響工作穩(wěn)定性和散熱。

　　整個的PCB設(shè)計完成，尺寸只有16*14mm，比一個無線鼠標接收器的尺寸大不了多少，非常的小巧方便，甚至比串口線接頭還要小很多。

　　圖2：正面

　　圖3：背面

　　最后，串口的連接也是需要注意的一點。由于串口是點對點連接方式，沒有主從之分，所以TXD和RXD都是芯片自身的定義，調(diào)試器和調(diào)試接口在連接時，要把TXD和RXD交叉連接，這樣才能正確的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。有了這個調(diào)試神器，我們再也不怕筆記本沒有串口了。出差帶上這么一個小巧的調(diào)試工具，給我們的工作帶來很大方便。