如何實(shí)現USB轉串口？

　　UART，通用異步串行總線(xiàn)，就是我們常說(shuō)的串口。作為最常用的調試接口，廣泛應用在各類(lèi)硬件平臺當中。簡(jiǎn)單如單片機，復雜如手機主控，最先接觸到的可能都是調試串口。系統硬件準備好以后，首先通過(guò)串口發(fā)送指令，打印系統信息，什么時(shí)候串口調試通過(guò)了后面的工作才能正常開(kāi)展。

　　串口在PC上是一個(gè)DB9接口，一個(gè)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(shí)際使用中，通常只需要發(fā)送數據TXD和接收數據RXD兩根信號。PC機都會(huì )帶有串口，但是筆記本電腦的空間有限很少會(huì )保留串口。那么筆記本電腦沒(méi)有串口就沒(méi)法調試了么?當然不是。我們只需要做一個(gè)USB轉串口的小工具就可以解決調試問(wèn)題。

　　由于無(wú)論是AE，FAE，軟件組，還是固件組都會(huì )用到串口調試，所以筆者決定做一個(gè)專(zhuān)用的USB轉串口工具，方便所有同事使用。在眾多的USB轉串口方案中，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(shí)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計。除了硬件設計簡(jiǎn)單以外，還有十分重要的一點(diǎn)，Silicon Labs原廠(chǎng)為我們提供了完善的驅動(dòng)解決方案，對各個(gè)版本的操作系統都做到了很好的支持。我們只需要將硬件設計好，不用擔心驅動(dòng)和操作系統的兼容問(wèn)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(lái)更方便。第一種方案除了設計方便以外，由于芯片內部還集成了5V轉3V轉換器，在芯片正常工作的同時(shí)，還可以向外部電路提供3V電源，滿(mǎn)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(jiǎn)化設計，只用了TXD，RXD兩根信號線(xiàn)。芯片外圍電路簡(jiǎn)單，只在芯片復位管腳處增加了RC復位電路，在電源位置增加了電源指示燈。另一個(gè)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(shí)候ESD造成芯片意外損壞。

　　本設計的PCB采用雙面板布線(xiàn)，板上的高速信號就是USB接口的數據線(xiàn)，按照差分走線(xiàn)控制等長(cháng)和等間距，雙面板控制阻抗比較困難，所以在布板的時(shí)候芯片盡量靠近接口，使走線(xiàn)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設計時(shí)需注意，Epad上面過(guò)孔的孔徑不要太大，否則焊接過(guò)程中容易漏錫造成虛焊。芯片接地不好會(huì )影響工作穩定性和散熱。

　　整個(gè)的PCB設計完成，尺寸只有16*14mm，比一個(gè)無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(diǎn)。由于串口是點(diǎn)對點(diǎn)連接方式，沒(méi)有主從之分，所以TXD和RXD都是芯片自身的定義，調試器和調試接口在連接時(shí)，要把TXD和RXD交叉連接，這樣才能正確的發(fā)送和接收數據。有了這個(gè)調試神器，我們再也不怕筆記本沒(méi)有串口了。出差帶上這么一個(gè)小巧的調試工具，給我們的工作帶來(lái)很大方便。