如今，USB 端口被廣泛用于電子設備和計算機之間的數據交易。在很多場景下，不需要直接與USB口通信，因此電子設計人員使用USB轉UART（RS232-Serial）轉換芯片，將USB口轉換為電腦上的虛擬COM口。許多設計人員最初的想法是使用 FTDI 芯片進行 USB 到 UART 的轉換。然而，FTDI 芯片并沒有什么問題，但它們很昂貴。在本文/視頻中，我將介紹使用 Microchip 的 MCP2200 芯片的廉價 USB 到 UART 轉換器模塊。該轉換器支持 3.3V 和 5V 串行邏輯電平，并使用三個 LED 指示燈進行電源連接、數據傳輸和數據接收。

該模塊支持串行 CTS 和 RTS 引腳，以及 6 個可用于直接控制連接設備的 GPIO。該模塊的串行數據已使用 Silent SDS2102X Plus 示波器的 UART 解碼功能進行檢查和解碼。所以讓我們開始吧！

電路分析

圖 1 顯示了 USB 轉 UART 轉換器模塊的示意圖。為了更好地進行視覺檢查，原理圖被分成了幾個部分。

圖1 USB轉UART轉換模塊示意圖

IC1 是 Microchip 的 MCP2200 [1] USB 到 UART 轉換器芯片。它支持高達 12Mb/s 的全速 USB，并采用 20 引腳 SOIC 封裝。所以很容易焊接這個組件進行原型設計。它還配備了 RTS 和 CTS 引腳以及六個 GPIO。

R1 是復位引腳的上拉電阻，C1 和 C2 是去耦電容以降低電源噪聲。C3、C5 和 Y1 構建時鐘生成單元。C6 降低了 VUSB 軌噪聲。

USB1 是用于 USB 電纜連接的 SMD USB-mini 連接器。C4 和 FB1 降低 +5V USB 電源噪聲。圖 2 顯示了 SMD USB-B 迷你連接器的圖片。

圖 2：SMD USB-mini 連接器

REG1 是 RT9166-33GX [2]，它是采用小型 SOT-89 封裝的線性 3.3V 穩壓器。根據數據表：“RT9166/A 系列是 CMOS 低壓差穩壓器，針對超快速瞬態響應進行了優化。這些器件能夠提供 300mA 或 600mA 的輸出電流，壓差分別為 230mV 或 580mV。RT9166/A 系列針對 CD/DVD-ROM、CD/RW 或無線通信電源應用進行了優化。RT9166/A 穩壓器在輸出電容低至 1μF 時穩定。其他特性包括超低壓差、高輸出精度、限流保護和高紋波抑制比。這些器件提供 1.2V 至 4.5V 的固定輸出電壓范圍，每步 0.1V。RT9166/A 穩壓器有 3 引腳 SOT-23（僅限 RT9166）、SOT-89、SOT-223、TO-92、

P3 是一個 3 針公頭，用戶只需使用跳線即可在 3.3V 和 5V 邏輯電平之間切換。D1、D2 和 D3 是三個 SMD LED，用于指示正??確的 USB 電纜連接、數據傳輸和接收。R2、R3 和 R4 用于限制 LED 的電流。

PCB布局

圖 3 顯示了 USB 到 UART 轉換器模塊的 PCB 布局。它是兩層 PCB 板，所有元件封裝均為 SMD（排針除外）。

圖 3：使用 MCP2200 的 USB 到 UART 轉換器的 PCB 布局

圖 4 是頂層和底層的單獨視圖，因此紅色層是頂層，藍色層是底層。

圖 4：PCB 頂層和底層的單獨視圖

當我決定為這個項目設計原理圖和 PCB 時，我意識到我的組件庫存儲中沒有 IC1[3] 和 REG1[4] 的組件庫。所以像往常一樣，我決定使用 SamacSys IPC 評級的組件庫，并使用免費的 SamacSys 工具和服務安裝缺少的庫（原理圖符號、PCB 封裝、3D 模型）。將庫導入電子設計CAD軟件有兩種選擇：您可以訪問componentsearchengine.com并下載并導入庫，或者您可以使用SamacSys CAD插件直接搜索/導入模型到設計環境中。圖 5 顯示了所有受支持的電子設計 CAD 軟件 [5]，因為很明顯所有已知的軟件都受支持。我使用 Altium Designer，

圖 5：SamacSys 插件支持的所有電子設計 CAD 軟件

圖 6：SamacSys Altium 插件中選定的組件庫

集會

圖 7 顯示了頂視圖，圖 8 顯示了組裝好的 PCB 板的底視圖。PCB板由PCBWay制造。我得到了 10 塊板，價格沒有變化。銅、絲印和阻焊層的質量都很好，所以我對元件的焊接完全沒有問題。組件的最小封裝尺寸為 0805。

圖 7：組裝好的 PCB 板的俯視圖

圖 8：組裝好的 PCB 板的底視圖

測試與測量

完成焊接后（或收到組裝好的板子），如果需要，您應該將模塊連接到計算機并配置 MCP2200 芯片。Microchip 提供了一個實用軟件來配置芯片 [7]，名為“MCP2200 配置實用程序”。圖 9 顯示了實用軟件的屏幕截圖。就我而言，在第一次嘗試時，LED 沒有閃爍，所以我必須在配置中啟用閃爍。

圖 9：微芯片 MCP2200 配置實用程序

圖 10 提供了模塊的接線圖。使用本指南，您應該不會遇到連接和接線問題。

圖10 USB轉UART模塊接線圖

我將模塊的RX信號（計算機是發射器）連接到Siglent SDS2102X Plus示波器[8]以檢查信號并解碼數據。同時，我用跳線在 3.3V 和 5V 邏輯電平之間切換。圖 11 顯示了 UART 信號和解碼數據，圖 12 顯示了相同的信號以及啟用的結果列表，可用于檢查時序、錯誤等。有關更多詳細信息，請查看視頻。

圖 11：使用 Silent SDS2102X Plus 示波器解碼的 RX-UART 數據

圖 12：使用 Silent SDS2102X Plus 示波器解碼的 RX-UART 數據（啟用的結果列表）

材料清單

圖 13 顯示了該項目的材料清單。

圖 13：材料清單

審核編輯：湯梓紅