Usb uart адаптер своими руками

USB to USART и не только.

Автор: КАШАК, neo-bars@ya.ru
Опубликовано 16.07.2013
Создано при помощи КотоРед.

Все началось с того, что мне надо было подключиться к одному устройству по USART. Я сразу взял спаянный когда-то адаптер USB to UASRT (ибо в ноутбуке COM порт не предусмотрен) на AtTiny2313 (рекламой заниматься не буду, схема легко находится в интернете), подключил, запустил и внезапно понял, что у адаптера фиксированная скорость 9600, а у девайса, к которому требовалось подключиться, скорость 57600. Дело, естественно, было поздним вечером, и купить что-нибудь вроде FT232 возможности не было. Поэтому после непродолжительного почесывания хвостом за ухом, было решено изменить скорость UASRT в адаптере обычной перепрошивкой. В итоге соединение было успешно налажено. Но согласитесь — это ведь не выход, программатора может под рукой не оказаться, да и неудобно каждый раз с прошивкой шаманить. После этого случая я серьезно задумался о создании нормального адаптера, с регулируемой скоростью (и не только).

Конечно, самый простой вариант – купить FT232, но сравнив ее стоимость со стоимостью Mega8, я пришел к выводу, что этот вариант мне не нравится. Поэтому было решено сделать адаптер на МК. А раз он на МК, то делать только USART как-то не рационально. Поэтому неплохо было бы в этот адаптер засунуть еще несколько интерфейсов, если уж делать, то что-то универсальное и полезное. Почти сразу в памяти всплыли “приятные” воспоминания об установке драйверов для адаптера на Tiny2313 (для Windows7 x64 это довольно мучительно). А это значит, что от устройства “виртуальный COM” придется отказаться, следовательно, надо будет написать программу для ПК, иначе работа с устройством будет невозможна. В общем, после обдумывания в течение некоторого времени, сформировалась окончательная идея девайса. Функционал получился вот таким:

адаптер USB->USART;
адаптер USB->SPI;
адаптер USB->I 2 C;
при этом устройство должно быть HID (Human Interface Device), чтобы не морочить голову с установкой драйверов.

Объектом издевательств для создания девайса стал МК Mega8, т.к. в TQFP корпусе он занимает совсем мало места (намного меньше, чем AtTiny2313) и обладает целыми 8 Кб. памяти (можно помимо программы адаптера засунуть туда. например бегущий огонек, ну или то-нибудь более полезное). Сначала планировалось сделать все интерфейсы программными, но после разводки платы пришлось отказаться от программного I 2 C, т.к. на односторонней плате вывести его никак не получалось (спасибо создателям этого МК, которые по какой-то причине вывели его сверху, как раз рядом с USART и входом внешних прерываний INT0). Но в будущем все-таки надо будет решить этот вопрос, может отдельно вывести сбоку платы или еще как. Поэтому функциональность I 2 C несколько ограничена, зато USART и SPI остались полнофункциональными.

Схема устройства получилась вот такой:

Как видно, ничего сложного в ней нет. МК питается напряжением 5 В., согласование уровней для USB выполнено при помощи делителей напряжения резистор 68 Ом. + стабилитрон 3.3 В.. Тактовая частота МК – 12 МГц. Это минимальная частота для работы с шиной USB. Так же в схеме присутствуют три светодиода для индикации режимов работы. Один из светодиодов показывает, какй режим работы включен, а два других индицируют прием/передачу данных. Никаких кнопок и переключателей в устройстве не предусмотрено, и все настройки выполняются программно, прямо с ПК. Кроме этого на все выводы, используемые для работы интерфейсов, включены резисторы на 68 Ом. для защиты МК от КЗ. А то перепаивать TQFP копуса не особенно интересное занятие.
Как уже было отмечено выше, устройство представляется ПК как HID и не требует установки драйверов (ОС наивно думает, что работает с устройством ввода). Обеном данными по USB управляет извсетсная многим библиотека V-USB. Она работает как на микроконтроллере, так и на ПК. VID и PID были выбраны из предоставляемых V-USB: VID — 0x16c0 , PID — 0x 05df . В противном случае пришлось бы отдать кругленькую сумму за покупку индивидуального идентификатора для USB устройства, или пользоваться им единолично, не выкладывая на обозрение публики. Но т.к. проект Open Source и некоммерческий, совершенно свободно можно использовать идентификаторы, предложенные V-USB. Все это безобразие собрано на плате размерами 23х34 мм. Выглядит вот так:

А если вытравить ее и немного потыкать паяльником, получится примерно так:

Это была пробная версия устройства, поэтому есть небольшие отличия от чертежа платы, приведенного выше. Дело в том, что я почему-то решил, что вывод SS мне для работы SPI не нужен и не стал его выводить. Как оказалось в последствии я жестоко ошибался, ибо режим Slave без него работать не будет. Ну да ладно, плата исправлена, и все режимы работают нормально.

Итак, со схемой все понятно, он простая до предела и паяется за один вечер. Но, как было сказано выше, получившееся устройство определяется ПК как HID, т.е. ОС подбирает под него драйвер из своей базы. Проще говоря, Windows думает, что работает с устройством ввода. Это делает возможным работу на любом ПК без мороки с драйверами. Но с этим связана одна небольшая проблема, ни одна из существующих программ для обмена данными через USART работать с этим устройством не будет. А значит нужна какая-то специальная программа для работы с модулем, иначе он никакой ценности из себя не представляет. Поэтому я открыл свой любимый C++ Builder (нынче его обозвали CodeGear RAD Studio, что в прочем не меняет смысла), версия 2007, и написал вот такую программу:

Ничего особо сложного в ней нет, для каждого интерфейса присутствует некоторое количество настроек. Да, одновременно несколько интерфейсов работать не могут, только по одному. Работает все это дело очень просто, при подключении устройства к ПК в окне программы активизируются кнопки, нажатие на которые запускает соответствующий интерфейс. Потом достаточно написать данные в поле ввода в определенном формате и нажать кнопку «Send». Для каждого интерфейса свой формат данных. Сейчас рассмотрим их более подробно:

USART: (прием данных идет все время, пока активен режим, так сказать, на автомате)

отправка нескольких HEX чисел, просто пишем их через пробел в неограниченном количестве, например: 01 05 fa aa .
отправка строки (текст, числа и т.п.). Тут уже в начале строки пишется идентификатор S (s) , например: s www.cxem.net

для отправки данных устройству формат строки такой: Адрес (кому передавать и в какую ячейку памяти) А (а) и Данные D (d) . Например: aa3 dfa
для запроса данных с устройства: Адрес (от кого принимать и из какой ячейки памяти) и идентификатор чтения R (r) . Например: aa3 r

для отправки данных устройству: Адрес устройства (бит чтения в 0) А (а) Адрес ячейки памяти M (m) Данные D (d) . Например аа2 m03 d15
запрос данных выглядит вот так: Адрес устройства (бит чтения в 0) А (а) Адрес ячейки памяти M (m) Адрес устройства (бит чтения в 1) А (а) Идентификатор чтения с количеством ячеек памяти для чтения R (r) . Например: aa2 m03 aa3 r1

Для SPI в режиме Slave никаких команд не предусмотрено, просто сидим и ждем, пока нам что-нибудь пришлют. Для работы с девайсом подключаем его к ПК, ждем некоторое время, пока ОС не сообщит, что драйвера успешно найдены и установлены, запускаем программу и начинаем обмен данными. Все предельно просто, ведь простота и была одним из критериев при создании устройства.

Да, кстати, программа совместима со всеми версиями Windows, начиная с Windows XP и заканчивая Windows 8, и не требует для работы различной экзотики, типа NetFramework и т.п. Как, впрочем, и сам модуль.

Вот, собственно, и все, программа, плата и исходники прилагаются.

Фьюзы выставляются для работы от внешнего кварца с высокой частотой. Выглядят вот так:

На картинке LOW фьюзы в 1, когда не отмечены, и в 0, когда отмечены. HIGH фьюзы наоборот. В шестнадцатеричном виде это выглядит вот так: HIGH: D9 , LOW: FF .

Ну и конечно же видео, а то без него как-то совсем неинтересно получается. (USART работает в режиме эхотест (Rx и Tx соединены), а SPI и I 2 C тестируются с микросхемой RTC PCA2129T, у нее есть и SPI и I 2 C интерфейсы, так что было очень удобно ):

Источник

КОНВЕРТЕР USB-UART: ПЕРЕПРОШИВКА АДАПТЕРОМ

Ремонт любой сложной электронной техники, в настоящее время можно условно разделить на два варианта: либо программный ремонт, “софтовый”, либо ремонт аппаратный, на уровне “железа”. Если первый подразумевает собой просто настройку аппарата, которую способен выполнить любой пользователь знакомый с техникой, в случае если по каким-либо причинам его настройки сбились в процессе эксплуатации.

Ремонт аппаратный — это чаще всего пайка, замена определенных радиодеталей которые вышли из строя по различным причинам. Будь то перегрев, например из-за набившейся пыли в корпусе устройства, и как следствие худшая теплоотдача, или же попадание влаги и в результате короткое замыкание. Либо то-же самое, любимое всеми мастерами КЗ устроенное на плате поселившимися насекомыми в корпусе устройства), а следы их деятельности, на платах, встречаются нередко.

Прошиваем с помощью клипсы

Но существует и третий вид ремонта, обычно применительно к цифровой технике, в котором эти два вида ремонта бывают совмещены — это перепрошивка устройства. И если смартфон или планшет мы можем перепрошить просто подключив его к компьютеру по USB кабелю, то например, с роутером, материнской платой или видеокартой такой способ не пройдет. Все они содержат в своем составе Flash память, специальную микросхему, обычно 24 или 25 серии, в которой и хранится наша прошивка.

Микросхема памяти 25 серия

С материнскими платами и видеокартами обычно все просто — нужен программатор Flash и EEPROM памяти, например простой и дешевый CH341A о котором и пойдет речь, как одном из вариантов для решения нашей проблемы. Также для прошивания памяти без выпаивания будет нужна специальная клипса, для прошивания микросхем в корпусе SO-8 или SO-16. У меня есть обе клипсы в моей домашней мастерской.

Клипса для прошивания SO-8

Первая из них, для микросхем в корпусе SO-8, обычно бывает нужна во много раз чаще, чем вторая, для микросхем в корпусе SO-16. Которая пригодилась мне всего один раз для перепрошивки роутера Zyxel, они же, к слову сказать, так как считают себя известным брендом, оригинальничают и ставят иногда микросхемы в подобных корпусах SO-16, и хорошо еще если не микросхемы 29 серии, кто в теме — тот сразу поймет.

Разъем клипсы SO-16

Дело в том, что для того чтобы прошить микросхему 29 серии, нам необходим намного более дорогой программатор — MiniPro TL866A, который у меня также есть, но нет ни переходника с корпуса Dip на данный корпус, который имеет очень частое расположение ножек, и по сравнению с пайкой которого паять микросхему в SMD корпусе, те же SO-8 или SO-16 — детская забава. Так вот, мне на ремонт достался как раз роутер Zyxel с микросхемой 29 серии. В первый раз когда я ремонтировал предыдущий роутер Zyxel, микросхема была последовательной памяти, 25 серия, пусть и в корпусе SO-16. Тогда, как вы понимаете, выполнить ремонт было в разы проще.

Микросхема памяти 29 серии

Так как же все-таки мы можем восстановить роутер, если нам “повезло” и у нас стоит именно такая микросхема 29 серии? Производители роутеров, в данном случае, предусматривают аварийное перепрошивание через TFTP сервер. Но проблема в том, что иногда у нас бывает затерт загрузочный раздел в памяти микросхемы, который называется U-Boot. В таком случае вам подойдет вариант прошивки памяти роутера по определенным адресам, которые вы должны будете найти самостоятельно на специализированных форумах по перепрошивке роутеров. Но обычно все бывает намного проще — прошивка сбилась, данные необходимые для работы роутера в штатном режиме потеряны, но загрузочная область и калибровочная область целы. В Таком случае будет нужен простой и дешевый адаптер USB-TTL, стоимость которого на Али экспресс составляет всего порядка 40 рублей.

Также подойдет адаптер на микросхеме CH340A, который используется для заливки скетчей в плату Ардуино Pro mini, которая не имеет распаянного на плате загрузчика CH340A. Так-же подойдут адаптеры на базе pl2303, либо программатор Flash и EEPROM памяти CH341A, про который уже писал выше, и который может после перестановки перемычки работать в режиме USB-UART адаптера.

Программатор Flash и EEPROM памяти + USB-TTL

В крайнем случае можно будет воспользоваться кабелем для прошивания от старого мобильного телефона, также содержащим конвертер USB-COM, только нужно будет обязательно согласовать уровни по питанию. Питание с адаптера необходимо брать строго 3.3 вольта, никаких 5 вольт, которые он может выдавать, с определенного пина. Итак, допустим у нас есть этот адаптер, (вернее любой из перечисленных выше), мы установили для него драйвер, зашли в диспетчер устройств в Windows и определили, какому номеру СОМ порта соответствует наш адаптер. А данный адаптер это и есть не что иное, как виртуальный СОМ порт в вашей системе.

Ищем номер СОМ порта

Затем нам нужна какая-либо программа — терминал, в которой с помощью консольных команд, мы и будем восстанавливать наш роутер перепрошивая его. Но перепрошивать роутер мы будем не через данный адаптер, адаптер используется только для управления процессом прошивки. Как же в данном случае мы прошьем роутер? Существуют, конечно, варианты прошивки роутера через его процессор ARM по интерфейсу JTAG, и у меня есть и этот программатор, приобретенный на Али экспресс — это программатор Wiggler, подключаемый по LPT интерфейсу, но попробовав разобраться с ним решил, что способ перепрошивки с помощью TFTP сервера намного проще.

Программатор JTAG Wiggler

Разберем подробнее данный, более простой вариант, для которого JTAG программатор не нужен, это перепрошивка, как уже писал выше, через TFTP сервер. Для этого нам потребуется, подключить наш адаптер USB–UART к 4 пинам на плате роутера. Правда иногда бывает так, что производитель контактные площадки и дорожки развел, а сами пины не впаял. В таком случае можно самостоятельно впаять гребенку состоящую из 4 пинов, приобретенную в радиомагазине либо выпаянную с донорской материнской платы или какого другого устройства.

Эти пины в принципе можно даже не впаивать если нет возможности, а просто аккуратно подпаяться к пятакам на плате, контактным площадкам, куда должны были быть впаяны эти пины. Для этой цели очень удобен тонкий провод МГТФ. Итак, мы подключили адаптер к компьютеру, установили драйвер, обеспечили необходимое нам надежное соединение с этими 3 из 4 пинов на плате.

Джамперы Ардуино для адаптера

Для соединения с гребенкой удобно использовать джамперы, перемычки, используемые для подключения плат Ардуино к шилдам. Каким же образом, нам нужно соединить данные 3 провода? И почему всего три, если контактов четыре? Питание на роутеры не рекомендуют подавать от адаптера, питание должно приходить от собственного блока питания. Поэтому плюс питания лучше отсоединить, даже если вы используете как и положено напряжение 3.3 вольта.

Соединение адаптера и роутера — схема

Земли устройств, соединяемых между собой при перепрошивании, нужно объединять, поэтому землю, пин GND, подсоединить нужно будет обязательно. А вот оставшиеся два пина, RX и TX, нужно подсоединить “перекрестив” их между собой, то есть RX соединить с TX, а TX, с RX. Итак, мы подключили все правильно, затем нам нужно правильно настроить терминал, я предпочитаю пользоваться Putty, для того чтобы иметь возможность управлять нашим роутером через консоль, и соответственно залить в него новую прошивку.

Значит мы выбираем в настройках Putty порт Serial, последовательный порт, или СОМ порт, затем устанавливаем нужный номер СОМ порта, который мы предварительно посмотрели в диспетчере устройств. После этого нужно настроить скорость СОМ порта, обычно это 57600, реже 115200 бод. И наконец, убедившись еще раз, что все соединено правильно, ничего на плате не “коротит”, не будет замкнуто, в процессе перепрошивки, мы войдя заранее в настроенную консоль и подаем питания на роутер от родного блока питания.

Кракозябры в терминале

Если у вас на экране, побежали “кракозябры”, значит вы неправильно настроили скорость СОМ порта и нужно либо почитать какая скорость должна быть установлена для вашей модели роутера, либо подобрать ее экспериментально до пропадания “кракозябров” и появления обычного текста. Затем нужно будет нажать, сразу после включения питания роутера, поймав нужный момент, что бывает не так просто, определенную комбинацию клавиш, либо tpl, для роутеров TP-Link, либо цифры 4, вход в консоль, либо цифру 2, для роутеров Zyxel, запуск перепрошивки с TFTP сервера.

Интерфейс TFTP сервера

Сам сервер должен быть запущен от имени администратора в сетевых подключениях, там должен быть указан ip адрес сервера, который подскажет либо консоль, либо можете самостоятельно найти в интернете. В TFTP сервере нужно будет указать ip адрес клиента и папку, в которой находится наша прошивка.

Меняем настройки сетевого подключения

Сама прошивка должна быть обязательно без Boota, то есть когда мы шьем прошивку прицепившись клипсой, через программатор 25 серии SPI, нам необходим Фуллфлеш, или иначе говоря прошивка с загрузчиком, в данном случае прошивка должна быть стандартная, без загрузчика, какую обычно предоставляет производитель, на своем сайте. Имя файла прошивки лучше сделать попроще, например 123.bin, его будет нужно ввести в консоли, при запуске процесса перепрошивания.

Затем будет нужно согласиться и подтвердить, что вы согласны с перепрошивкой. Если вы все сделали правильно, в консоли пойдет процесс прошивания, после того как он закончится вам нужно будет лишь перезагрузить роутер и если прошивка была строго от соответствующей модели и ревизии железа, у вас все обязательно получится.

Объяснение процесса прошивания получилось конечно объемное, но сам процесс для человека выполнившего его хотя бы пару раз, становится довольно простым делом. А учитывая, что роутеры это техника, которая долго не живет, особенно в период, когда проходят грозы, в мае — июне, думаю данная статья будет полезна новичкам желающим сэкономить средства на покупке нового роутера. Всем удачных ремонтов! Специально для сайта Радиосхемы — AKV.

Форум по обсуждению материала КОНВЕРТЕР USB-UART: ПЕРЕПРОШИВКА АДАПТЕРОМ

Как правильно выбрать резистор для LED, а также способы питания светодиодов.

Модуль драйвера BLDC двигателя жесткого диска — принципиальные электрические схемы включения и обзор готовых блоков.

Обзор готового модуля усилитель звуковой частоты на TDA7377 с модулем Bluetooth для беспроводной передачи аудиосигнала.

Источник