使用Microchip MCP2200的廉价USB到UART转换器

如今，USB 端口被广泛用于电子设备和计算机之间的数据交易。在很多场景下，不需要直接与USB口通信，因此电子设计人员使用USB转UART（RS232-Serial）转换芯片，将USB口转换为电脑上的虚拟COM口。许多设计人员最初的想法是使用 FTDI 芯片进行 USB 到 UART 的转换。然而，FTDI 芯片并没有什么问题，但它们很昂贵。在本文/视频中，我将介绍使用 Microchip 的 MCP2200 芯片的廉价 USB 到 UART 转换器模块。该转换器支持 3.3V 和 5V 串行逻辑电平，并使用三个 LED 指示灯进行电源连接、数据传输和数据接收。

该模块支持串行 CTS 和 RTS 引脚，以及 6 个可用于直接控制连接设备的 GPIO。该模块的串行数据已使用 Silent SDS2102X Plus 示波器的 UART 解码功能进行检查和解码。所以让我们开始吧！

电路分析

图 1 显示了 USB 转 UART 转换器模块的示意图。为了更好地进行视觉检查，原理图被分成了几个部分。

图1 USB转UART转换模块示意图

IC1 是 Microchip 的 MCP2200 [1] USB 到 UART 转换器芯片。它支持高达 12Mb/s 的全速 USB，并采用 20 引脚 SOIC 封装。所以很容易焊接这个组件进行原型设计。它还配备了 RTS 和 CTS 引脚以及六个 GPIO。

R1 是复位引脚的上拉电阻，C1 和 C2 是去耦电容以降低电源噪声。C3、C5 和 Y1 构建时钟生成单元。C6 降低了 VUSB 轨噪声。

USB1 是用于 USB 电缆连接的 SMD USB-mini 连接器。C4 和 FB1 降低 +5V USB 电源噪声。图 2 显示了 SMD USB-B 迷你连接器的图片。

图 2：SMD USB-mini 连接器

REG1 是 RT9166-33GX [2]，它是采用小型 SOT-89 封装的线性 3.3V 稳压器。根据数据表：“RT9166/A 系列是 CMOS 低压差稳压器，针对超快速瞬态响应进行了优化。这些器件能够提供 300mA 或 600mA 的输出电流，压差分别为 230mV 或 580mV。RT9166/A 系列针对 CD/DVD-ROM、CD/RW 或无线通信电源应用进行了优化。RT9166/A 稳压器在输出电容低至 1μF 时稳定。其他特性包括超低压差、高输出精度、限流保护和高纹波抑制比。这些器件提供 1.2V 至 4.5V 的固定输出电压范围，每步 0.1V。RT9166/A 稳压器有 3 引脚 SOT-23（仅限 RT9166）、SOT-89、SOT-223、TO-92、

P3 是一个 3 针公头，用户只需使用跳线即可在 3.3V 和 5V 逻辑电平之间切换。D1、D2 和 D3 是三个 SMD LED，用于指示正​​确的 USB 电缆连接、数据传输和接收。R2、R3 和 R4 用于限制 LED 的电流。

PCB布局

图 3 显示了 USB 到 UART 转换器模块的 PCB 布局。它是两层 PCB 板，所有元件封装均为 SMD（排针除外）。

图 3：使用 MCP2200 的 USB 到 UART 转换器的 PCB 布局

图 4 是顶层和底层的单独视图，因此红色层是顶层，蓝色层是底层。

图 4：PCB 顶层和底层的单独视图

当我决定为这个项目设计原理图和 PCB 时，我意识到我的组件库存储中没有 IC1[3] 和 REG1[4] 的组件库。所以像往常一样，我决定使用 SamacSys IPC 评级的组件库，并使用免费的 SamacSys 工具和服务安装缺少的库（原理图符号、PCB 封装、3D 模型）。将库导入电子设计CAD软件有两种选择：您可以访问componentsearchengine.com并下载并导入库，或者您可以使用SamacSys CAD插件直接搜索/导入模型到设计环境中。图 5 显示了所有受支持的电子设计 CAD 软件 [5]，因为很明显所有已知的软件都受支持。我使用 Altium Designer，

图 5：SamacSys 插件支持的所有电子设计 CAD 软件

图 6：SamacSys Altium 插件中选定的组件库

集会

图 7 显示了顶视图，图 8 显示了组装好的 PCB 板的底视图。PCB板由PCBWay制造。我得到了 10 块板，价格没有变化。铜、丝印和阻焊层的质量都很好，所以我对元件的焊接完全没有问题。组件的最小封装尺寸为 0805。

图 7：组装好的 PCB 板的俯视图

图 8：组装好的 PCB 板的底视图

测试与测量

完成焊接后（或收到组装好的板子），如果需要，您应该将模块连接到计算机并配置 MCP2200 芯片。Microchip 提供了一个实用软件来配置芯片 [7]，名为“MCP2200 配置实用程序”。图 9 显示了实用软件的屏幕截图。就我而言，在第一次尝试时，LED 没有闪烁，所以我必须在配置中启用闪烁。

图 9：微芯片 MCP2200 配置实用程序

图 10 提供了模块的接线图。使用本指南，您应该不会遇到连接和接线问题。

图10 USB转UART模块接线图

我将模块的RX信号（计算机是发射器）连接到Siglent SDS2102X Plus示波器[8]以检查信号并解码数据。同时，我用跳线在 3.3V 和 5V 逻辑电平之间切换。图 11 显示了 UART 信号和解码数据，图 12 显示了相同的信号以及启用的结果列表，可用于检查时序、错误等。有关更多详细信息，请查看视频。

图 11：使用 Silent SDS2102X Plus 示波器解码的 RX-UART 数据

图 12：使用 Silent SDS2102X Plus 示波器解码的 RX-UART 数据（启用的结果列表）

材料清单

图 13 显示了该项目的材料清单。

图 13：材料清单

审核编辑：汤梓红