WCH (南京沁恒) USB轉(zhuǎn)換芯片 CH340K 中文資料

CH340K 是由南京沁恒微電子股份有限公司（WCH）推出的一款USB轉(zhuǎn)串口芯片，它主要用于將USB接口轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)串口（RS232、RS485、UART）接口，以便在計(jì)算機(jī)和串口設(shè)備之間進(jìn)行通信。CH340系列芯片包括多個(gè)型號(hào)，如CH340G、CH340T、CH340C、CH340E等，它們?cè)诠δ芎头庋b上有所不同，但基本原理相似，均用于USB轉(zhuǎn)串口的轉(zhuǎn)換。

• CH340G：較為常見(jiàn)的USB轉(zhuǎn)串口芯片，支持3.3V和5V電源，帶有外部晶振。

• CH340T：體積較小，適用于緊湊型設(shè)計(jì)的設(shè)備。

• CH340C：不需要外部晶振，集成了內(nèi)部時(shí)鐘。

• CH340E：封裝更小，適用于便攜設(shè)備和小尺寸產(chǎn)品。

概述

CH340 是一個(gè) USB 總線的轉(zhuǎn)接芯片，實(shí)現(xiàn) USB 轉(zhuǎn)串口或者 USB 轉(zhuǎn)打印口。在串口方式下，CH340 提供常用的 MODEM 聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串口，或者將普通的串口設(shè)備直接升級(jí)到 USB 總線。有關(guān) USB 轉(zhuǎn)打印口的說(shuō)明請(qǐng)參考手冊(cè)(二)CH340DS2。

特點(diǎn)

● 全速 USB 設(shè)備接口，兼容 USB V2.0。

● 仿真標(biāo)準(zhǔn)串口，用于升級(jí)原串口外圍設(shè)備，或者通過(guò) USB 增加額外串口。

● 計(jì)算機(jī)端 Windows 操作系統(tǒng)下的串口應(yīng)用程序完全兼容，無(wú)需修改。

● 硬件全雙工串口，內(nèi)置收發(fā)緩沖區(qū)，支持通訊波特率 50bps～2Mbps。

● 支持常用的 MODEM 聯(lián)絡(luò)信號(hào) RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS。

● 通過(guò)外加電平轉(zhuǎn)換器件，提供 RS232、RS485、RS422 等接口。

● CH340R 芯片支持 IrDA 規(guī)范 SIR 紅外線通訊，支持波特率 2400bps 到 115200bps。

● 內(nèi)置固件，軟件兼容 CH341，可以直接使用 CH341 的 VCP 驅(qū)動(dòng)程序。

● 支持 5V 電源電壓和 3.3V 電源電壓。

● CH340C/N/K/E/X/B 內(nèi)置時(shí)鐘，無(wú)需外部晶振，CH340B 還內(nèi)置 EEPROM 用于配置序列號(hào)等。

● 提供 SOP-16、SOP-8 和 SSOP-20 以及 ESSOP-10、MSOP-10 無(wú)鉛封裝，兼容 RoHS。

功能說(shuō)明

時(shí)鐘、復(fù)位、電源、連接

CH340G/CH340T/CH340R 芯片正常工作時(shí)需要外部向 XI 引腳提供 12MHz 的時(shí)鐘信號(hào)。一般情況下，時(shí)鐘信號(hào)由 CH340 內(nèi)置的反相器通過(guò)晶體穩(wěn)頻振蕩產(chǎn)生。外圍電路只需要在 XI 和 XO 引腳之間連接一個(gè) 12MHz 的晶體，并且分別為 XI 和 XO 引腳對(duì)地連接振蕩電容。

CH340C/N/K/E/X/B 芯片都已內(nèi)置時(shí)鐘發(fā)生器，無(wú)需外部晶體及電容。

CH340 芯片內(nèi)置了電源上電復(fù)位電路。CH340B 芯片還提供了低電平有效的外部復(fù)位輸入引腳。CH340 芯片支持 5V 電源電壓或者 3.3V 電源電壓。當(dāng)使用 5V 工作電壓時(shí)，CH340 芯片的 VCC 引腳輸入外部 5V 電源，并且 V3 引腳應(yīng)該外接容量為 0.1uF 的電源退耦電容。當(dāng)使用 3.3V 工作電壓時(shí)，CH340 芯片的 V3 引腳應(yīng)該與 VCC 引腳相連接，同時(shí)輸入外部的 3.3V 電源，并且與 CH340 芯片相連接的其它電路的工作電壓不能超過(guò) 3.3V。

CH340X 和批號(hào) 4 開(kāi)頭的 CH340C/N 的 IO 支持 5V 耐壓，防向內(nèi)電流倒灌。

CH340K 不僅防向內(nèi)電流倒灌，并且降低了對(duì)外驅(qū)動(dòng)能力，可減少 CH340 向外的電流倒灌。

CH340 芯片自動(dòng)支持 USB 設(shè)備掛起以節(jié)約功耗，NOS#引腳為低電平時(shí)將禁止 USB 設(shè)備掛起。

CH340G/C/T/K 芯片的 DTR#引腳在 USB 配置完成之前作為配置輸入引腳，可以外接 4.7KΩ的下拉電阻在 USB 枚舉期間產(chǎn)生默認(rèn)的低電平，通過(guò)配置描述符向 USB 總線申請(qǐng)更大的電源電流。

CH340 芯片內(nèi)置了 USB 上拉電阻，UD+和 UD-引腳應(yīng)該直接連接到 USB 總線上。異步串口方式下 CH340 芯片的引腳包括：數(shù)據(jù)傳輸引腳、MODEM 聯(lián)絡(luò)信號(hào)引腳、輔助引腳。數(shù)據(jù)傳輸引腳包括：TXD 引腳和 RXD 引腳。串口輸入空閑時(shí)，RXD 應(yīng)為高電平。對(duì)于 CH340G/C/T/R芯片，如果 R232 引腳為高電平啟用輔助 RS232 功能，那么 RXD 引腳內(nèi)部自動(dòng)插入一個(gè)反相器，默認(rèn)為低電平。串口輸出空閑時(shí)，CH340G/C/N/E/X/B/T 芯片的 TXD 為高電平，CH340K 芯片的 TXD 為微弱的高電平，CH340R 芯片的 TXD 為低電平。MODEM 聯(lián)絡(luò)信號(hào)引腳包括：CTS#引腳、DSR#引腳、RI#引腳、DCD#引腳、DTR#引腳、RTS#引腳，CH340C 還提供了 OUT#引腳。所有這些 MODEM 聯(lián)絡(luò)信號(hào)都是由計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序控制并定義其用途。

輔助引腳包括：IR#引腳、R232 引腳、CKO 引腳、ACT#引腳、TNOW 引腳。IR#引腳為低電平將啟用紅外線串口模式。R232 引腳用于控制輔助 RS232 功能，R232 為高電平時(shí) RXD 引腳輸入自動(dòng)反相。ACT#引腳為 USB 設(shè)備配置完成狀態(tài)輸出(例如 USB 紅外適配器就緒)。TNOW 引腳以高電平指示 CH340正在從串口發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完成后為低電平，在 RS485 等半雙工串口方式下，TNOW 可以用于指示串口收發(fā)切換狀態(tài)。IR#和 R232 引腳只在上電復(fù)位后檢查一次。

CH340B 的配置信息

CH340B 芯片還提供了 EEPROM 配置數(shù)據(jù)區(qū)域，可以通過(guò)專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)工具軟件為每個(gè)芯片設(shè)置產(chǎn)品序列號(hào)等信息，配置數(shù)據(jù)區(qū)域如下表所示。

DTR 與多模式 MCU 下載

對(duì)于 CH340X，6#引腳默認(rèn)為 TNOW，上電或復(fù)位期間有弱上拉，正常工作期間輸出 TNOW 用于半雙工收發(fā)切換。通過(guò)為 6#引腳外加電阻，可以將 TNOW 切換為 DTR#，兩種選項(xiàng)如下：

①、如果為 6#引腳外接 4.7K? 下拉電阻到 GND，那么將進(jìn)入開(kāi)源 DTR 增強(qiáng)模式，6#引腳自動(dòng)切換為開(kāi)源驅(qū)動(dòng)的 DTR#用于連接 MCU 的 BOOT 模式引腳，默認(rèn) DTR#為不輸出，被外部電阻保持為低電平，但可以由應(yīng)用程序設(shè)置 DTR#引腳輸出高電平或不輸出，用于 DTR#默認(rèn)低電平的多模式 MCU 下載。

②、如果在 6#引腳與 5#引腳之間接 4.7K? 電阻，那么將進(jìn)入推挽 DTR 增強(qiáng)模式，6#引腳自動(dòng)切換為推挽驅(qū)動(dòng)的 DTR#用于連接 MCU 的控制引腳，可以由應(yīng)用程序設(shè)置 DTR#引腳輸出高電平或低電平，用于 DTR#默認(rèn)高電平的多模式 MCU 下載。

對(duì)于批號(hào) 4 開(kāi)頭且末 3 位大于 B40 的 CH340C，8#引腳默認(rèn)為 OUT#，上電或復(fù)位期間有弱上拉，正常工作期間為 MODEM 的 OUT#輸出。如果為 8#引腳外接 4.7K? 下拉電阻，那么將進(jìn)入開(kāi)源 DTR 增強(qiáng)模式，8#引腳自動(dòng)切換為開(kāi)源驅(qū)動(dòng)的第二 DTR#用于連接 MCU 的 BOOT 模式，默認(rèn)第二 DTR#為不輸出，被外部電阻保持為低電平，但可以由應(yīng)用程序設(shè)置此 DTR#引腳輸出高電平或不輸出，用于 DTR#默認(rèn)低電平的多模式 MCU 下載。另外，13#引腳原 DTR#用于 DTR#默認(rèn)高電平的多模式 MCU 下載。

串口特性

CH340 內(nèi)置了獨(dú)立的收發(fā)緩沖區(qū)，支持單工、半雙工或者全雙工異步串行通訊。串行數(shù)據(jù)包括 1個(gè)低電平起始位、5、6、7 或 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、1 個(gè)或 2 個(gè)高電平停止位，支持奇校驗(yàn)/偶校驗(yàn)/標(biāo)志校驗(yàn)/空白校驗(yàn)。CH340 支持常用通訊波特率：50、75、100、110、134.5、150、300、600、900、1200、1800、2400、3600、4800、9600、14400、19200、28800、33600、38400、56000、57600、76800、115200、128000、153600、230400、460800、921600、1500000、2000000 等。

對(duì)于單向 1Mbps 及以上、或雙向 500Kbps 及以上的應(yīng)用，建議改用 CH343 啟用硬件自動(dòng)流控。

CH340 串口接收信號(hào)的允許波特率誤差約 2%，CH340G/CH340T/CH340R 串口發(fā)送信號(hào)的波特率誤差小于 0.3%，CH340C/340N/340K/340E/340X/340B 串口發(fā)送信號(hào)的波特率誤差小于 1.2%。在計(jì)算機(jī)端的 Windows 操作系統(tǒng)下，CH340 的驅(qū)動(dòng)程序能夠仿真標(biāo)準(zhǔn)串口，所以絕大部分原串口應(yīng)用程序完全兼容，通常不需要作任何修改。

CH340 可以用于升級(jí)原串口外圍設(shè)備，或者通過(guò) USB 總線為計(jì)算機(jī)增加額外串口。通過(guò)外加電平轉(zhuǎn)換器件，可以進(jìn)一步提供 RS232、RS485、RS422 等接口。

CH340R 只需外加紅外線收發(fā)器，就可以通過(guò) USB 總線為計(jì)算機(jī)增加 SIR 紅外適配器，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與符合 IrDA 規(guī)范的外部設(shè)備之間的紅外線通訊。

工作原理

CH340K 芯片的工作原理是通過(guò)集成的USB控制器和串口控制器，實(shí)現(xiàn)USB信號(hào)和串口信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部主要包括以下幾個(gè)模塊：

1. USB 控制器：負(fù)責(zé)USB協(xié)議的解析和數(shù)據(jù)傳輸。

2. 串口控制器：負(fù)責(zé)串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

3. 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：用于存儲(chǔ)從USB接收到的數(shù)據(jù)以及待發(fā)送的串口數(shù)據(jù)。

4. 時(shí)鐘電路：提供芯片內(nèi)部所需的工作時(shí)鐘。

當(dāng)CH340K芯片連接到計(jì)算機(jī)的USB端口時(shí)，計(jì)算機(jī)識(shí)別到該設(shè)備并加載相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。隨后，CH340K芯片通過(guò)USB控制器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，將從計(jì)算機(jī)接收到的USB數(shù)據(jù)通過(guò)串口控制器轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)輸出，反之亦然。

特點(diǎn)

CH340K 具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

1. 高集成度：內(nèi)部集成了USB控制器和串口控制器，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

2. 廣泛兼容性：支持多種操作系統(tǒng)，包括Windows、Linux、Mac OS等。

3. 穩(wěn)定可靠：具有較高的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性和抗干擾能力。

4. 簡(jiǎn)單易用：通過(guò)USB接口即插即用，開(kāi)發(fā)者無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的配置。

5. 支持多種串口協(xié)議：包括RS232、RS485、UART等，滿足不同應(yīng)用需求。

6. 低功耗：支持低功耗模式，適用于便攜設(shè)備。

應(yīng)用

CH340K廣泛應(yīng)用于各類(lèi)需要USB轉(zhuǎn)串口通信的場(chǎng)合，具體包括：

1. 單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)：常用于單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的調(diào)試和數(shù)據(jù)傳輸。

2. 嵌入式系統(tǒng)：用于嵌入式設(shè)備的通信接口轉(zhuǎn)換。

3. 工業(yè)自動(dòng)化：在工業(yè)控制系統(tǒng)中，作為USB與串口設(shè)備的通信橋梁。

4. 儀器儀表：用于各種儀器儀表的數(shù)據(jù)采集和控制。

5. POS機(jī)和金融終端：在POS機(jī)和其他金融終端中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交換。

6. 智能家居：在智能家居設(shè)備中，作為USB接口與串口設(shè)備之間的轉(zhuǎn)換器。

參數(shù)

以下是CH340K的主要參數(shù)：

• 供電電壓：3.3V 或 5V

• 工作溫度：-40℃ 到 +85℃

• 封裝形式：SOP-16

• USB版本：支持USB 2.0全速模式（12Mbps）

• 串口速率：支持300bps 到 1Mbps

• 驅(qū)動(dòng)支持：提供Windows、Linux、Mac OS驅(qū)動(dòng)程序

具體參數(shù)詳見(jiàn)芯片手冊(cè)。

1. 電源參數(shù)：支持寬范圍的供電電壓，典型值為3.3V或5V。

2. 工作溫度范圍：從-40℃到+85℃，適用于各種工業(yè)環(huán)境。

3. 封裝尺寸：采用SOP-16封裝，便于集成到各種電路板中。

4. 數(shù)據(jù)傳輸速率：支持的串口波特率范圍廣，從低速300bps到高速1Mbps，滿足不同數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。

5. USB兼容性：支持USB 2.0全速模式（12Mbps），與大多數(shù)USB接口設(shè)備兼容。

6. 驅(qū)動(dòng)程序：提供多平臺(tái)驅(qū)動(dòng)支持，包括Windows、Linux、Mac OS，便于在不同操作系統(tǒng)下使用。

CH340K芯片由于其穩(wěn)定性、兼容性和易用性，被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)開(kāi)發(fā)、嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化、儀器儀表、POS機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域，是一種理想的USB轉(zhuǎn)串口解決方案。