如何實現USB轉串口？

　　UART，通用異步串行總線，就是我們常說的串口。作為最常用的調試接口，廣泛應用在各類硬件平臺當中。簡單如單片機，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，首先通過串口發送指令，打印系統信息，什么時候串口調試通過了后面的工作才能正常開展。

　　串口在PC上是一個DB9接口，一個完整的串口協議由DTR，TXD，RXD，DCD，DELL，CTS，RTS，DSR等信號組成。但在實際使用中，通常只需要發送數據TXD和接收數據RXD兩根信號。PC機都會帶有串口，但是筆記本電腦的空間有限很少會保留串口。那么筆記本電腦沒有串口就沒法調試了么?當然不是。我們只需要做一個USB轉串口的小工具就可以解決調試問題。

　　由于無論是AE，FAE，軟件組，還是固件組都會用到串口調試，所以筆者決定做一個專用的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。除了硬件設計簡單以外，還有十分重要的一點，Silicon Labs原廠為我們提供了完善的驅動解決方案，對各個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，不用擔心驅動和操作系統的兼容問題。

　　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，還可以向外部電路提供3V電源，滿足外部供電需求。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

　　該串口采用簡化設計，只用了TXD，RXD兩根信號線。芯片外圍電路簡單，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接口的時候ESD造成芯片意外損壞。

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

　　整個的PCB設計完成，尺寸只有16*14mm，比一個無線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。由于串口是點對點連接方式，沒有主從之分，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，要把TXD和RXD交叉連接，這樣才能正確的發送和接收數據。有了這個調試神器，我們再也不怕筆記本沒有串口了。出差帶上這么一個小巧的調試工具，給我們的工作帶來很大方便。