新买的cp2102和CH340需要为什么叫烧写程序序吗

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        目前为止,我接触单片机已有不少时日从选择元器件、原理图、PCB、电路硬件调试、软件开发也算小有心得

。单片机软件开发里面第一步当属下载程序了如果这一步都有问题,那么后面的一切便无从谈起本人当初刚接触单片机时,对于下载电路方法及原理也是一头雾水好在随着经验的积累以及自己的努力探求,现在对此问题算是有了点点自己的理解故今天在此针对常用51单片机下载程序问题做下详解,以求新手们少走弯路当然,有误之处还望各位指教!

原理:单片机的TXD、RXD是TTL电平所以你得万变不离其宗的将其它信号转成TTL电平,只有这样给单片机下载程序才有可能成功!其中CH340、PL2303等芯片是直接将USB信号转换为TTL电平而MAX232等芯片是将TTL转换为RS232信号或者将RS232信号转换为TTL.下面请看利用这种原理的两种常用方法:

请看图一,这是我们最常见的单片机下载电路了其中從②到⑥属于大家常用的USB转串口线,用这种方案的好处是如果自己的PC带有串口(可能很老的机器没有USB接口),那么就可以直接给单片机開发板下载程序因为采用这种方法的开发板必定带有串口接口嘛。当然如果PC仅有USB接口而不带串口,那么只能找根USB转串口线了(其电路原理就是图中②到⑥)这里我推荐大家使用采用CH340芯片的USB转串口线,而不要采用PL2303的USB转串口线因为PL2303价钱便宜所以山寨的水货较多,这会导致下载电路不稳定甚至无法正常下载。同时此方案的坏处是电路板上必定要做一个9针串口接口(太巨大了)这必将增加了电路PCB的面积,当然也就增加了成本啦!(顺便发表下个人见解:那个9针接口实在太丑又大又重,无形中便降低了自己的设计档次哈哈。所以不推薦这种方法!)

请看图二这是我经常采用的单片机下载电路。实践证明效果非常好几乎没出过任何问题!它的好处是只需要找根普通嘚USB2.0线(如图二中②)就可以下载了,比找根USB转串口线要轻松的多同时由于将串口9针接口换成了USB接口,所以电路板的体积、重量也减少了鈈少也显得更美观时尚,呵呵在此强调一点:推荐使用CH340芯片(可以用CH340G,它引脚间距大很容易焊接)而不是PL2303上文已说PL2303水货多,况且PL2303的外围电路比较复杂这也给硬件电路的调试增加了难度。当然如果项目对成本特敏感那么采用价钱相对较低的PL2303也无可厚非。大家看到没图二的电路结构比图一要简化很多,那么是不是可以说明图二的性能比图一要更好呢应该是吧!简单的结构出问题的概率当然更小了!

        值得一提的是在使用CH340时,有些问题得注意下因为很多同学反映用CH340下程序失败,但其实一般都很容易解决的经本人总结常见原因有三:

1、某些CH340的引脚给单片机供了电导致单片机断电不彻底(下载程序要断电重启),从而导致程序没法下载解决方案:在CH340的TXD引脚反向串联┅个二极管(推荐肖特基二极管)、在CH340的RXD引脚串联一个约300欧姆的电阻。如此单片机可以彻底断电问题解决!!(特别注意:此种情况不適用于stm32等芯片)

2、有些同学在给单片机供电时,为了防反接保护电路在电源处串联了个二极管,由于二极管的正向压降导致单片机供电鈈足从而导致程序无法下载。解决方案:将二极管用0欧电阻代替或者采用正向压降很小的二极管以确保单片机的正常供电。问题解决!!

3、有些同学由于粗心将CH340的TXD引脚连接了单片机的TXD引脚RXD引脚连接了单片机的RXD引脚,这自然不能下载程序了一收一发不用多说吧,呵呵解决方案:将CH340的TXD引脚连接单片机的RXD引脚,RXD引脚连接单片机的TXD引脚问题解决!!

在前面两篇博客提到了CH340的电路设計以及芯片选型本文将重点放在使用CH340芯片进行电路设计的一些细节与注意事项。

CH340 芯片通过 USB 转换出来的 TTL 串口输出和输入电压是根据芯片供電电压是自适应的也即,如果芯片是 5V 供电那么串口输出和采样都是  5V;如果是 3.3V 供电,那么标准就成了 3.3V因此在实际使用的时候,串口连接到的对端设备需要注意电压匹配的问题其中在 5V 供电模式下,是可以与 3.3V 系统兼容的反过来则不可以,如果 CH340 是 3.3V 供电那么不可以接 5V 系统,会损坏芯片另外如果对端是 1.8V 系统,那么是不能与 CH340 的 3.3V 模式兼容的此时输出和采样会出错。最好加一些器件来升降压来进行电压匹配洇此设计时确认好对端串口电平范围,然后决定 CH340 工作在 3.3V 或者 5V 工作模式在前面文章中也有提及,在电路设计原理上5V 供电时芯片 V3 引脚需要接一个 104 电容到地,3.3V  供电时直接将 V3 脚与 3.3V 电源引脚短接就可以了

在实际应用中,当 CH340 与其他 IC 譬如 MCU 等器件一同使用时如果串口直连的双方器件囿一方不需要供电工作时,要注意电流倒灌导致未供电的芯片继续工作的情况或者是在串口下载场景中,当 MCU 需要复位以实现下载时发現复位不成功,可能也是由于该原因造成的因此,在电路设计中可以做如下改动来防止 CH340 与对端 IC 出现任何一方被倒灌电的情况原理图如丅:

也就是在 CH340 芯片的 发送引脚 TXD 上接一个反向二极管,然后再连接到对端 IC在接收引脚上加一个限流电阻来防止对端 IC 对CH340 倒灌电。

通过反向二極管的原理是:在 CH340 发送数据时发送高电平时二极管截止,但是由于对端 RXD 默认上拉也是高电平不会有采样问题而发送低电平时二极管导通,对端 RXD 接收到低电平因此可以正常通讯。并防止了 CH340 的 TXD 发送引脚将电流倒灌到对端 IC

通过限流电阻的原理是:倒灌电流导致芯片工作甚臸闩锁效应,是由于引脚电流过大超过了芯片设计时容忍的上限导致芯片内部电路出现异常因此加一个限流电阻就可以了,其他通讯场景也可以仿照此方法进行尝试

对于 CH340 系列需要外部晶振的芯片,在选用晶振时如果选择 12MHz 的石英晶体那么旁路电容选择 22pF 的独石或高频瓷片電容。如果选用的低成本陶瓷晶体那么旁路电路的容量必须用该晶体厂家的推荐值,一般情况下是 47pF对起振困难的晶体,建议电容数值減半如果仍然无法起振,最好参考下选用晶振的官方推荐电容值

V3 的引脚除了在不同电压供电模式下接法不同,对于电容数值选用也昰需要注意的V3 引脚的电容用于内部电源节点退耦,来改善 USB 传输过程中的 EMI通常容量在 4700pF 到 0.1uF 范围,建议容量为 0.01uF即 103 电容。

提高工作稳定性和忼干扰

在这里参考了沁恒官网提供的文章《USB芯片的电路及PCB设计的重要注意事项》需要设计 USB 电路的工程师可以下载下来参考学习。 因为 USB 信號属于模拟信号所以在 CH340 等 USB 芯片内部包含数字电路和一些模拟电路,另外USB 芯片中还包含时钟震荡及 PLL 倍频电路,电路的公共地端在芯片内蔀已经连接在一起并连接到芯片的 GND 引脚

如果 USB 芯片有时工作不正常、或者 USB 数据传输随机性失败、或者抗干扰能力差,那么就应该考虑 USB 芯片昰否稳定工作影响 USB 芯片工作稳定性的几大因素有:

  • 时钟信号不稳定 这是主要原因,下面将详细分析
  • 时钟信号受干扰 - 解决方法:PCB 设计时盡量不再晶体及震荡电容附近走线,尤其是不要走继电器、电动机等带有瞬时冲击电流的电源线和强信号线;在晶体及震荡电容周边布置 GND 鋪铜屏蔽干扰;将晶体外壳接地(任何需要晶体工作的电流都可以这样设计);或者使用有源晶振等
  • USB信号受干扰 解决办法:PCB 设计时使 USB 信號线 D+ 与 D- 平行布线,最好在两侧布置 GND 铺铜减少干扰。使用符合 USB 规范的带屏蔽层的传输线不能使用普通排线或者非 USB 线缆。

时钟信号不稳定通常是 PCB 布线中 GND 走线不佳参考下图,该图适用于 USB 类芯片图中有 6个接地点,分别是 A、B、C、D、E、F设计电路及 PCB 时应该尽量避免这 6 个 GND 点之间存茬电压差(主要是指数字电路中的高频毛刺电压,也就是数字噪声)

1.尽量缩短这 6 个点之间的距离;

2.类似模拟电路设计中的单点接地;

3.大媔积 GND 铺铜及 GND 多点过孔 VIA 降低高频信号阻抗。图中最关键的是 E 点、F 点与 D 点之间不能存在高频毛刺电压差可以用示波器探头接 D 点测量时钟输入端 XI 引脚的 12MHz 时钟波形是否有抖动。

下图适用于 CH372/CH374 等 GND 在时钟脚对侧的 USB 系列芯片此时 GND 引脚借助过孔 VIA 及冗余 GND 线连接时钟振荡电路等。

的GND(实际上这幾个 GND 之间仍然是物理相通的)

客观地讲,CH372、CH375、CH341 等 USB 芯片时钟的稳定性要求较高稍有不稳定就会影响 USB 传输甚至不工作。因此类似于下图嘚设计,强烈建议改进 PCB 布线以提高稳定性

以上就是在 CH340 或者 USB 芯片电路设计时经常遇到的问题了,实际应用中还会有很多未提及的问题出现当然也有相应的解决方案,譬如进行对电路进行电气隔离和增加电流保护提升 ESD 性能等。

如果有疑问或者好的想法可以给我邮件或者評论~:-D

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