树莓派基础实验35：USB TO TTL模块实验

一、介绍

  PC机与树莓派的常用通信方式SSH（Secure Shell）远程登录、VNC Viewer虚拟网络控制台都需要网络连接，但还有一种不需要网络的通信方式：Serial port串口通信。

  就好比配置路由器一样，除了网页配置、SSH远程登录外，还可以Console口本地配置，特别是初始配置时。树莓派也会遇到没有显示器又没有网络、不能远程登录的情况，这时就可以使用串口通信。

  我们的笔记本通常没有串口，这时就需要一个USB转TTL的模块了，它的作用就是把电平转换到双方都能识别进行通信，USB口插笔记本，模块的相应针脚连接树莓派的UART串口TX、RX。

二、组件

★Raspberry Pi 3主板*1

★树莓派电源*1

★USB TO TTL模块*1

★面包板*1（可选）

★40P软排线*1

★跳线若干

三、实验原理

USB TO TTL模块

USB TO TTL模块

CH340G模块原理图

（一）串口通信介绍

串口

串口，即串行接口，与之相对应的另一种接口叫并口，并行接口。两者的区别是，传输一个字节（8个位）的数据时，串口是将8个位排好队，逐个地在1条连接线上传输，而并口则将8个位一字排开，分别在8条连接线上同时传输。

在相同的数据传输速率下，并口的确比串口更快，但由于并口的各个连接线之间容易互相干扰，高速情况下难以同步各连接线的数据，而且硬件成本也相对串口更高（线多），因而串口取代并口成为了现在的主流接口，较具代表性的要数Universal Serial Bus，通用串行总线，也就是USB。其它在嵌入式领域常见的串行接口还包括：I2C，SPI，RJ-45，UART，USART等。

COM口

电脑上的异步串行通信接口，有时也称之为串口（其实这个叫法并不严谨）。电脑COM口使用DB9连接器，遵循RS-232标准，RS-232规定了通信口的电气特性（比如多少伏为逻辑“1”）和接口机械特性（形状，针脚定义）等内容。COM口多见于旧式电脑，用于连接鼠标，调制调解器等设备，现在已被USB取代。

PC机箱接口

USB接口

通用串行总线（Universal Serial Bus，缩写：USB）是一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，规范电脑与外部设备的连接和通讯，具有热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔等多家公司联合在1996年推出后，已成功替代串口和并口，已成为当今电脑与大量智能设备的必配接口。

USB只有4根线，两根电源两根信号，故信号是串行传输的，usb接口也称为串行口，usb2.0的速度可以达到480Mbps。接口的输出电压和电流是： +5V， 500mA 。实际上有误差，最大不能超过+/-0.2V ，也就是4.8--5.2V 。

usb接口的4根线一般是下面这样分配的，需要注意的是千万不要把正负极弄反了，否则会烧掉usb设备或者电脑的南桥芯片：黑线：gnd ；红线：vcc ；绿线：data+ ；白线：data-。

USB接口定义图

UART与USART

UART，全称Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器。

USART，全称Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步异步收发传输器。

两者都是一个数据收发器，属于硬件电路范畴。既然是“器”，显然，它就是个设备而已，要完成一个特定的功能的硬件，它本身并不是协议。

它的最基本功能，是串行数据和并行数据之间的转换。我们知道，计算机中的数据以Byte为基本单位，对一个Byte的存取是并行的，即，同时取得/写入8个bit。而串行通信，需要把这个Byte“打碎”，按照时间顺序来收发以实现串行。例如：

数据并行转串行

这就是UART做的最基本工作，进一步的，它还要控制“发车的班次”，比如确认一个Byte的这8个bit是什么时候开始的，又是什么时候结束的，两个班次之间至少要隔多长时间的缓冲，等等。这一部分，也具有协议的特征，但是相对于道路上的协议，更具有一般性，或曰，是与车在什么道路上开，相对独立的。

UART使用异步通信，而USART既可异步通信，也可同步通信。当USART使用异步通信时，就变成了UART。单片机的串口指的就是UART或USART。

同步通信和异步通信的区别是：时钟线的有无。同步通信有时钟线，收发双方通过统一的时钟来确定何时进行数据的传输，如I2C和SPI。异步通信没有时钟线，只能在数据的头和尾加入标志位来区分不同的数据帧，接收数据之前也要预先知道波特率的大小，传输效率比同步通信要低。

UART与USART

串口、RS-232与TTL

前面讲过，RS-232是一个串行通信接口标准，它规定了逻辑“1”为-3 ~ -15V，逻辑“0”为+3 ~ +15V，符合该标准的串口也叫RS-232串口，比如电脑的COM口。那么，还有不符合RS-232标准的串口？答案是肯定的，那就是单片机（如stm32）的UART/USART，这个也叫串口，但它不遵循RS-232标准，使用的是TTL电平（Transistor-Transistor Logic），该电平的逻辑“1”为+5V，逻辑“0”为0V，称为TTL串口。

需要注意的是，串口、UART/USART通常指的是硬件接口，而RS-232指的是属于物理层范畴的串行通信接口标准，简而言之，RS-232就是个标准。

串口通讯，其实，UART就相当于车站，而RS232/RS485则对应于公路的规则。可以说，线路上存在的仅仅是电流，RS232/RS485规定了这些电流在什么样的线路上流动和流动的样式；在UART那里，电流才被解释和组装成数据，并变成CPU可直接读写的形式。

单片机与电脑的连接

既然单片机有串口（UART/USART），电脑也有串口（COM口），那么两者就可以通过串口进行通信。

如果电脑有实体COM口，由于COM口使用的RS-232电平跟单片机的UART/USART使用的TTL电平不一样，这时就需要使用MAX232之类的电平转换芯片，将TTL电平转换成RS-232电平，连接示意如下：

电脑COM口 <---> MAX232 <---> 单片机UART/USART

如果电脑没有COM口，就要通过CH340之类的USB转TTL串口芯片，来实现用USB模拟COM口，这样电脑的USB口就变成了一个TTL串口，可以跟单片机的UART/USART通信，连接示意如下：

电脑USB口 <---> CH340 <---> 单片机UART/USART

本次实验中的USB TO TTL模块就是使用的CH340G芯片。

（二）模块介绍

CH340G芯片，比国产PL2303稳定，该系列芯片是STC官方推荐的USB转TTL芯片，不会出现由于不同的驱动或不同的电脑等导致不兼容现象。

可选择3V3或5V供电，3V3和5V由短路冒选择：6PIN排针上的短路冒――电压选择，（正面看上去，从上往下数）1、2短路为5V TTL输出，2、3短路为3V3 TTL输出；

USB TO TTL模块

3.3V和5V的选择视实际应用环境使用，系统为3.3V时选择3.3V，系统为5V时选择5V，本实验中树莓派只能使用3.3V，否则可能烧毁树莓派。若驱动和接线都对，模块不能正常通讯则可对调RXD和TXD两条线试试。

四、实验步骤

第1步： 连接电路。

下图中的USB要插到笔记本电脑上哈，为方便拍照就没插上。连线很简单，电路图就没画了。

USB TO TTL模块实物接线图

第2步： 设置树莓派，在Raspberry Pi Configuration中将Serial Port和Serial Console都要Enable，然后必须重启树莓派生效。

第3步： 将USB插上笔记本后，笔记本上要安装串口驱动程序（CH340G驱动），安装好后在设备管理器中可以看到串口，名称为“COM3”。

安装串口驱动

第4步： 在笔记本上启动SecureCRT软件，或者putty软件连接树莓派。我这里使用SecureCRT，设置好串口连接参数，点击连接。

第5步： 登录树莓派账号，如同SSH远程登录后一样，可以管理树莓派了。