【经验】CP2104 USB转UART桥接器为下位机嵌入式系统提供USB转UART方案
本设计应用于自动化行业，项目中的下位机多用嵌入式系统开发，前期开发过程中，嵌入式下位机的简单功能调试，需要通过上位机PC端的串口调试助手进行命令、数据的下发及上传，虽然PC端本身具有串口接口，但是在使用过程中没有USB方便，所以本设计需要将USB转成UART，通过PC端的USB接口与下位机的串口直接进行调试过程中数据传输。
芯科科技（SILICON LABS）推出的CP2104 是一种高度集成的 USB 转 UART 桥接器控制器，它为将 RS-232/RS-485 设计升级到 USB 提供了一种简单的解决方案，CP2104内包含有一个 USB 2.0全速功能控制器、USB 收发器、振荡器、一次可编程 ROM 以及带完整调制解调器控制信号的异步串行数据总线 (UART)。片上一次可编程 ROM 可用于定制 OEM 应用所需的 USB 供应商 ID、产品 ID、产品描述字符串、电源描述符、设备发行编号、设备序列号以及 GPIO 配置。CP2104采用紧凑的 4 x 4 mm QFN-24 封装，仅使用最少量的组件即可完成功能应用，减少了对PCB空间的占用；工作温度范围为-40℃ 至 +85℃，完全满足本设计的需求。
CP2104应用原理图
图1 CP2104应用原理图
如上原理图所示，CP2104在使用过程中，仅需要搭配少量的电阻电容即可。VDD供电电压范围为3.0-3.6V，本设计采用系统的标准供电电压3.3V，与MCU供电电压一致。VBUS为USB电压，D-/D+为USB差分数据线，在USB接口处添加TVS管进行ESD防护。GPIO进行状态显示及控制信息传输，GPIO0以及GPIO1连接LED进行状态显示。UART_TX 以及UART_RX连接至需要通信的MCU的串口模块。
CP2104焊接至PCB板上
图2 CP2104焊接至PCB板上
如上实物图，CP2104采用24 pin QFN (4x4 mm)封装，封装尺寸很小，降低了PCBLayout的难度，并且CP2104封装符合RoHS标准，适合本项目的应用。
在驱动开发这方面， Silicon Labs USBXpress 驱动程序集提供直接访问驱动程序支持，降低了开发难度，缩短了开发周期。通过实际应用，CP2104能够很好的实现USB 转 UART的功能，大大方便了本项目下位机的调试工作，满足本设计需求。
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