USB(TYPE-C)转串口(TTL)

3315 字
17 分钟
USB(TYPE-C)转串口(TTL)

引言#

 USB TYPE-C(简称:TYPE-C)是目前主流的连接端口,而在单片机的开发中,TTL信号更是必不可少的通讯方式,目前市场上也有着不少USB转串口的商品设计,低端的价格相对亲民,而稍微高端的也会价格不菲。

方案设计#

  USB TYPE-C端口  +  四路串口输出

USB TYPE-C介绍#

TYPE-C接口定义#

 按以下视角引出端子定义  

公母头观看视角
公母头观看视角
USB TYPE-C母口
USB TYPE-C母口
USB TYPE-C母口
USB TYPE-C母口
母头/母座
USB TYPE-C公口
USB TYPE-C公口
USB TYPE-C公口
USB TYPE-C公口
公头/插头 从上图的 Type C 公头和母口的引脚排列可以知道 Type C 的引脚功能是中心对称的,所以公头无论以什么方向接入母口两者的功能引脚都可以完美对接。

  1. 24P全引脚描述
Pin名称功能描述Pin名称功能描述
A1GNDB12GND
A2SSTXp1SuperSpeed 差分信号 #1 的发送正端B11SSRXp1SuperSpeed 差分信号 #1 的接收正端
A3SSTXn1SuperSpeed 差分信号 #1 的发送负端B10SSRXn1SuperSpeed 差分信号 #1 的接收负端
A4VBUS总线电源B9VBUS总线电源
A5CC1Configuration Channel 1,即 “配置通道 1”B8SBU2Side Band Use 1,即辅助使用2
A6Dp1Data Positive 1,即 USB 2.0 差分信号 1 的正端B7Dn1Data Negative 1,即 USB 2.0 差分信号 1 的负端
A7Dn1Data Negative 1,即 USB 2.0 差分信号 1 的负端B6Dp1Data Positive 1,即 USB 2.0 差分信号 1 的正端
A8SBU1Side Band Use 1,即辅助使用1B5CC2Configuration Channel 2,即 “配置通道 2”
A9VBUS总线电源B4VBUS总线电源
A10SSRXn2SuperSpeed 差分信号 #2 的发送正端B3SSTXn2SuperSpeed 差分信号 #2 的接收正端
A11SSRXp2SuperSpeed 差分信号 #2 的发送负端B2SSTXp2SuperSpeed 差分信号 #2 的接收负端
A12GNDB1GND
  1. Type C 接口 VBUS/GND 作用
Pin名称功能描述Pin名称功能描述
A1GNDB12GND
A4VBUS总线电源B9VBUS总线电源
A9VBUS总线电源B4VBUS总线电源
A12GNDB1GND
GND大家都可以理解,而VBUS大家可能不常见,直接理解为电源VCC即可
  1. Type C 接口 D+/D- 作用
Pin名称功能描述Pin名称功能描述
A6Dp1Data Positive 1,即 USB 2.0 差分信号 1 的正端B7Dn1Data Negative 1,即 USB 2.0 差分信号 1 的负端
A7Dn1Data Negative 1,即 USB 2.0 差分信号 1 的负端B6Dp1Data Positive 1,即 USB 2.0 差分信号 1 的正端
在电子简称中,n是Negative缩写,意为负,p是 Positive的缩写,意为正。
在 Type - C 接口里,D + 和 D - 属于 USB 2.0 的差分数据传输引脚,它们在数据传输和设备识别方面发挥着重要作用。
差分信号传输是 D + 和 D - 的工作基础。指通过两根信号线(即 D + 和 D - )来传输幅度相同但相位相反的信号。接收端会对这两个信号的差值进行检测,以此来还原原始数据。这种传输方式具备很强的抗干扰能力,能够有效降低外部电磁干扰对信号传输的影响,进而保证数据传输的稳定性和准确性。
主要功能
  • 数据传输 D + 和 D - 主要用于 USB 2.0 协议的数据传输,其最高传输速率可达 480Mbps。在设备进行数据交换时,如电脑与 U 盘、手机与电脑之间传输文件,数据就会通过 D + 和 D - 这一对差分线进行传输。
  • 设备识别 在设备连接的初始阶段,主机通过检测 D + 和 D - 上的电平状态来识别设备的类型和模式。例如,在 USB 通信中,当设备插入主机时,主机通过检测 D + 和 D - 引脚的上拉电阻情况来判断设备是高速设备、全速设备还是低速设备。对于全速设备,D + 上有一个 1.5kΩ 的上拉电阻;而对于低速设备,D - 上有一个 1.5kΩ 的上拉电阻。主机根据检测到的上拉电阻位置来确定设备的速度类型,并相应地调整通信参数。
  • 充电协议协商 某些充电协议也会利用 D + 和 D - 进行通信,以协商充电电压和电流。例如,在一些手机充电过程中,充电器和手机会通过 D + 和 D - 交换信息,以确定合适的充电参数,实现快速充电功能。
    典型应用
    典型应用
  1. Type C 接口 CC1/CC2 作用
Pin名称功能描述Pin名称功能描述
A5CC1Configuration Channel 1,即 “配置通道 1”
B5CC2Configuration Channel 2,即 “配置通道 2”
CC1 是 “Configuration Channel 1” 的缩写,即 “配置通道 1”。在 Type - C 接口中,CC1 引脚与 CC2 引脚共同承担着配置通道的功能,用于主从设备区分(确定数据传输方向)、检测设备连接、设备角色识别以及 USB PD 通信等。
  • 主从设备区分 做主机时,CC1、CC2接上拉电阻VBUS。 做从机时,CC1、CC2接5.1K电阻接地。 主设备的 CC 引脚通过上拉电阻 Rp 连接到 VBUS,标识其供电能力。例如,常见的电阻值 56kΩ/22kΩ 可表示不同的电流能力。 从设备的 CC 引脚则通过下拉电阻 Rd 连接到 GND,标识其受电需求,通常下拉电阻 Rd 为 5.1kΩ。 需要说明的一点时,并非所有设备主机、从机设备都是固定的,有一种双角色端口,其 CC 引脚能够动态切换上拉电阻 Rp 和下拉电阻 Rd 的状态。在初始连接时,设备会随机确定一个初始角色(主或从),并通过 CC 引脚的电平状态来告知对方。之后,设备之间可以通过 USB PD 协议进行协商,根据实际需求动态切换主从角色。例如,手机在连接充电器时作为 从设备,接收充电,当手机通过 OTG 线连接 U 盘时,手机可通过 CC 引脚切换为 主设备,为 U 盘供电并读取数据。
  • 设备连接检测 以手机及充电器为例:未连接时,充电器的 VBUS 无输出,CC 引脚由于上拉电阻处于高电平。当手机通过 CC 引脚与充电器 连接后,充电器 的 CC 引脚会检测到手机的下拉电阻 Rd,使得 CC 引脚电平被拉低。充电器检测到 CC 引脚电平变化,就知道有设备连接上了,从而打开 Vbus 电源开关,输出电源给手机。
  • 正反插确认 在母口的端子中,可以看到引脚是中心对称的,但是对于TYPE-C的公口来说,却不是完全中心对称,少了B6、B7引脚功能,所以实际来说,TYPE-C的公头正插与反插是有区别的。 依旧以手机充电为例,当手机处于充电状态扮演从机角色时,若手机内部 CC 引脚下拉导致充电器的 CC1 引脚被拉低,意味着手机的 Type - C 接口是向上插入;反之,若充电器检测到CC2 引脚被拉低,则表明手机的 Type - C 接口是向下插入。这样可以确定接口插入的方向。
  • USB PD 通信 CC1/CC2 引脚是 USB PD(Power Delivery)协议通信的线路之一,通过该引脚,设备之间可以进行电源相关的信息交互,如协商供电电压、电流等参数,以实现快速充电或其他功率传输功能,实现负载的功能配置。
  1. Type C 接口 SBU1/SBU2 作用
Pin名称功能描述Pin名称功能描述
B8SBU2Side Band Use 1,即辅助使用2
A8SBU1Side Band Use 1,即辅助使用1
SBU1/SBU2 主要用于支持附加功能。
音频信号传输:在模拟音频耳机附件模式下,SBU1 可作为麦克风信号传输通道,将音频信号从设备传输到外部音频设备。在 DP Alt Mode 模式下进行 DP 信号传输时,SBU 引脚可作为音频传输通道,传输音频信号。
视频信号相关:在 DisplayPort 替代模式中,SBU1 和 SBU2 可用于传输 DisplayPort 协议中的辅助信号,如音频信号、热插拔检测信号等,以实现高清视频输出及相关功能的协同工作。
设备连接与配置:SBU1 和 SBU2 在连接 Type - C 设备时参与建立连接,并在设备之间传输信息。例如,SBU1 可发出电压波形,以确定设备的电源和数据协议,SBU2 则用于接收电源和数据协议的信息,使设备能够进行正确的配置。
  1. Type C 接口 SSTX/SSRX 作用
Pin名称功能描述Pin名称功能描述
A2SSTXp1SuperSpeed 差分信号 #1 的发送正端B11SSRXp1 SuperSpeed 差分信号 #1 的接收正端
A3SSTXn1SuperSpeed 差分信号 #1 的发送负端B10SSRXn1 SuperSpeed 差分信号 #1 的接收负端
A10SSRXn2SuperSpeed 差分信号 #2 的发送正端B3SSTXn2 SuperSpeed 差分信号 #2 的接收正端
A11SSRXp2SuperSpeed 差分信号 #2 的发送负端B2SSTXp2 SuperSpeed 差分信号 #2 的接收负端
SSTXp1 是 “SuperSpeed Transmitter Pair 1, Positive” 的缩写,即 “超高速发送器差分信号对 1,正端”。
在数据传输过程中,SSRXp1 和对应的负信号引脚(如 SSRXn1)共同组成差分信号对,它主要用于高速数据传输,在 USB 3.1 及更高版本的协议中发挥着重要作用,负责将设备内部的高速数据以差分信号的形式发送出去,以实现快速的数据传输,比如在连接外部存储设备、显示器或进行大文件传输时,能确保数据的高效、稳定传输。

TYPE-C接口特点#

 Type C 接口实际上为了适应不同的用途,按功能需求进行划分从而拥有多个版本。

  • 24P Type C
    24P
    24P
    全功能 USB3.0/3.1、USB2.0、音视频传输,上述我们说的引脚定义 指的就是 24P 全功能 Type C。
  • 16P/12P Type C
    16P_12P
    16P_12P
    支持 USB2.0,也能支持 PD 快充、音频设备、HDMI 传输、调试模式等功能,但相比 24P 接口,功能的完整性和性能会受到一定限制。 TYPE - C 的 16P 和 12P 在本质上没有太大区别,通常可认为是同一种接口的不同称呼。 16P 一般是接口厂家、封装的正式名称。在单排 16P 的 TYPE - C 母座中,头尾开始的 4 引脚 Pin 针分别是两两相连的,从外观上看好像是 12Pin 针,所以日常生活中习惯称呼为 12P。 16P 和 12P 的 TYPE - C 接口都是在 24P 全功能版本的基础上进行了简化。它们移除USB3.0 的 TX1/2、RX1/2 引脚,保留了 SBU1/2、CC1/2、USB2.0 的 D + 和 D - 引脚。这意味着它们支持基本的充电和 USB2.0 数据传输功能,但不支持 USB3.0/3.1 高速数据传输。
  • 6P Type C
    6P
    6P
    仅支持充电。 6P 接口仅保留了 Vbus(电源总线)、GND(接地)、CC1(配置通道 1)、CC2(配置通道 2)引脚,主要支持大电流充电,不具备数据传输功能。 支持 PD 快充协议:CC1 和 CC2 引脚用于 PD 设备识别,承载 USB - PD 的通信,以向供电端请求电源供给,可输出电压可调,最大传输 5A - 20V 共 100W 的功率。借助 USB - PD 协议,用电端能方便地从供电端取电。

TYPE-C引脚总结#

电源引脚:VBUS与GND VBUS:电源总线引脚,共有两对。用于为设备传输电源,能提供不同的电压等级(如 5V、9V、12V、15V、20V 等),具体取决于所支持的 USB Power Delivery(PD)协议。 GND:接地引脚,同样有两对。 数据传输引脚:USB 2.0 数据引脚与USB 3.1 数据引脚 USB 2.0 数据引脚 D+、D -:这是一对差分信号引脚,用于实现 USB 2.0 协议的数据传输,最高传输速率可达 480Mbps。在一些对数据传输速率要求不高的设备连接中广泛应用,如鼠标、键盘等。 USB 3.1 数据引脚 TX1+、TX1 - 、TX2+、TX2 -:分别为两对发送差分信号引脚,用于高速数据的发送。 RX1+、RX1 - 、RX2+、RX2 -:是两对接收差分信号引脚,用于高速数据的接收。这些引脚共同支持 USB 3.1 Gen 2 协议,最高传输速率可达 10Gbps,满足如移动硬盘、高速闪存等设备的高速数据传输需求。 配置与检测引脚:CC1、CC2与SBU1、SBU2 CC1、CC2:配置通道引脚,主要用于设备的连接检测、正反插识别、功率传输协商以及 USB PD 协议的通信。例如,当设备连接时,通过检测 CC 引脚的电平状态和电阻值,来确定设备的角色(如主机、从机)、支持的功率等级等信息。 SBU1、SBU2:辅助信号引脚,在不同的应用场景下有不同的功能。可用于支持音频、视频等其他功能。 在 Type - C 接口中,D + 和 D - 通常与其他引脚协同工作。

USB转UART芯片介绍#

电路板分析#

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USB(TYPE-C)转串口(TTL)
https://blog.zsphere.top/posts/electronic/project/usbtype-c-zhuan-chuan-kou-ttl/
作者
Lyz
发布于
2026-02-03
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