内容介绍

一、任务介绍

1. 设计一款USB转UART的适配器
2. 采用USB Type-C连接器，支持USB2.0数据传输
3. 板卡尺寸：小于35mmx18mm
4. 包含信号：UART信号线、+5V、+3.3V、GND
5. 主要器件：需在DigiKey官网上有货且正常售卖模块介绍

二、任务设计

根据任务要求本次我选用的是cp2102n芯片进行设计
CP2102N 是 Silicon Labs 公司推出的一款高性能 USB 转 UART 桥接芯片。以下是详细介绍：
功能特点：
1. 高度集成：内置 USB 2.0 全速功能控制器、USB 收发器、振荡器和通用异步接收器 / 发射器（UART），无需额外外部 USB 元件，减少 PCB 上的组件数量。
2. 无需复杂开发：无需开发复杂固件，利用基于 GUI 的简单配置器可完成各种定制化设置，还为 Windows、Linux 等多种操作系统提供了免费的免版税虚拟串口驱动程序。
3. 高速数据传输：兼容 USB 2.0 全速标准，支持最高 12Mbps 的数据传输速率，实际应用中数据传输率最高可达 3Mbps。
4. 电池充电检测：符合 USB BC 1.2 规范，通过 CHREN、CHR0 和 CHR1 三个专用引脚，能够智能识别 USB 端口类型，优化充电效率。
5. 远程唤醒：具备远程唤醒功能，可唤醒挂起的主机，增强设备实用性。
6. 低功耗：工作电流仅为 9.5mA，有助于延长设备的电池寿命，空闲状态下还能自动进入低功耗模式。
cp2102n芯片DigiKey链接：CP2102N-A02-GQFN24 Silicon Labs | 集成电路（IC） | DigiKey

三、原理图介绍

CP2102N 核心电路（U1）
串口输出模块（J1：串口座）
指示灯模块
其他细节
1. USB 接口模块（J2：USB 连接器）
- 功能：连接外部 USB 主机（如电脑），传输电源与数据。
- 引脚：
- - VBUS（+5V 供电）、GND（地）：从 USB 取电（+5V），为电路供电；
  - D-、D+：USB 差分数据信号，与 CP2102N 的 D-、D+ 引脚直连，传输 USB 协议数据。
- 防护：无额外防雷 / 防浪涌设计，适合常规 USB 连接场景。
- +5V 供电：从 USB VBUS 取电（+5V），经电容（C2、C4）滤波后，为 CP2102N 及部分电路供电。
- - C2（100μF）、C4（2.2μF）：滤波电容，前者滤除低频纹波，后者滤除高频噪声，稳定 +5V 电压。
- +3.3V 转换：图中未明确 +3.3V 来源（实际可能由外部 LDO 或 CP2102N 内部稳压生成），为 J1 串口座、部分电路提供 3.3V 电源。
- - C1（2.2μF）：为 +3.3V 滤波，保障电压稳定。
- 芯片功能：USB 转 UART 桥接，内置 USB 协议解析、UART 收发逻辑，自动转换 USB 与串口数据。
- 关键引脚连接：
- - TX、RX：UART 收发引脚，与 J1 串口座的 TX、RX 直连，向外部串口设备发送（TX）、接收（RX）数据。
  - RTS、CTS：串口流控引脚（可选功能，部分场景可不接），用于控制数据收发节奏，保障大数据量传输不丢包。
  - RESET（RST）：复位引脚，经 R1（4.7kΩ） 上拉到 +5V，默认保持高电平（正常工作）；低电平触发芯片复位。
  - SUSPEND：低功耗控制（可选），图中未外接电路，默认不启用低功耗模式。
- 功能：连接外部串口设备（如单片机、传感器），引脚定义兼容标准串口：
- - +3.3V、+5V、GND：为外部设备提供电源选项（按需选择 3.3V/5V 供电）；
  - TX、RX：UART 数据收发，与 CP2102N 直连；
  - RTS、CTS：串口流控，可选启用（需设备支持）。
- D1（LED）：与 R2（10K） 串联，接 CP2102N 的 GPIO 或状态引脚（图中未明确控制逻辑），可能用于指示 USB 连接、数据传输状态（亮 / 灭或闪烁表示工作状态）。
- LED_2、LED_3：与 R3、R4（10K） 串联，接 +5V 与 GND，属于 “常亮指示” 设计（可能用于电源通电状态：通电即亮，提示电路供电正常）。
- 滤波电容：C1、C2、C4 均为滤波设计，减少电源纹波，保障芯片稳定工作。
- 电阻作用：
- - R1（4.7kΩ）：上拉复位引脚，保障芯片默认处于工作状态；
  - R2、R3、R4（10K）：限流电阻，防止 LED 过流损坏。