Arduino —

USB-Seri Dönüştürücü Çip: CH340

Elektronik ve bilişim dünyasında, cihazlar arasındaki iletişimi sağlamak için çeşitli protokoller ve arayüzler kullanılır. USB (Universal Serial Bus), bu protokoller arasında en yaygın olanlardan biridir ve modern bilgisayarların vazgeçilmez bir parçasıdır. Ancak, mikrodenetleyiciler ve diğer gömülü sistemler genellikle UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), RS232 veya RS485 gibi seri iletişim protokollerini kullanır. Bu noktada, USB ve seri protokoller arasında köprü kuran dönüştürücü çipler devreye girer.

Ucuz ve İşlevsel: CH340 Çipi

USB ve Seri Protokoller Arasında Ekonomik Köprü Sağlayan Çok Yönlü Çözüm

CH340 çipleri klon Arduinolardan ESP32lere 3D yazıcılara birçok uygulamada karşımıza çıkan bir entegre devredir. Klon Arduinolarda ATmega16u2 yerine kullanıldığını sıkça görmek mümkündür. Güncel fiyat karşılaştırması yaptığımızda CH340C cipinin 0.5 $ orijinal Arduinolarda kullanılan ATmega16u2 çipinin ise 5 $ olduğunu düşündüğümüzde elbette bu anlaşılabilir bir tercihtir.

CH340 yerine elbette kullanılabilecek alternatifler arasında FTDI FT232RL, CP2102, ve PL2303 vardır. FT232RL, daha pahalı olmasına rağmen güvenilirlik ve sürücü desteği konusunda avantajlıdır. CP2102 ise benzer şekilde güçlü sürücü desteği sunarken, fiyatı biraz daha uygundur. PL2303, daha ucuz olmasına rağmen bazı eski işletim sistemleriyle uyumsuzluk sorunu yaşayabilir. CH340, maliyet açısından avantajlıdır ancak bu alternatifler, daha kararlı performans ve geniş işletim sistemi desteği sunar.

3D yazıcı anakartındaki CH340G çipi ve sağ altında kristal osilatörü.

CH340, Çin merkezli Nanjing QinHeng Electronics (WCH) firması tarafından üretilen bir USB-Seri dönüştürücü çipidir. Temel amacı, bilgisayarın USB portu ile seri iletişim protokollerini kullanan cihazlar arasında veri alışverişini sağlamaktır. Bu sayede, mikrodenetleyiciler, sensörler, modüller ve diğer seri cihazlarla bilgisayar arasında kolay ve hızlı bir iletişim kurmak mümkün hale gelir. Öncelikle elbette datasheet incelemek mantıklı olacaktır.

Genel olarak incelediğimizde; CH340 serisi, tam hızda USB cihaz arayüzü sunan ve USB 2.0 uyumlu bir yonga ailesidir. Standart UART arayüzünü emüle ederek, orijinal seri cihazları yükseltmek veya USB üzerinden ek UART bağlantıları sağlamak için kullanılır. Bu yonga, Windows işletim sistemlerinde herhangi bir değişiklik gerektirmeden uyumlu çalışır ve donanım tam çift yönlü UART arayüzü sunar, 50bps ile 2Mbps arasında iletişim hızlarını destekler. Ayrıca yaygın MODEM arayüz sinyallerini (RTS, DTR, DCD, RI, DSR, CTS) ve harici voltaj dönüştürme çipleri ile RS232, RS485 ve RS422 gibi diğer arayüzleri destekler. CH340R modeli, IrDA SIR kızılötesi iletişimi desteklerken, CH340 ailesi dahili firmware ile CH341 yongasıyla uyumlu çalışır ve aynı sürücüyü kullanır. Bu yongalar 5V ve 3.3V güç kaynağı voltajlarını destekler ve bazı modeller entegre saat devresi ve EEPROM ile ek işlevsellik sunar. RoHS uyumlu olan bu yongalar, çeşitli paketleme seçenekleriyle gelir ve çevre dostu bir yapıdadır.

Windows 11'de sürücü gerektirmediğine dair söylentiler olsa da sürücü kurulumu basit bir şekilde gerçekleştirilebilir, ayrıca macOS gibi platformlar için de aynı şekilde sürücü kurulumu basittir.

Model Tipi Açıklama
CH340G USB-UART Dönüştürücü Yaygın olarak kullanılan versiyon. 12 MHz harici kristal gerektirir ve düşük maliyetlidir. Genellikle Arduino kartlarında seri iletişim için kullanılır. 3.3V ve 5V seviyelerini destekler.
CH340C USB-UART Dönüştürücü CH340G'ye benzer, ancak dahili bir kristal osilatör içerir, bu yüzden harici kristal gerektirmez. Daha az harici bileşen gerektirdiği için daha kompakt devrelerde tercih edilir.
CH340N USB-UART Dönüştürücü Dahili osilatör içerir, harici kristal gerektirmez. CH340C'den farklı olarak daha küçük boyutludur ve daha az pin kullanır. Yer tasarrufu gereken uygulamalar için uygundur.
CH340R USB-RS232 Dönüştürücü RS232 protokolünü destekler ve RS232 seviyelerinde seri iletişim için kullanılır. Entegre bir RS232 sürücüsü içerir ve 12 MHz harici kristal osilatör gerektirir. Genellikle endüstriyel uygulamalarda tercih edilir.
CH340T USB-UART Dönüştürücü 12 MHz harici kristal osilatör gerektirir ve UART seviyelerinde çalışır. RS232 seviyelerini desteklemez, bu nedenle RS232 uygulamaları için uygun değildir.
CH340E USB-UART Dönüştürücü Daha az pinli minimalist bir versiyon. Dahili osilatör içerir, harici kristal gerektirmez. Küçük boyutlu, düşük maliyetli cihazlarda kullanılır. Özellikle alan sınırlaması olan projelerde kullanılır.
CH340B USB-UART Dönüştürücü Diğer CH340 modellerine ek olarak bir EEPROM arayüzü içerir. EEPROM sayesinde cihaz konfigürasyonu ve üretici bilgisi gibi veriler saklanabilir. Daha gelişmiş uygulamalar için uygundur.
CH340K USB-UART Dönüştürücü Kompakt yapısıyla yer tasarrufu sağlar. Harici bileşen gereksinimi oldukça düşüktür ve direkt olarak USB bağlantısı sağlayabilir. Özellikle küçük form faktörlü cihazlarda kullanılır.
CH340S USB-UART dönüştürücü CH340G'ye benzer şekilde çalışır ancak farklı bir paketleme ve pin yapısına sahiptir. Harici kristal osilatör gerektirir. Kompakt tasarımlarda UART seri iletişim için kullanılır.
CH341A USB-Paralel Port Dönüştürücü CH341A, sadece USB-Paralel Port dönüştürücü değil, aynı zamanda USB'den UART, SPI ve I²C gibi protokollere de dönüştürme yapabilen çok yönlü bir entegredir. Genellikle EEPROM ve flash bellek programlayıcılarında kullanılır. Paralel port cihazlarıyla uyumluluğunun yanı sıra seri protokolleri de destekler.

CH340C, CH340N, CH340K, CH340E, CH340X ve CH340B dahili saat devresine sahip oldukları için harici kristale ihtiyaç duymaz.

Buna ek olarak CH340C, CH340E ve CH340B modellerinin çalışma sıcaklık aralığı -20°C ile 70°C arasında iken; CH340G, CH340T ve CH340R modelleri -40°C ile 80°C arasında çalışabilir.

En yaygın olarak kullanılan çiplere baktığımızda CH340G ve CH340C entegreleri büyük oranda benzerlik gösterse de CH340C olan modelin dahili kristal içermesi sayesinde mikrodenetleyici ile kurulacak devre giderek basitleşmektedir. 2 adet 100nF kapasitör dışında 2 adet dirençle bu devre kolayca kurulabilmektedir. Referans tasarımda bu yöndedir.

CH340 çipi, USB HID (Human Interface Device) işlevselliği sağlamaz. CH340, USB'den seri dönüştürücü olarak tasarlanmıştır ve genellikle seri iletişim için kullanılır. USB HID, fareler, klavyeler ve oyun denetleyicileri gibi cihazlar için özel bir protokoldür. Eğer USB HID desteği olan bir çipe ihtiyacınız varsa, FTDI'nin FT232 veya ATmega32U4 gibi mikrodenetleyiciler USB HID işlevselliği sunabilir. Bu tür çipler, USB HID protokolüne uygun olarak doğrudan iletişim kurmanıza olanak tanır.

💡
TX ve RX pinlerinin çapraz bağlanması gerektiğini unutmayın!

Seri iletişimde kullanılan TX (Transmit) ve RX (Receive) pinleri, veri alışverişini sağlamak için kritik rol oynar. TX pini, cihazdan çıkan veriyi iletirken, RX pini dışarıdan gelen veriyi alır. Bu pinler, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) protokolü gibi seri iletişim yöntemlerinde yaygın olarak kullanılır. UART protokolü, veri iletiminde senkronizasyon gerektirmediği için genellikle iki cihaz arasındaki temel seri iletişimde tercih edilir. İki cihazı birbirine bağlarken, bir cihazın TX pini diğer cihazın RX pinine bağlanmalıdır (TX ve RX bağlantısı çapraz olmalıdır), aksi takdirde veri iletişimi sağlanamaz. UART iletişimi tam çift yönlüdür; bu, hem veri gönderip hem de aynı anda veri alabilmenizi sağlar. Seri haberleşme sırasında TX ve RX pinlerinin doğru bağlantısı ve doğru baud rate (iletişim hızı) ayarlarının yapılması gerekmektedir. Bu iki bileşen arasındaki uyumsuzluk, veri kaybına veya hatalı iletime yol açabilir.

Son olarak, CH340’ın seri iletişim sinyallerini LED göstergelerle görselleştirmek mümkündür. USB portu üzerinden veri iletimi sırasında, TX ve RX pinlerine bağlayacağınız LED'lerle veri trafiğini gözlemlemek mümkün. Bu sayede programlama sırasında hem görselleştirmek hem de debug açısından faydalı olabilir.