USB<->シリアル (USB to TTL)

一つは持っておきたい USB<->シリアル (USB to TTL) についてです。

基本的な事

シリアル通信の信号線は以下の通りです。

信号	方向	英語	日本語	備考
DCD	IN	Data Carrier Detect	キャリア検出
TxD	OUT	Transmitted Data	送信データ
RxD	IN	Received Data	受信データ
DTR	OUT	Data Terminal Ready	データ端末レディ	Arduino の自動リセットに使われる。 ESP8266 / ESP32 の自動プログラムに使われる。 ⇔DSR
DSR	IN	Data Set Ready	データセットレディ	⇔DTR
RTS	OUT	Request To Send	送信リクエスト	古い Arduino の自動リセットに使われていた。 ESP8266 / ESP32 の自動プログラムに使われる。 ⇔CTS
CTS	IN	Clear To Send	送信可	⇔RTS
RI	IN	Ring Indicator	被呼表示

誤解を恐れずに言えば、データ端末 (DTE: Data terminal equipment) とはコンピュータの事で、データセット / データ回線終端装置 (DCE: Data circuit-terminating equipment) とはモデムの事です。DTE と DCE で通信する事もありますし、DTE 同士で通信する事もあります。上記の信号方向は DTE 側から見たものとなります。

USB<->シリアル (USB to TTL) は、最低 TxD (送信データ) / RxD (受信データ) / GND の 3 本のピンあるいはコネクタで構成されます。
通信相手とはクロス接続になります。
Arduino Pro / Pro Mini や生の ATMega328P を使う場合、スケッチ書き込み後に自動リセット (Auto Reset) を行うには DTR (データ端末レディ) が必要です。
RTS (送信リクエスト) でも自動リセット可能ですが、正式には DTR を使います。
Arduino UNO / MEGA 2560 の場合、ボード上の RESET-EN をパターンカット (パッドの中央にラインがある) すると自動リセット機能を無効化でき、シリアル通信で DTR を使われてもリセットされなくなります。

切断後、再度自動リセット機能を有効にしたい場合には RESET-EN をハンダブリッジします。ここへスイッチを取り付けてもいいでしょう。
パターンカットしなくても、RESET<->5V 間を 110Ω 抵抗で結線、または RESET<->GND 間を 10μF～22μF のコンデンサで結線すれば自動リセット機能を無効にできます。
ESP8266 / ESP32 で自動プログラム (Auto Program) を行うには DTR (データ端末レディ) と RTS (送信リクエスト) が必要です。

FTDI

FTDI (Future Technology Devices International Ltd.) 社の USB<->シリアルで有名なものは FT232RL があります。

正直、FT232RL 搭載製品を一つ持っていれば何かと潰しが利きます。何故なら、古い Arduino の USB<->シリアル部はこの FT232RL だったからです。

FT232RL ではありませんが、Arduino Pro Mini に直結できるような形状のものもあります。

FT232RL には模造品/海賊版が多いので、秋月電子やスイッチサイエンスから直接購入する事をオススメします。模造品/海賊版はある日いきなり (ドライバが更新されて) 使えなくなる事があります。

See Also:

Prolific

Prolific 社の USB<->シリアルで有名なものは PL2303 シリーズがあります。

こちらも模造品/海賊版が多いです。PL-2303H / HX (Rev A) / HXA / X / XA は Windows 8 以降のドライバが存在しません (恐らく模造品/海賊版対策)。これらのチップの載った製品は Windows 7 用のドライバを無理矢理入れる等の対策をしなくてはなりません。

See Also:

Silicon Labs

Silicon Labs 社の USB<->シリアルで有名なものには CP2102 があります。

CP2102 はNodeMCU ver1.0 や ESP32 Core Board の USB<->シリアル部にも使われています。ただ、FTDI に比べると ESP32 の自動プログラミングがかなり不安定です (Windows ドライバを使った時固有のシリコンバグ？)。

設計ミスにより、3.3V に 4.25V を出力してしまうモジュールが出回っているようなので注意が必要です。この件の解決方法はパターンカットだそうです。

RTS (送信リクエスト) / CTS (送信可) / DTR (データ端末レディ) 等の信号を引き出せるモジュールが増えています。このタイプは FTDI Basic とピン互換なので、Arduino Pro Mini にストレートで結線できます。Ｌ字ピンヘッダではなく、Ｌ字ピンソケットを使えば直結できます。

3.3V 仕様にするには、パターンカット (オレンジ色の線) を行った上で 3V3 をハンダブリッジします。こうする事によって VCC ピンに 3.3V が供給されるようになります。

上下のスルーホールにはピンヘッダが立てられます。RTS が引き出せるので、ESP-WROOM-02 や ESP-WROOM-32 の自動プログラムにも使えます (画像の短いケーブルは自作です)。

See Also:

QinHeng Electronics (WinChipHead)

QinHeng Electronics 社の USB<->シリアルで有名なものには CH340G があります...というか、QinHeng Electronics を知らない人の方が多いのでは？

HiLetgo CH340 モジュール (Amazon) - 6pin の内 3pin は信号レベル切り替え用
EasyWordMall CH340 モジュール (Amazon) - 6pin の内 3pin は信号レベル切り替え用
Diconna CH340 モジュール (Amazon) - 6pin の内 3pin は信号レベル切り替え用
ノーブランド CH340 6P モジュール (Amazon)
ノーブランド CH340 6P モジュール (eBay) - 電圧切り替え付き

よくトラブルがあるようです。USB<->シリアルはともかくとして、CH340 が載っている Arduino 互換機には手を出さない事にしています。チップの足の間隔が広いので、信号を引き出すのは比較的楽かもしれません。

See Also:

Atmel

Atmel 社の USB<->シリアルで有名なものには Atmega16U2 がありますね...知らない？

UNO のココにあるでしょ！ (古い UNO には Atmega8U2 が載っています)

格安 UNO 互換機はこのチップが CH340G に載せかえられたりしているので、上の ICSP2 端子がありません。この端子の有無で ATMega16U2 搭載互換機かどうかを判別する事ができます。

DIP タイプの Atmega328P が載っている UNO なら、それを外せば UNO を USB<->シリアルとして使えますが、Arduino の単体製品としての USB<->シリアルが発売されています。

Arduino USB 2 Serial Micro (arduino.cc)

Arduino Mini 専用の USB<->シリアルのようですね。FTDI Basic のチップを ATMega16U2 にしたような感じです。Pro Mini だと直結できるようですが、純正の Arduino Mini の方がややこしい繋ぎ方をしなくてはならないようです。ATMega16U2 が ICSP を持っているという事は...？

See Also:

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