串口芯片橫評(píng)：CH340、CP2102、FT232選型指南)
調(diào)單片機(jī)、玩嵌入式、做IoT設(shè)備的人十有八九都被“USB轉(zhuǎn)串口”這件事折磨過。早年間我們用的是臺(tái)式機(jī)后面的DB9串口現(xiàn)在筆記本上連個(gè)串口都沒有想和開發(fā)板通信只能靠一根USB轉(zhuǎn)TTL的線。而這根線里面最重要的那顆芯片基本就是CH340、CP2102、FT232三選一。很多人買模塊時(shí)只看價(jià)格到手后才發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝不上、波特率上不去、甚至插上就燒問題一大堆。這篇文章就把這三顆芯片放在一起橫評(píng)從原理、參數(shù)、驅(qū)動(dòng)、實(shí)測到常見坑一次性講清楚怎么選適合正在做開發(fā)板聯(lián)調(diào)、DIY電子制作、設(shè)備維修和工業(yè)通信的讀者參考。1. 三顆芯片的身世、定位和價(jià)格差異1.1 三顆芯片各自的身世CH340是南京沁恒WCH的產(chǎn)品國產(chǎn)芯片里占有率極高淘寶上幾塊錢一根的USB轉(zhuǎn)TTL線基本都是它。這顆芯片最初主打“低成本、夠用”后來沁恒不斷迭代從CH340G、CH340C到CH343系列功能和穩(wěn)定性都在提升。CH340的驅(qū)動(dòng)是公開的Windows、macOS、Linux都有而且官方更新還算勤快這一點(diǎn)對(duì)國內(nèi)用戶非常友好。CP2102來自Silicon Labs芯科后來歸到Cypress再后來被Infineon收購但產(chǎn)品線還在。CP2102是經(jīng)典款內(nèi)部帶時(shí)鐘和EEPROM外圍電路極簡只需要幾個(gè)電容就能工作。很多工業(yè)級(jí)USB轉(zhuǎn)串口模塊、開發(fā)板比如早期的NodeMCU、某些FPGA下載器都用它。它的驅(qū)動(dòng)也成熟但官方驅(qū)動(dòng)更新頻率一般好在系統(tǒng)自帶的驅(qū)動(dòng)基本能覆蓋。FT232是FTDIFuture Technology Devices International的產(chǎn)品屬于這個(gè)領(lǐng)域里的“貴族”。FTDI是老牌廠商早期USB轉(zhuǎn)串口幾乎就是它的代名詞。FT232R、FT232H、FT2232H這些型號(hào)在專業(yè)設(shè)備、儀器儀表、工控領(lǐng)域非常常見。價(jià)格比前兩個(gè)貴一個(gè)數(shù)量級(jí)但勝在驅(qū)動(dòng)極其穩(wěn)定、兼容性極強(qiáng)還提供強(qiáng)大的D2XX直驅(qū)模式可以做USB轉(zhuǎn)SPI、I2C、JTAG等擴(kuò)展功能。1.2 參數(shù)對(duì)比一張表看懂差異這張表我直接給出常用型號(hào)的典型參數(shù)注意不同封裝的CH340有差異表中以CH340G為參考CP2102和FT232R同理項(xiàng)目CH340GCP2102FT232R廠商南京沁恒 WCHSilicon Labs/InfineonFTDI接口USB 2.0 Full SpeedUSB 2.0 Full SpeedUSB 2.0 Full Speed最高波特率2MbpsCH340G實(shí)測常見1Mbps起部分批次更高2Mbps實(shí)測可到1Mbps穩(wěn)定3Mbps標(biāo)稱實(shí)際穩(wěn)定2Mbps內(nèi)置晶振否需要外接12MHz晶振CH340C內(nèi)置是是內(nèi)置EEPROM部分型號(hào)有可定制VID/PID有128字節(jié)可配置有1024字節(jié)可配置工作電壓3.3V/5VVCC腳選擇3.0V~3.6VVIO可接5V配合電平轉(zhuǎn)換3.3V/5V內(nèi)置LDO但極限不高驅(qū)動(dòng)復(fù)雜度簡單官方驅(qū)動(dòng)簡單系統(tǒng)自帶比較復(fù)雜但有官方驅(qū)動(dòng)典型市場價(jià)格1~3元3~8元15~30元抗干擾能力一般較好很好工業(yè)級(jí)溫度范圍有工業(yè)級(jí)版本CH340G一般商用級(jí)CH340E有工業(yè)級(jí)有工業(yè)級(jí)型號(hào)有工業(yè)級(jí)型號(hào)可能有人會(huì)問CH340G不是需要外接晶振嗎現(xiàn)在淘寶上那種藍(lán)色/黑色小模塊板子上焊了一顆12MHz晶振所以成品模塊你不需要管。如果你自己畫板注意CH340G要在XI、XO引腳接12MHz晶體不然芯片不工作。而CH340C、CH340E、CH340B這些型號(hào)內(nèi)置晶振畫板更省事。CP2102和FT232R都是內(nèi)置晶振這也是它們外圍簡潔的原因。1.3 價(jià)格差距背后的原因價(jià)格差異是最直觀的。CH340之所以便宜一是國產(chǎn)芯片成本控制強(qiáng)二是沁恒用大量出貨攤薄了研發(fā)成本三是這顆芯片面向消費(fèi)級(jí)市場對(duì)電磁兼容性、ESD防護(hù)的要求沒有工業(yè)級(jí)那么苛刻。CP2102和FT232貴除了品牌溢價(jià)還因?yàn)樗鼈冊(cè)陔娐繁Ｗo(hù)、固件穩(wěn)定性、驅(qū)動(dòng)兼容性上做了更多工作。FT232尤其明顯它的接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)做了專門的異步FIFO調(diào)度在連續(xù)大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不容易丟數(shù)據(jù)加上驅(qū)動(dòng)里有很多可配置參數(shù)所以專業(yè)設(shè)備愿意為這個(gè)穩(wěn)定性和可靠性買單。但貴不等于適合你。我做過的幾個(gè)項(xiàng)目里有的產(chǎn)品量產(chǎn)直接用CH340因?yàn)槌杀灸軌旱綆酌X通信速率和穩(wěn)定性都能滿足要求。而涉及醫(yī)療設(shè)備、電力采集終端哪怕多花20塊也要用FT232因?yàn)榭蛻魧?duì)長時(shí)間連續(xù)通信不丟數(shù)據(jù)有硬性要求。選芯片從來不是單看參數(shù)表而是看你的系統(tǒng)瓶頸在哪里。2. 選型前先搞清楚需求不同場景怎么選2.1 學(xué)習(xí)調(diào)試、固件下載CH340完全夠用如果你是學(xué)生、愛好者主要用來給Arduino、STM32下載程序或者用串口助手看打印日志那么CH340就是性價(jià)比之王。下載程序一般是短時(shí)間爆發(fā)傳輸幾K字節(jié)到幾M字節(jié)的量波特率115200已經(jīng)很快CH340完全能勝任。而且市面上的開發(fā)板比如很多國產(chǎn)STM32板子直接板載CH340不用另外接線插上USB線就能識(shí)別對(duì)新手極其友好。我自己最早入坑時(shí)用的就是CH340模塊在Windows下裝一次驅(qū)動(dòng)后換了三臺(tái)電腦都沒出過問題。CH340的驅(qū)動(dòng)有數(shù)字簽名Win10/Win11正常能裝上如果提示“無法驗(yàn)證發(fā)布者”一般是下載到了山寨驅(qū)動(dòng)或者非最新版到官網(wǎng)重新下載即可。另外注意CH340在不同系統(tǒng)下的表現(xiàn)Windows最順Linux內(nèi)核4.0以上直接內(nèi)置ch341.ko驅(qū)動(dòng)對(duì)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)模塊名是ch341所以dmesg里看到的是ch341別慌張macOS需要單獨(dú)安裝驅(qū)動(dòng)但Apple Silicon的Mac也能用官方arm64驅(qū)動(dòng)。2.2 高波特率、工業(yè)環(huán)境、設(shè)備通信CP2102和FT232的場合如果你的應(yīng)用不止是下載程序而是需要設(shè)備與設(shè)備之間長年累月通信比如寫了個(gè)上位機(jī)通過串口讀PLC數(shù)據(jù)或者做一個(gè)數(shù)據(jù)采集終端每秒都在收發(fā)數(shù)據(jù)那么建議至少選CP2102。為什么CH340在連續(xù)重負(fù)載傳輸時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)短時(shí)失敗我遇到過用CH340以921600波特率刷寫ESP32固件跑到一半報(bào)錯(cuò)的情況換CP2102后就一次過。這不一定全是芯片的問題也可能是模塊設(shè)計(jì)、USB線質(zhì)量、電磁干擾但CP2102的抗干擾能力和驅(qū)動(dòng)力確實(shí)更強(qiáng)。FT232更適合哪些人一是搞FPGA下載調(diào)試的人因?yàn)閂ivado、Quartus對(duì)FTDI芯片的USB-Blaster、Platform Cable驅(qū)動(dòng)支持最好二是做專業(yè)儀器二次開發(fā)的人FTDI的D2XX庫可以繞過系統(tǒng)串口抽象層直接與芯片通信獲得更低延遲和更大吞吐這在工業(yè)視覺、自動(dòng)化測試領(lǐng)域很重要三是對(duì)抗干擾有硬性要求的場合FT232的ESD等級(jí)和差分信號(hào)完整性比前兩者高一個(gè)級(jí)別。2.3 進(jìn)階USB轉(zhuǎn)多路串口、RS485/RS232電平選型時(shí)不光要看芯片本身還要看你最終需要的物理層信號(hào)。USB轉(zhuǎn)串口芯片出來的是TTL電平3.3V/5V如果你要接RS485總線或RS232接口必須外接電平轉(zhuǎn)換芯片。比如RS232要用MAX232或SP3232RS485要用MAX485或SP3485這跟選哪顆USB轉(zhuǎn)串口芯片沒有直接關(guān)系但市面上很多工業(yè)模塊把FT232 MAX232 DB9做在一起稱為“USB轉(zhuǎn)RS232串口線”這種線價(jià)格貴因?yàn)槔锩嬗袃杉?jí)轉(zhuǎn)換。CH340也有專門集成RS485方向控制的版本比如CH340系列手冊(cè)里提到可以在芯片內(nèi)部自動(dòng)控制RS485收發(fā)方向省掉一個(gè)IO口控制。CP2102和FT232則沒有這個(gè)功能需要由固件或外部電路控制DE/RE腳。所以如果你的項(xiàng)目是RS485總線采集可以優(yōu)先考慮用CH340自帶的485方向自動(dòng)切換特性能減少M(fèi)CU代碼負(fù)擔(dān)。不過要注意這種自動(dòng)控制只適合半雙工通信全雙工場景就別想了。3. 驅(qū)動(dòng)、兼容性和系統(tǒng)適配最容易踩的坑3.1 驅(qū)動(dòng)安裝CH340的“即插即用”和其他CH340的驅(qū)動(dòng)坑多數(shù)不是因?yàn)樾酒旧矶怯脩粝螺d到了第三方改版驅(qū)動(dòng)或者舊驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致藍(lán)屏或無法識(shí)別。正確做法是到沁恒官網(wǎng)的“下載中心”下載最新的CH341SER驅(qū)動(dòng)CH340和CH341通用解壓后運(yùn)行SETUP.EXEWin10/Win11一般幾秒搞定。裝上后設(shè)備管理器里會(huì)出現(xiàn)“USB-SERIAL CH340”和對(duì)應(yīng)COM口如果沒有COM口但出現(xiàn)了“USB設(shè)備”感嘆號(hào)多半是驅(qū)動(dòng)簽名問題或芯片損壞。CP2102在Windows下的驅(qū)動(dòng)是Silicon Labs的CP210x VCP驅(qū)動(dòng)新版系統(tǒng)Win10 1709以上通常自帶插上就能識(shí)別為“Silicon Labs CP210x USB to UART Bridge”。如果識(shí)別成COM口但屬性里寫著“設(shè)備無法啟動(dòng)”可以到Silicon Labs官網(wǎng)下載新版驅(qū)動(dòng)手動(dòng)更新。FT232則要裝FTDI的VCP驅(qū)動(dòng)Win10也自帶但如果你買的是帶EEPROM配置的模塊VID/PID可能被改過系統(tǒng)默認(rèn)驅(qū)動(dòng)不識(shí)別需要安裝FTDI提供的定制INF或者使用FT_PROG工具重新配置。3.2 系統(tǒng)克隆與驅(qū)動(dòng)簽名一個(gè)容易被忽略的細(xì)節(jié)很多人做嵌入式開發(fā)時(shí)會(huì)用VMware虛擬機(jī)在宿主機(jī)和虛擬機(jī)之間切換USB設(shè)備這時(shí)CH340和CP2102通常都能直接穿透但FT232在某些VMware版本下需要安裝VMware Tools里的usb arbitrate否則會(huì)提示“設(shè)備已連接到其他會(huì)話”。另外Windows的驅(qū)動(dòng)簽名機(jī)制對(duì)CH340這類后來者更嚴(yán)格Win10以上必須安裝簽名驅(qū)動(dòng)否則要重啟進(jìn)入“禁用驅(qū)動(dòng)程序強(qiáng)制簽名”模式。FT232和CP2102因?yàn)槲④沇HQL認(rèn)證做得早一般系統(tǒng)自帶驅(qū)動(dòng)已經(jīng)簽名問題反而不大。還有一點(diǎn)容易被忽略在Linux下CH340對(duì)應(yīng)的內(nèi)核模塊是ch341而CP2102是cp210xFT232是ftdi_sio。有些精簡版Linux內(nèi)核可能沒編譯這些模塊你就需要modprobe或手動(dòng)加載。在Ubuntu/Debian上如果插上CP2102沒有反應(yīng)先執(zhí)行dmesg | tail看到“usb 1-1: Product: CP2102 USB to UART Bridge Controller”就說明硬件OK只是沒加載cp210x模塊執(zhí)行modprobe ftdi_sio和modprobe cp210x即可cp210x在較新內(nèi)核會(huì)自動(dòng)加載。樹莓派上使用CH340如果dmesg里報(bào)“ch341-uart ttyUSB0: failed to set_termios”說明你用的波特率不在常規(guī)范圍內(nèi)需要加自定義波特率參數(shù)這個(gè)問題在很多老版本內(nèi)核中存在。3.3 VID/PID、假芯片的識(shí)別三顆芯片都有官方默認(rèn)VID/PID。CH340的默認(rèn)VID是0x1A86PID是0x7523。CP2102的VID是0x10C4PID是0xEA60。FT232R的VID是0x0403PID是0x6001。如果買到的模塊在設(shè)備管理器里顯示的VID/PID不是這些對(duì)應(yīng)值就有可能是兼容芯片甚至是其他芯片偽裝。業(yè)界有個(gè)詞叫“CH340的兼容驅(qū)動(dòng)”其實(shí)是指沁恒官方驅(qū)動(dòng)可以覆蓋那些山寨版CH340因?yàn)樯秸酒矎?fù)刻了VID/PID。而CP2102的假貨問題更嚴(yán)重市面上很多“CP2102”其實(shí)是國產(chǎn)CJMCU等兼容方案也能用官網(wǎng)驅(qū)動(dòng)但穩(wěn)定性、抗干擾和長期工作可靠性有差異。FT232是最離譜的因?yàn)镕TDI曾經(jīng)在驅(qū)動(dòng)里加入“非正品芯片”檢測如果檢測到假FT232R會(huì)把它識(shí)別成“USB Serial Enhancer”并禁用設(shè)備。這個(gè)事件當(dāng)年鬧得很大但側(cè)面說明FT232假貨有多泛濫。建議需要穩(wěn)定項(xiàng)目的人從正規(guī)代理商或者官方渠道買FT232不要貪便宜。4. 實(shí)測橫評(píng)信號(hào)質(zhì)量、波特率、穩(wěn)定性4.1 測試環(huán)境和測試方法為了公平對(duì)比我用了三種典型模塊淘寶買的CH340G最小模塊、官方評(píng)估板風(fēng)格的CP2102模塊、拆機(jī)的FT232R模塊都用USB線接到同一臺(tái)Win11電腦目標(biāo)設(shè)備是一塊STM32F103板子通過串口1回環(huán)測試。測試工具包括串口調(diào)試助手XCOM測基本收發(fā)自寫Python腳本統(tǒng)計(jì)發(fā)送多少數(shù)據(jù)、接收多少數(shù)據(jù)、是否有錯(cuò)誤幀屏蔽房里的電快速瞬變脈沖群干擾試驗(yàn)EFT測試用靜電放電槍給USB線附近打接觸放電觀察通信是否中斷空調(diào)/電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓跌落場景用可調(diào)電源模擬。說實(shí)話這種非標(biāo)的測試無法和正規(guī)實(shí)驗(yàn)室比但能反映日常使用中的相對(duì)差異。測試結(jié)果對(duì)選擇很有參考。基本功能都OK都能在115200下穩(wěn)定跑。關(guān)鍵差異在于兩點(diǎn)識(shí)別速度和大流量傳輸穩(wěn)定性。4.2 上電識(shí)別速度與持續(xù)傳輸穩(wěn)定性上電到系統(tǒng)枚舉出COM口的時(shí)間CH340G大概需要400毫秒到1秒CP2102大概200到400毫秒FT232R大概150到300毫秒。這個(gè)差異在普通使用中感覺不明顯但在設(shè)備快速重連比如反復(fù)插拔USB線、切換USB HUB時(shí)有差距。FT232和CP2102在USB Host枚舉時(shí)握手更快連續(xù)插拔20次沒有一次識(shí)別失敗CH340G在快速插拔中偶發(fā)一次識(shí)別為未知設(shè)備需要拔掉重插這大概率是模塊上沒有加什么濾波電路的原因。買CH340模塊建議選那些板上有USBLC6-2SC6或類似ESD保護(hù)元件的能減少靜電導(dǎo)致的枚舉失敗。持續(xù)傳輸穩(wěn)定性測試用921600波特率每包512字節(jié)連續(xù)發(fā)送5分鐘。結(jié)果是FT232最穩(wěn)丟包率0%錯(cuò)誤幀0CP2102次之丟包率0%但有一次接收緩沖區(qū)溢出警告CH340G丟包率大概0.01%出現(xiàn)過兩次幀校驗(yàn)錯(cuò)。實(shí)際項(xiàng)目里這種差異可以用流控機(jī)制彌補(bǔ)。但如果你是裸機(jī)程序、沒有任何流控或者上位機(jī)不是實(shí)時(shí)讀串口CH340就有可能在長時(shí)間傳輸中讓你排查很久。后來我用1024字節(jié)大包測試CH340G在重負(fù)載下偶爾會(huì)有“發(fā)送未應(yīng)答”的情況FT232幾乎是紋絲不動(dòng)。這里要強(qiáng)調(diào)測試結(jié)果和模塊質(zhì)量關(guān)系很大好的CH340模塊帶退耦電容、磁珠隔離、雙ESD保護(hù)和高仿劣質(zhì)CP2102之間的差距可能比CH340和FT232的典型差距還大。4.3 波特率極限與自定義波特率支持官方標(biāo)稱三顆芯片都能到Mbps級(jí)別但實(shí)際能否跑通取決于系統(tǒng)和芯片封裝。在STM32上測試CH340G在2Mbps時(shí)我已經(jīng)看到位錯(cuò)誤只適合短距離USB線后直接接板子線纜短且對(duì)時(shí)序不敏感的場景。CP2102在1.5Mbps時(shí)比較穩(wěn)2Mbps時(shí)還可以但有些兼容問題比如某些上位機(jī)串口API把波特率設(shè)置成2M時(shí)底層會(huì)拋參數(shù)錯(cuò)誤。FT232在3Mbps可以穩(wěn)定通信它的芯片內(nèi)置的波特率發(fā)生器精度更高誤差小于1%而CH340在2Mbps時(shí)的波特率誤差可能達(dá)到2%到3%。如果兩個(gè)設(shè)備之間的時(shí)鐘源本來就有誤差這種誤差疊加很容易導(dǎo)致偶爾丟一個(gè)字節(jié)。另外很多玩路由器、玩ESP32的人會(huì)有“自定義波特率”需求比如傳給串口一個(gè)像614400這樣的非整數(shù)值。CP2102和FT232可以通過固件配置支持任意波特率基于整數(shù)分頻器設(shè)計(jì)而CH340的波特率設(shè)置是一個(gè)固定的分頻表雖然也支持很多值但遇到特殊波特率可能自動(dòng)取近似值。我發(fā)現(xiàn)用CH340給某些老式工業(yè)儀表下載程序時(shí)要求設(shè)置成19200 x 2 38400一般沒問題但如果儀表要求的是38405之類的冷門值CH340會(huì)舍入到38400依然正常而有些更挑剔的PLC模塊波特率偏差要求小于0.5%最好選CP2102或FT232。4.4 電源接反會(huì)不會(huì)燒這個(gè)熱詞必須專門說“CH340電源接反會(huì)燒嗎”這個(gè)問題我在網(wǎng)上看到很多人問確實(shí)有人接反以后芯片冒煙了。先說結(jié)論任何USB轉(zhuǎn)串口芯片電源接反都有燒毀風(fēng)險(xiǎn)CH340沒有內(nèi)置反接保護(hù)CP2102和FT232同樣沒有但模塊設(shè)計(jì)可能不同。絕大多數(shù)模塊對(duì)外引腳是VCC、GND、TXD、RXD有些人把VCC和GND接反瞬間就形成一個(gè)從VCC到GND的低阻通路如果模塊上有限流電阻或TVS二極管可能擋一下沒有就直接過熱損壞。我在焊接時(shí)也翻過車一塊CH340板子的VCC和GND被杜邦線插反了芯片微微發(fā)燙電腦識(shí)別不到。后來拆下來單獨(dú)給芯片供電發(fā)現(xiàn)雖然沒冒煙但已經(jīng)損壞說明反向電壓對(duì)內(nèi)部電路是致命的。避免的方法很簡單模塊接線前先用萬用表蜂鳴檔確認(rèn)一下考慮供電的兩根線養(yǎng)成“先GND后VCC”的接線習(xí)慣并且在電路設(shè)計(jì)時(shí)給VCC串聯(lián)一個(gè)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲或者在板上并一個(gè)SS34肖特基二極管做反接保護(hù)。有些工業(yè)級(jí)模塊會(huì)在VCC和GND之間加一個(gè)防反接MOS管電路所以它抗造但那不是芯片本身的功能是外圍電路保護(hù)的功勞。如果你在產(chǎn)品里要防反接可以在電源輸入端加上一顆PMOS或二極管不要指望芯片自己扛。5. 常見問題速查與排查技巧5.1 設(shè)備管理器里沒反應(yīng)、黃感嘆號(hào)、代碼10出現(xiàn)這種情況先做幾個(gè)常規(guī)動(dòng)作換一根USB線換一個(gè)USB口最好用電腦后置USB口而不是HUB然后查看設(shè)備管理器中的“端口COM和LPT”如果有一個(gè)帶黃色感嘆號(hào)的“USB-SERIAL CH340”或“USB Serial Converter”右鍵更新驅(qū)動(dòng)手動(dòng)指向驅(qū)動(dòng)目錄。CH340在Win10/11安裝驅(qū)動(dòng)后如果設(shè)備管理器顯示“該設(shè)備無法啟動(dòng)代碼10”常見原因是供電不足尤其是用了那種四五百毫安的USB HUB模塊工作不穩(wěn)定。CP2102如果出現(xiàn)代碼10可以試試把模塊插到支持高功率的USB口或者檢查模塊上面的LDO輸出電壓是否正常。FT232出現(xiàn)代碼10有一種特殊情況是EEPROM配置被破壞或者被寫入了未知配置需要用FT_PROG重新格式化并寫入默認(rèn)值。5.2 收發(fā)數(shù)據(jù)亂碼、丟包、波特率錯(cuò)誤亂碼最常見的原因是波特率不匹配模塊和外部設(shè)備必須一模一樣。如果你懷疑設(shè)置正確但還有亂碼用示波器或者邏輯分析儀看TXD腳的波形測量單bit寬度是否符合波特率標(biāo)稱值。我之前修過一個(gè)智能柜項(xiàng)目上位機(jī)設(shè)置115200但終端設(shè)備實(shí)際是110592機(jī)器跑著跑著就在特定長度的數(shù)據(jù)包上出錯(cuò)。這類冷門波特率用CH340往往還在標(biāo)稱范圍內(nèi)問題是終端設(shè)備的時(shí)鐘精度不夠建議把兩端都換成11.0592MHz晶振對(duì)應(yīng)的波特率。如果是丟包先檢查是否開了流控而上下位機(jī)沒有配合。CH340、CP2102、FT232都支持RTS/CTS硬件流控和XON/XOFF軟件流控但很多串口工具默認(rèn)關(guān)流控。在兩臺(tái)設(shè)備之間長距離傳輸時(shí)建議開啟硬件流控因?yàn)榻邮辗骄彌_區(qū)滿時(shí)可以拉低CTS暫停發(fā)送端避免丟失。另外注意USB轉(zhuǎn)串口模塊的TXD和RXD電平與目標(biāo)板是否兼容3.3V芯片接5V TTL有風(fēng)險(xiǎn)5V芯片接3.3V目標(biāo)板不會(huì)燒目標(biāo)板但邏輯高電平可能不夠?qū)е屡紶栒`碼。5.3 干擾、地線環(huán)路與接線長度問題USB轉(zhuǎn)串口模塊在工業(yè)現(xiàn)場最怕的是地環(huán)路和靜電干擾。模塊通過USB線連電腦電腦電源地可能和現(xiàn)場的儀表地存在電位差在RS232、RS485長線中容易形成地環(huán)路電流燒毀接口。解決方法是優(yōu)先選帶隔離如ADUM4160隔離USB或至少帶隔離電源的模塊如果實(shí)在沒有隔離把模塊的GND和外部設(shè)備GND單點(diǎn)連接不要多處接地。在夏季雷雨天氣我遇到過USB轉(zhuǎn)串口模塊被感應(yīng)雷打壞的案例FT232芯片的I/O引腳比較耐操但也需要外部加TVS管。在設(shè)備端或DP、DM信號(hào)線加共模電感可以明顯改善EFT測試時(shí)的死機(jī)問題。另外USB線長度不要超過3米超過3米的USB2.0線信號(hào)衰減厲害導(dǎo)致枚舉不穩(wěn)定。如果需要遠(yuǎn)距離通信用USB延長線到模塊附近或者直接改用TCP/UDP轉(zhuǎn)串口服務(wù)器比強(qiáng)行拉長USB線可靠得多。5.4 買了“兼容版”“升級(jí)版”芯片怎么辦很多淘寶商品標(biāo)題寫著“FT232兼容原裝”“CH340G原廠芯片”等實(shí)際拿到手的可能是不同批次或山寨。如何驗(yàn)證簡短做法是裝配完驅(qū)動(dòng)后用USBDeview或芯片廠商工具查看設(shè)備描述符里的VID/PID、序列號(hào)、固件版本。FTDI原裝FT232R可以在設(shè)備管理器屬性里看到“Bus Reported Device Description: FT232R USB UART”。CP2102原裝能識(shí)別出“CP210x USB to UART Bridge Controller”而不是“CP210x USB to UART Bridge”。CH340則需看驅(qū)動(dòng)版本號(hào)和芯片絲印原廠的CH340G表面絲印清晰有些山寨絲印粗糙。如果發(fā)現(xiàn)假芯片不要輕易換驅(qū)動(dòng)否則可能更糟。最好的辦法是退貨或換正品正規(guī)渠道的FT232確實(shí)貴但你的產(chǎn)品要過CE、FCC認(rèn)證或者長期穩(wěn)定運(yùn)行這筆錢省不得。對(duì)個(gè)人學(xué)習(xí)而言CH340G的兼容芯片其實(shí)也能用只是別指望它在-40℃下工作或者能在電烙鐵附近的高溫環(huán)境里壽命多長。5.5 幾個(gè)實(shí)用心得用經(jīng)驗(yàn)說話最后分享幾個(gè)我自己總結(jié)的選型技巧不一定都寫在書里但很管用。其一如果項(xiàng)目里需要多路串口不要買三根獨(dú)立的USB轉(zhuǎn)串口線而是選一顆FT2232H或CH348這類多通道芯片一根USB線擴(kuò)出幾個(gè)串口省USB口也省驅(qū)動(dòng)麻煩。其二如果軟件只調(diào)用系統(tǒng)COM口對(duì)實(shí)時(shí)性要求高盡量選驅(qū)動(dòng)為純VCP的芯片用FTDI的D2XX模式并不是更慢而是更復(fù)雜沒必要為普通應(yīng)用增加開發(fā)成本。其三玩單片機(jī)下載程序時(shí)如果CH340總是連接失敗可以試試降低下載器波特率比如從115200降到57600很多問題立竿見影。其四買模塊看板子布線正品FT232模塊往往有晶振、退耦電容、磁珠、ESD元件而裸板只有芯片和幾個(gè)電阻這種模塊即使芯片是真的穩(wěn)定性也打折扣。這三顆芯片沒有絕對(duì)的優(yōu)劣只有合不合適。CH340是務(wù)實(shí)之選適合開發(fā)調(diào)試、消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品和成本敏感場景。CP2102是中堅(jiān)力量適合穩(wěn)定通信、工業(yè)邊緣設(shè)備和中等成本設(shè)備。FT232則是可靠性的代名詞適合專業(yè)儀器、高波特率連續(xù)傳輸和必須在惡劣環(huán)境下工作的產(chǎn)品。按自己的需求選比盲目追貴更有價(jià)值。我在實(shí)際項(xiàng)目里一直是“能用CH340就不用CP2102能用CP2102就不上FT232”的保守派但在涉及對(duì)外銷售的產(chǎn)品中又會(huì)反過來優(yōu)先用FT232因?yàn)槭酆笊?、口碑好。希望這篇橫評(píng)能幫你少走幾個(gè)彎路。 USB轉(zhuǎn)串口芯片橫評(píng)：CH340、CP2102、FT232選型指南
調(diào)單片機(jī)、玩嵌入式、做IoT設(shè)備的人十有八九都被“USB轉(zhuǎn)串口”這件事折磨過。早年間我們用的是臺(tái)式機(jī)后面的DB9串口現(xiàn)在筆記本上連個(gè)串口都沒有想和開發(fā)板通信只能靠一根USB轉(zhuǎn)TTL的線。而這根線里面最重要的那顆芯片基本就是CH340、CP2102、FT232三選一。很多人買模塊時(shí)只看價(jià)格到手后才發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝不上、波特率上不去、甚至插上就燒問題一大堆。這篇文章就把這三顆芯片放在一起橫評(píng)從原理、參數(shù)、驅(qū)動(dòng)、實(shí)測到常見坑一次性講清楚怎么選適合正在做開發(fā)板聯(lián)調(diào)、DIY電子制作、設(shè)備維修和工業(yè)通信的讀者參考。1. 三顆芯片的身世、定位和價(jià)格差異1.1 三顆芯片各自的身世CH340是南京沁恒WCH的產(chǎn)品國產(chǎn)芯片里占有率極高淘寶上幾塊錢一根的USB轉(zhuǎn)TTL線基本都是它。這顆芯片最初主打“低成本、夠用”后來沁恒不斷迭代從CH340G、CH340C到CH343系列功能和穩(wěn)定性都在提升。CH340的驅(qū)動(dòng)是公開的Windows、macOS、Linux都有而且官方更新還算勤快這一點(diǎn)對(duì)國內(nèi)用戶非常友好。CP2102來自Silicon Labs芯科后來歸到Cypress再后來被Infineon收購但產(chǎn)品線還在。CP2102是經(jīng)典款內(nèi)部帶時(shí)鐘和EEPROM外圍電路極簡只需要幾個(gè)電容就能工作。很多工業(yè)級(jí)USB轉(zhuǎn)串口模塊、開發(fā)板比如早期的NodeMCU、某些FPGA下載器都用它。它的驅(qū)動(dòng)也成熟但官方驅(qū)動(dòng)更新頻率一般好在系統(tǒng)自帶的驅(qū)動(dòng)基本能覆蓋。FT232是FTDIFuture Technology Devices International的產(chǎn)品屬于這個(gè)領(lǐng)域里的“貴族”。FTDI是老牌廠商早期USB轉(zhuǎn)串口幾乎就是它的代名詞。FT232R、FT232H、FT2232H這些型號(hào)在專業(yè)設(shè)備、儀器儀表、工控領(lǐng)域非常常見。價(jià)格比前兩個(gè)貴一個(gè)數(shù)量級(jí)但勝在驅(qū)動(dòng)極其穩(wěn)定、兼容性極強(qiáng)還提供強(qiáng)大的D2XX直驅(qū)模式可以做USB轉(zhuǎn)SPI、I2C、JTAG等擴(kuò)展功能。1.2 參數(shù)對(duì)比一張表看懂差異這張表我直接給出常用型號(hào)的典型參數(shù)注意不同封裝的CH340有差異表中以CH340G為參考CP2102和FT232R同理項(xiàng)目CH340GCP2102FT232R廠商南京沁恒 WCHSilicon Labs/InfineonFTDI接口USB 2.0 Full SpeedUSB 2.0 Full SpeedUSB 2.0 Full Speed最高波特率2MbpsCH340G實(shí)測常見1Mbps起部分批次更高2Mbps實(shí)測可到1Mbps穩(wěn)定3Mbps標(biāo)稱實(shí)際穩(wěn)定2Mbps內(nèi)置晶振否需要外接12MHz晶振CH340C內(nèi)置是是內(nèi)置EEPROM部分型號(hào)有可定制VID/PID有128字節(jié)可配置有1024字節(jié)可配置工作電壓3.3V/5VVCC腳選擇3.0V~3.6VVIO可接5V配合電平轉(zhuǎn)換3.3V/5V內(nèi)置LDO但極限不高驅(qū)動(dòng)復(fù)雜度簡單官方驅(qū)動(dòng)簡單系統(tǒng)自帶比較復(fù)雜但有官方驅(qū)動(dòng)典型市場價(jià)格1~3元3~8元15~30元抗干擾能力一般較好很好工業(yè)級(jí)溫度范圍有工業(yè)級(jí)版本CH340G一般商用級(jí)CH340E有工業(yè)級(jí)有工業(yè)級(jí)型號(hào)有工業(yè)級(jí)型號(hào)可能有人會(huì)問CH340G不是需要外接晶振嗎現(xiàn)在淘寶上那種藍(lán)色/黑色小模塊板子上焊了一顆12MHz晶振所以成品模塊你不需要管。如果你自己畫板注意CH340G要在XI、XO引腳接12MHz晶體不然芯片不工作。而CH340C、CH340E、CH340B這些型號(hào)內(nèi)置晶振畫板更省事。CP2102和FT232R都是內(nèi)置晶振這也是它們外圍簡潔的原因。1.3 價(jià)格差距背后的原因價(jià)格差異是最直觀的。CH340之所以便宜一是國產(chǎn)芯片成本控制強(qiáng)二是沁恒用大量出貨攤薄了研發(fā)成本三是這顆芯片面向消費(fèi)級(jí)市場對(duì)電磁兼容性、ESD防護(hù)的要求沒有工業(yè)級(jí)那么苛刻。CP2102和FT232貴除了品牌溢價(jià)還因?yàn)樗鼈冊(cè)陔娐繁Ｗo(hù)、固件穩(wěn)定性、驅(qū)動(dòng)兼容性上做了更多工作。FT232尤其明顯它的接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)做了專門的異步FIFO調(diào)度在連續(xù)大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不容易丟數(shù)據(jù)加上驅(qū)動(dòng)里有很多可配置參數(shù)所以專業(yè)設(shè)備愿意為這個(gè)穩(wěn)定性和可靠性買單。但貴不等于適合你。我做過的幾個(gè)項(xiàng)目里有的產(chǎn)品量產(chǎn)直接用CH340因?yàn)槌杀灸軌旱綆酌X通信速率和穩(wěn)定性都能滿足要求。而涉及醫(yī)療設(shè)備、電力采集終端哪怕多花20塊也要用FT232因?yàn)榭蛻魧?duì)長時(shí)間連續(xù)通信不丟數(shù)據(jù)有硬性要求。選芯片從來不是單看參數(shù)表而是看你的系統(tǒng)瓶頸在哪里。2. 選型前先搞清楚需求不同場景怎么選2.1 學(xué)習(xí)調(diào)試、固件下載CH340完全夠用如果你是學(xué)生、愛好者主要用來給Arduino、STM32下載程序或者用串口助手看打印日志那么CH340就是性價(jià)比之王。下載程序一般是短時(shí)間爆發(fā)傳輸幾K字節(jié)到幾M字節(jié)的量波特率115200已經(jīng)很快CH340完全能勝任。而且市面上的開發(fā)板比如很多國產(chǎn)STM32板子直接板載CH340不用另外接線插上USB線就能識(shí)別對(duì)新手極其友好。我自己最早入坑時(shí)用的就是CH340模塊在Windows下裝一次驅(qū)動(dòng)后換了三臺(tái)電腦都沒出過問題。CH340的驅(qū)動(dòng)有數(shù)字簽名Win10/Win11正常能裝上如果提示“無法驗(yàn)證發(fā)布者”一般是下載到了山寨驅(qū)動(dòng)或者非最新版到官網(wǎng)重新下載即可。另外注意CH340在不同系統(tǒng)下的表現(xiàn)Windows最順Linux內(nèi)核4.0以上直接內(nèi)置ch341.ko驅(qū)動(dòng)對(duì)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)模塊名是ch341所以dmesg里看到的是ch341別慌張macOS需要單獨(dú)安裝驅(qū)動(dòng)但Apple Silicon的Mac也能用官方arm64驅(qū)動(dòng)。2.2 高波特率、工業(yè)環(huán)境、設(shè)備通信CP2102和FT232的場合如果你的應(yīng)用不止是下載程序而是需要設(shè)備與設(shè)備之間長年累月通信比如寫了個(gè)上位機(jī)通過串口讀PLC數(shù)據(jù)或者做一個(gè)數(shù)據(jù)采集終端每秒都在收發(fā)數(shù)據(jù)那么建議至少選CP2102。為什么CH340在連續(xù)重負(fù)載傳輸時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)短時(shí)失敗我遇到過用CH340以921600波特率刷寫ESP32固件跑到一半報(bào)錯(cuò)的情況換CP2102后就一次過。這不一定全是芯片的問題也可能是模塊設(shè)計(jì)、USB線質(zhì)量、電磁干擾但CP2102的抗干擾能力和驅(qū)動(dòng)力確實(shí)更強(qiáng)。FT232更適合哪些人一是搞FPGA下載調(diào)試的人因?yàn)閂ivado、Quartus對(duì)FTDI芯片的USB-Blaster、Platform Cable驅(qū)動(dòng)支持最好二是做專業(yè)儀器二次開發(fā)的人FTDI的D2XX庫可以繞過系統(tǒng)串口抽象層直接與芯片通信獲得更低延遲和更大吞吐這在工業(yè)視覺、自動(dòng)化測試領(lǐng)域很重要三是對(duì)抗干擾有硬性要求的場合FT232的ESD等級(jí)和差分信號(hào)完整性比前兩者高一個(gè)級(jí)別。2.3 進(jìn)階USB轉(zhuǎn)多路串口、RS485/RS232電平選型時(shí)不光要看芯片本身還要看你最終需要的物理層信號(hào)。USB轉(zhuǎn)串口芯片出來的是TTL電平3.3V/5V如果你要接RS485總線或RS232接口必須外接電平轉(zhuǎn)換芯片。比如RS232要用MAX232或SP3232RS485要用MAX485或SP3485這跟選哪顆USB轉(zhuǎn)串口芯片沒有直接關(guān)系但市面上很多工業(yè)模塊把FT232 MAX232 DB9做在一起稱為“USB轉(zhuǎn)RS232串口線”這種線價(jià)格貴因?yàn)槔锩嬗袃杉?jí)轉(zhuǎn)換。CH340也有專門集成RS485方向控制的版本比如CH340系列手冊(cè)里提到可以在芯片內(nèi)部自動(dòng)控制RS485收發(fā)方向省掉一個(gè)IO口控制。CP2102和FT232則沒有這個(gè)功能需要由固件或外部電路控制DE/RE腳。所以如果你的項(xiàng)目是RS485總線采集可以優(yōu)先考慮用CH340自帶的485方向自動(dòng)切換特性能減少M(fèi)CU代碼負(fù)擔(dān)。不過要注意這種自動(dòng)控制只適合半雙工通信全雙工場景就別想了。3. 驅(qū)動(dòng)、兼容性和系統(tǒng)適配最容易踩的坑3.1 驅(qū)動(dòng)安裝CH340的“即插即用”和其他CH340的驅(qū)動(dòng)坑多數(shù)不是因?yàn)樾酒旧矶怯脩粝螺d到了第三方改版驅(qū)動(dòng)或者舊驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致藍(lán)屏或無法識(shí)別。正確做法是到沁恒官網(wǎng)的“下載中心”下載最新的CH341SER驅(qū)動(dòng)CH340和CH341通用解壓后運(yùn)行SETUP.EXEWin10/Win11一般幾秒搞定。裝上后設(shè)備管理器里會(huì)出現(xiàn)“USB-SERIAL CH340”和對(duì)應(yīng)COM口如果沒有COM口但出現(xiàn)了“USB設(shè)備”感嘆號(hào)多半是驅(qū)動(dòng)簽名問題或芯片損壞。CP2102在Windows下的驅(qū)動(dòng)是Silicon Labs的CP210x VCP驅(qū)動(dòng)新版系統(tǒng)Win10 1709以上通常自帶插上就能識(shí)別為“Silicon Labs CP210x USB to UART Bridge”。如果識(shí)別成COM口但屬性里寫著“設(shè)備無法啟動(dòng)”可以到Silicon Labs官網(wǎng)下載新版驅(qū)動(dòng)手動(dòng)更新。FT232則要裝FTDI的VCP驅(qū)動(dòng)Win10也自帶但如果你買的是帶EEPROM配置的模塊VID/PID可能被改過系統(tǒng)默認(rèn)驅(qū)動(dòng)不識(shí)別需要安裝FTDI提供的定制INF或者使用FT_PROG工具重新配置。3.2 系統(tǒng)克隆與驅(qū)動(dòng)簽名一個(gè)容易被忽略的細(xì)節(jié)很多人做嵌入式開發(fā)時(shí)會(huì)用VMware虛擬機(jī)在宿主機(jī)和虛擬機(jī)之間切換USB設(shè)備這時(shí)CH340和CP2102通常都能直接穿透但FT232在某些VMware版本下需要安裝VMware Tools里的usb arbitrate否則會(huì)提示“設(shè)備已連接到其他會(huì)話”。另外Windows的驅(qū)動(dòng)簽名機(jī)制對(duì)CH340這類后來者更嚴(yán)格Win10以上必須安裝簽名驅(qū)動(dòng)否則要重啟進(jìn)入“禁用驅(qū)動(dòng)程序強(qiáng)制簽名”模式。FT232和CP2102因?yàn)槲④沇HQL認(rèn)證做得早一般系統(tǒng)自帶驅(qū)動(dòng)已經(jīng)簽名問題反而不大。還有一點(diǎn)容易被忽略在Linux下CH340對(duì)應(yīng)的內(nèi)核模塊是ch341而CP2102是cp210xFT232是ftdi_sio。有些精簡版Linux內(nèi)核可能沒編譯這些模塊你就需要modprobe或手動(dòng)加載。在Ubuntu/Debian上如果插上CP2102沒有反應(yīng)先執(zhí)行dmesg | tail看到“usb 1-1: Product: CP2102 USB to UART Bridge Controller”就說明硬件OK只是沒加載cp210x模塊執(zhí)行modprobe ftdi_sio和modprobe cp210x即可cp210x在較新內(nèi)核會(huì)自動(dòng)加載。樹莓派上使用CH340如果dmesg里報(bào)“ch341-uart ttyUSB0: failed to set_termios”說明你用的波特率不在常規(guī)范圍內(nèi)需要加自定義波特率參數(shù)這個(gè)問題在很多老版本內(nèi)核中存在。3.3 VID/PID、假芯片的識(shí)別三顆芯片都有官方默認(rèn)VID/PID。CH340的默認(rèn)VID是0x1A86PID是0x7523。CP2102的VID是0x10C4PID是0xEA60。FT232R的VID是0x0403PID是0x6001。如果買到的模塊在設(shè)備管理器里顯示的VID/PID不是這些對(duì)應(yīng)值就有可能是兼容芯片甚至是其他芯片偽裝。業(yè)界有個(gè)詞叫“CH340的兼容驅(qū)動(dòng)”其實(shí)是指沁恒官方驅(qū)動(dòng)可以覆蓋那些山寨版CH340因?yàn)樯秸酒矎?fù)刻了VID/PID。而CP2102的假貨問題更嚴(yán)重市面上很多“CP2102”其實(shí)是國產(chǎn)CJMCU等兼容方案也能用官網(wǎng)驅(qū)動(dòng)但穩(wěn)定性、抗干擾和長期工作可靠性有差異。FT232是最離譜的因?yàn)镕TDI曾經(jīng)在驅(qū)動(dòng)里加入“非正品芯片”檢測如果檢測到假FT232R會(huì)把它識(shí)別成“USB Serial Enhancer”并禁用設(shè)備。這個(gè)事件當(dāng)年鬧得很大但側(cè)面說明FT232假貨有多泛濫。建議需要穩(wěn)定項(xiàng)目的人從正規(guī)代理商或者官方渠道買FT232不要貪便宜。4. 實(shí)測橫評(píng)信號(hào)質(zhì)量、波特率、穩(wěn)定性4.1 測試環(huán)境和測試方法為了公平對(duì)比我用了三種典型模塊淘寶買的CH340G最小模塊、官方評(píng)估板風(fēng)格的CP2102模塊、拆機(jī)的FT232R模塊都用USB線接到同一臺(tái)Win11電腦目標(biāo)設(shè)備是一塊STM32F103板子通過串口1回環(huán)測試。測試工具包括串口調(diào)試助手XCOM測基本收發(fā)自寫Python腳本統(tǒng)計(jì)發(fā)送多少數(shù)據(jù)、接收多少數(shù)據(jù)、是否有錯(cuò)誤幀屏蔽房里的電快速瞬變脈沖群干擾試驗(yàn)EFT測試用靜電放電槍給USB線附近打接觸放電觀察通信是否中斷空調(diào)/電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓跌落場景用可調(diào)電源模擬。說實(shí)話這種非標(biāo)的測試無法和正規(guī)實(shí)驗(yàn)室比但能反映日常使用中的相對(duì)差異。測試結(jié)果對(duì)選擇很有參考。基本功能都OK都能在115200下穩(wěn)定跑。關(guān)鍵差異在于兩點(diǎn)識(shí)別速度和大流量傳輸穩(wěn)定性。4.2 上電識(shí)別速度與持續(xù)傳輸穩(wěn)定性上電到系統(tǒng)枚舉出COM口的時(shí)間CH340G大概需要400毫秒到1秒CP2102大概200到400毫秒FT232R大概150到300毫秒。這個(gè)差異在普通使用中感覺不明顯但在設(shè)備快速重連比如反復(fù)插拔USB線、切換USB HUB時(shí)有差距。FT232和CP2102在USB Host枚舉時(shí)握手更快連續(xù)插拔20次沒有一次識(shí)別失敗CH340G在快速插拔中偶發(fā)一次識(shí)別為未知設(shè)備需要拔掉重插這大概率是模塊上沒有加什么濾波電路的原因。買CH340模塊建議選那些板上有USBLC6-2SC6或類似ESD保護(hù)元件的能減少靜電導(dǎo)致的枚舉失敗。持續(xù)傳輸穩(wěn)定性測試用921600波特率每包512字節(jié)連續(xù)發(fā)送5分鐘。結(jié)果是FT232最穩(wěn)丟包率0%錯(cuò)誤幀0CP2102次之丟包率0%但有一次接收緩沖區(qū)溢出警告CH340G丟包率大概0.01%出現(xiàn)過兩次幀校驗(yàn)錯(cuò)。實(shí)際項(xiàng)目里這種差異可以用流控機(jī)制彌補(bǔ)。但如果你是裸機(jī)程序、沒有任何流控或者上位機(jī)不是實(shí)時(shí)讀串口CH340就有可能在長時(shí)間傳輸中讓你排查很久。后來我用1024字節(jié)大包測試CH340G在重負(fù)載下偶爾會(huì)有“發(fā)送未應(yīng)答”的情況FT232幾乎是紋絲不動(dòng)。這里要強(qiáng)調(diào)測試結(jié)果和模塊質(zhì)量關(guān)系很大好的CH340模塊帶退耦電容、磁珠隔離、雙ESD保護(hù)和高仿劣質(zhì)CP2102之間的差距可能比CH340和FT232的典型差距還大。4.3 波特率極限與自定義波特率支持官方標(biāo)稱三顆芯片都能到Mbps級(jí)別但實(shí)際能否跑通取決于系統(tǒng)和芯片封裝。在STM32上測試CH340G在2Mbps時(shí)我已經(jīng)看到位錯(cuò)誤只適合短距離USB線后直接接板子線纜短且對(duì)時(shí)序不敏感的場景。CP2102在1.5Mbps時(shí)比較穩(wěn)2Mbps時(shí)還可以但有些兼容問題比如某些上位機(jī)串口API把波特率設(shè)置成2M時(shí)底層會(huì)拋參數(shù)錯(cuò)誤。FT232在3Mbps可以穩(wěn)定通信它的芯片內(nèi)置的波特率發(fā)生器精度更高誤差小于1%而CH340在2Mbps時(shí)的波特率誤差可能達(dá)到2%到3%。如果兩個(gè)設(shè)備之間的時(shí)鐘源本來就有誤差這種誤差疊加很容易導(dǎo)致偶爾丟一個(gè)字節(jié)。另外很多玩路由器、玩ESP32的人會(huì)有“自定義波特率”需求比如傳給串口一個(gè)像614400這樣的非整數(shù)值。CP2102和FT232可以通過固件配置支持任意波特率基于整數(shù)分頻器設(shè)計(jì)而CH340的波特率設(shè)置是一個(gè)固定的分頻表雖然也支持很多值但遇到特殊波特率可能自動(dòng)取近似值。我發(fā)現(xiàn)用CH340給某些老式工業(yè)儀表下載程序時(shí)要求設(shè)置成19200 x 2 38400一般沒問題但如果儀表要求的是38405之類的冷門值CH340會(huì)舍入到38400依然正常而有些更挑剔的PLC模塊波特率偏差要求小于0.5%最好選CP2102或FT232。4.4 電源接反會(huì)不會(huì)燒這個(gè)熱詞必須專門說“CH340電源接反會(huì)燒嗎”這個(gè)問題我在網(wǎng)上看到很多人問確實(shí)有人接反以后芯片冒煙了。先說結(jié)論任何USB轉(zhuǎn)串口芯片電源接反都有燒毀風(fēng)險(xiǎn)CH340沒有內(nèi)置反接保護(hù)CP2102和FT232同樣沒有但模塊設(shè)計(jì)可能不同。絕大多數(shù)模塊對(duì)外引腳是VCC、GND、TXD、RXD有些人把VCC和GND接反瞬間就形成一個(gè)從VCC到GND的低阻通路如果模塊上有限流電阻或TVS二極管可能擋一下沒有就直接過熱損壞。我在焊接時(shí)也翻過車一塊CH340板子的VCC和GND被杜邦線插反了芯片微微發(fā)燙電腦識(shí)別不到。后來拆下來單獨(dú)給芯片供電發(fā)現(xiàn)雖然沒冒煙但已經(jīng)損壞說明反向電壓對(duì)內(nèi)部電路是致命的。避免的方法很簡單模塊接線前先用萬用表蜂鳴檔確認(rèn)一下考慮供電的兩根線養(yǎng)成“先GND后VCC”的接線習(xí)慣并且在電路設(shè)計(jì)時(shí)給VCC串聯(lián)一個(gè)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲或者在板上并一個(gè)SS34肖特基二極管做反接保護(hù)。有些工業(yè)級(jí)模塊會(huì)在VCC和GND之間加一個(gè)防反接MOS管電路所以它抗造但那不是芯片本身的功能是外圍電路保護(hù)的功勞。如果你在產(chǎn)品里要防反接可以在電源輸入端加上一顆PMOS或二極管不要指望芯片自己扛。5. 常見問題速查與排查技巧5.1 設(shè)備管理器里沒反應(yīng)、黃感嘆號(hào)、代碼10出現(xiàn)這種情況先做幾個(gè)常規(guī)動(dòng)作換一根USB線換一個(gè)USB口最好用電腦后置USB口而不是HUB然后查看設(shè)備管理器中的“端口COM和LPT”如果有一個(gè)帶黃色感嘆號(hào)的“USB-SERIAL CH340”或“USB Serial Converter”右鍵更新驅(qū)動(dòng)手動(dòng)指向驅(qū)動(dòng)目錄。CH340在Win10/11安裝驅(qū)動(dòng)后如果設(shè)備管理器顯示“該設(shè)備無法啟動(dòng)代碼10”常見原因是供電不足尤其是用了那種四五百毫安的USB HUB模塊工作不穩(wěn)定。CP2102如果出現(xiàn)代碼10可以試試把模塊插到支持高功率的USB口或者檢查模塊上面的LDO輸出電壓是否正常。FT232出現(xiàn)代碼10有一種特殊情況是EEPROM配置被破壞或者被寫入了未知配置需要用FT_PROG重新格式化并寫入默認(rèn)值。5.2 收發(fā)數(shù)據(jù)亂碼、丟包、波特率錯(cuò)誤亂碼最常見的原因是波特率不匹配模塊和外部設(shè)備必須一模一樣。如果你懷疑設(shè)置正確但還有亂碼用示波器或者邏輯分析儀看TXD腳的波形測量單bit寬度是否符合波特率標(biāo)稱值。我之前修過一個(gè)智能柜項(xiàng)目上位機(jī)設(shè)置115200但終端設(shè)備實(shí)際是110592機(jī)器跑著跑著就在特定長度的數(shù)據(jù)包上出錯(cuò)。這類冷門波特率用CH340往往還在標(biāo)稱范圍內(nèi)問題是終端設(shè)備的時(shí)鐘精度不夠建議把兩端都換成11.0592MHz晶振對(duì)應(yīng)的波特率。如果是丟包先檢查是否開了流控而上下位機(jī)沒有配合。CH340、CP2102、FT232都支持RTS/CTS硬件流控和XON/XOFF軟件流控但很多串口工具默認(rèn)關(guān)流控。在兩臺(tái)設(shè)備之間長距離傳輸時(shí)建議開啟硬件流控因?yàn)榻邮辗骄彌_區(qū)滿時(shí)可以拉低CTS暫停發(fā)送端避免丟失。另外注意USB轉(zhuǎn)串口模塊的TXD和RXD電平與目標(biāo)板是否兼容3.3V芯片接5V TTL有風(fēng)險(xiǎn)5V芯片接3.3V目標(biāo)板不會(huì)燒目標(biāo)板但邏輯高電平可能不夠?qū)е屡紶栒`碼。5.3 干擾、地線環(huán)路與接線長度問題USB轉(zhuǎn)串口模塊在工業(yè)現(xiàn)場最怕的是地環(huán)路和靜電干擾。模塊通過USB線連電腦電腦電源地可能和現(xiàn)場的儀表地存在電位差在RS232、RS485長線中容易形成地環(huán)路電流燒毀接口。解決方法是優(yōu)先選帶隔離如ADUM4160隔離USB或至少帶隔離電源的模塊如果實(shí)在沒有隔離把模塊的GND和外部設(shè)備GND單點(diǎn)連接不要多處接地。在夏季雷雨天氣我遇到過USB轉(zhuǎn)串口模塊被感應(yīng)雷打壞的案例FT232芯片的I/O引腳比較耐操但也需要外部加TVS管。在設(shè)備端或DP、DM信號(hào)線加共模電感可以明顯改善EFT測試時(shí)的死機(jī)問題。另外USB線長度不要超過3米超過3米的USB2.0線信號(hào)衰減厲害導(dǎo)致枚舉不穩(wěn)定。如果需要遠(yuǎn)距離通信用USB延長線到模塊附近或者直接改用TCP/UDP轉(zhuǎn)串口服務(wù)器比強(qiáng)行拉長USB線可靠得多。5.4 買了“兼容版”“升級(jí)版”芯片怎么辦很多淘寶商品標(biāo)題寫著“FT232兼容原裝”“CH340G原廠芯片”等實(shí)際拿到手的可能是不同批次或山寨。如何驗(yàn)證簡短做法是裝配完驅(qū)動(dòng)后用USBDeview或芯片廠商工具查看設(shè)備描述符里的VID/PID、序列號(hào)、固件版本。FTDI原裝FT232R可以在設(shè)備管理器屬性里看到“Bus Reported Device Description: FT232R USB UART”。CP2102原裝能識(shí)別出“CP210x USB to UART Bridge Controller”而不是“CP210x USB to UART Bridge”。CH340則需看驅(qū)動(dòng)版本號(hào)和芯片絲印原廠的CH340G表面絲印清晰有些山寨絲印粗糙。如果發(fā)現(xiàn)假芯片不要輕易換驅(qū)動(dòng)否則可能更糟。最好的辦法是退貨或換正品正規(guī)渠道的FT232確實(shí)貴但你的產(chǎn)品要過CE、FCC認(rèn)證或者長期穩(wěn)定運(yùn)行這筆錢省不得。對(duì)個(gè)人學(xué)習(xí)而言CH340G的兼容芯片其實(shí)也能用只是別指望它在-40℃下工作或者能在電烙鐵附近的高溫環(huán)境里壽命多長。5.5 幾個(gè)實(shí)用心得用經(jīng)驗(yàn)說話最后分享幾個(gè)我自己總結(jié)的選型技巧不一定都寫在書里但很管用。其一如果項(xiàng)目里需要多路串口不要買三根獨(dú)立的USB轉(zhuǎn)串口線而是選一顆FT2232H或CH348這類多通道芯片一根USB線擴(kuò)出幾個(gè)串口省USB口也省驅(qū)動(dòng)麻煩。其二如果軟件只調(diào)用系統(tǒng)COM口對(duì)實(shí)時(shí)性要求高盡量選驅(qū)動(dòng)為純VCP的芯片用FTDI的D2XX模式并不是更慢而是更復(fù)雜沒必要為普通應(yīng)用增加開發(fā)成本。其三玩單片機(jī)下載程序時(shí)如果CH340總是連接失敗可以試試降低下載器波特率比如從115200降到57600很多問題立竿見影。其四買模塊看板子布線正品FT232模塊往往有晶振、退耦電容、磁珠、ESD元件而裸板只有芯片和幾個(gè)電阻這種模塊即使芯片是真的穩(wěn)定性也打折扣。這三顆芯片沒有絕對(duì)的優(yōu)劣只有合不合適。CH340是務(wù)實(shí)之選適合開發(fā)調(diào)試、消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品和成本敏感場景。CP2102是中堅(jiān)力量適合穩(wěn)定通信、工業(yè)邊緣設(shè)備和中等成本設(shè)備。FT232則是可靠性的代名詞適合專業(yè)儀器、高波特率連續(xù)傳輸和必須在惡劣環(huán)境下工作的產(chǎn)品。按自己的需求選比盲目追貴更有價(jià)值。我在實(shí)際項(xiàng)目里一直是“能用CH340就不用CP2102能用CP2102就不上FT232”的保守派但在涉及對(duì)外銷售的產(chǎn)品中又會(huì)反過來優(yōu)先用FT232因?yàn)槭酆笊?、口碑好。希望這篇橫評(píng)能幫你少走幾個(gè)彎路。