一、CH340C 产品概述
CH340C 是由中国南京沁恒微电子有限公司(Nanjing QinHeng Electronics)推出的一种 USB 转串口(UART)转换芯片。作为 CH340 系列的成员之一,CH340C 具有体积小巧、功能全面、成本低廉等优点,常见于各类单片机开发板、电子产品及嵌入式系统中。与早期的 CH340G 相比,CH340C 在封装尺寸、电气特性及系统兼容性方面都进行了改进和优化,能够更好地满足现代消费类电子及工业设备对 USB 转串口功能的需求。CH340C 支持 USB 2.0 全速(Full-Speed)模式(12Mbps),向下兼容 USB 1.1,并提供多种波特率配置,最高可实现 2Mbps 串口通信。该芯片在 Windows、Linux、macOS 等主流操作系统下均可通过标准驱动实现即插即用,开发者无需额外编写驱动程序即可方便地在 PC 端与 MCU、FPGA、DSP、PLC 等外部设备进行数据交换。本文将从 CH340C 的产品特性、封装管脚、工作原理、硬件设计要点、软件配置、调试与应用案例等方面展开详细介绍,以帮助读者全面掌握 CH340C 的基础知识和实际工程应用方法。
二、CH340C 核心特性
CH340C 的主要特性可以从功能特性、电气特性、封装形式及软件支持四个方面来概述。
功能特性
支持 USB 2.0 全速(Full-Speed,12Mbps)向下兼容 USB 1.1;
内置 USB 协议控制逻辑及串口转换控制模块,可将 USB 信号转换为 UART、IrDA 或并行接口;
支持多种通信模式,包括异步串口通信(UART 模式)、红外通信(IrDA 模式)等;
串口最高支持 2Mbps 波特率,常用波特率(300bps~115200bps)均可稳定工作;
内置串口 FIFO 缓冲区,可有效降低主控 MCU 或 PC 端的中断频率,保证数据传输稳定;
支持串口硬件流控(RTS/CTS)及软件流控(XON/XOFF),提高数据传输的可靠性;
支持多种电源电压范围,I/O 电压可选择 3.3V 或 5V,方便与不同电平 MCU 无缝对接。
电气特性
输入电压范围:USB_VBUS 供电时为 +4.35V~5.25V;外部单独供电时可为 +3.3V~5.5V;
输出电压:内部稳压模块可输出 +3.3V(用于内部逻辑和外部 I/O),I/O 强度可驱动常见 UART 电平;
功耗:典型工作电流小于 15mA(USB 总线供电模式下),芯片具备休眠模式,可降低功耗;
ESD 抗干扰能力:USB 数据线 D+、D− 引脚对 4KV HBM(人体模型冲击)具备抗击能力,增强现场可靠性;
封装:采用 SOT-23-6、SSOP-16、QFN-16 等多种封装形式,满足不同 PCB 空间和散热需求。
封装与引脚
CH340C 常见封装类型为 SSOP-16 和 QFN-16,管脚排列紧凑,面积约 4mm×4mm(QFN);
主要引脚包括 USB_D+, USB_D-、VCC、GND、TXD、RXD、RTS、CTS、DTR、DSR、RI、DCD、CBUS0、CBUS1 等;
引脚功能及电气属性在后续章节中将做详细表格说明。
软件支持
Windows 操作系统:从 Windows XP、Windows 7、Windows 8、Windows 10 到 Windows 11 均提供了官方或第三方驱动;
Linux 操作系统:内核自带 ch341 驱动模块,加载模块后自动识别;可通过 modprobe ch341 进行手动加载;
macOS 操作系统:提供 10.9 及以上版本的驱动包,安装驱动后可在 /dev 下生成 /dev/tty.wchusbserial* 设备;
嵌入式系统:CH340C 支持标准 USB Host 或 USB OTG 接口的嵌入式平台,可通过 libusb 等开源库进行二次开发;
开发支持:官方提供了基于 Windows 应用层的示例程序、串口调试助手、虚拟串口方案以及软硬件参考设计文档,方便开发者快速上手。
三、CH340C 的内部架构与工作原理
为了帮助读者深入理解 CH340C,下面分模块介绍其内部架构及工作过程。
USB 协议控制模块
CH340C 内部集成了 USB 协议控制器(USB PHY + USB Controller),能够完成对 USB 总线状态的监测、枚举请求回应、数据包收发以及 USB 标准请求解析等功能。当设备插入主机(PC)后,USB 协议控制模块会先完成枚举过程:上电后复位:CH340C 的内部复位电路检测到 VBUS 电压上升至合格值后触发复位,初始化内部寄存器及状态机;
连接检测:通过 D+、D− 上的上拉电阻(1.5KΩ)向主机表明自身为全速设备;
枚举阶段:主机会先分配地址(SET_ADDRESS 请求),然后主机读取设备描述符(GET_DESCRIPTOR 请求);CH340C 返回包含厂商 ID(VID = 0x1A86)、产品 ID(PID = 0x7523 或者 0x55d4 等不完全相同的 ID)、设备类信息(通信类 CDC)等信息;
节点配置:主机发起 SET_CONFIGURATION 请求,将 CH340C 配置为工作状态;USB 协议控制模块将 USB 数据通道映射至后端串口转换模块。
串口转换模块
在 USB 协议控制模块之后,CH340C 内部设置了一个串口转换模块,将 USB 的数据包转换为异步串行数据,或者将串行数据打包成 USB 数据包。这一模块主要包括:串口寄存器与 FIFO 缓冲区:CH340C 内部拥有双向 64 字节的 FIFO 缓冲,使得数据在 USB 端与串口端之间不会因速度差异导致数据丢失;
波特率生成器:通过内部时钟源(12MHz)和可编程分频系数,支持从 300bps 到 2Mbps 的多种波特率;
数据格式解析:支持 5 到 8 位数据位、1 或 2 位停止位、无校验、奇校验、偶校验等通信格式;
硬件流控逻辑:支持 RTS/CTS 硬件流控信号,当缓冲区将满时,芯片可自动拉低 CTS 线告诉发送端暂停数据;
状态信号映射:DTR、DSR、RI、DCD、CTS、RTS、DTR 等传统串口信号均可通过 CBUS 引脚或虚拟串口状态位映射至 PC 端。
时钟与电源管理
CH340C 内部包含一个 12MHz 晶振输入或内部振荡器,可通过外部晶振提供更高精度时钟。芯片内部会将 USB 全速所需的 12MHz 时钟信号分频产生 48MHz 的 USB 时钟,并通过 PLL 进行倍频锁相以保证信号稳定性。与此同时,芯片集成了 LDO 稳压模块,将 USB_VBUS(5V)或者 USB_VBUS 转换为内部逻辑所需的 3.3V 电压。为了降低功耗,CH340C 在主机唤醒或系统空闲时可以进入低功耗模式,仅保留唤醒检测功能。当主机发出 Resume 信号或外部 UART 接收数据时,芯片会自动唤醒。
四、CH340C 引脚功能详解
本节对 CH340C 常见的 SSOP-16 或 QFN-16 封装的各引脚功能、电气属性及典型外接方式进行说明。以下以 SSOP-16 封装为例,QFN-16 管脚定义基本相同,仅封装尺寸与热沉焊盘不同。
CH340C SSOP-16 引脚排列图示:(从顶部视角看,1 号脚在左上角,逆时针排列至 16 号脚)
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VBUS|1 16|VCC
D− |2 15|TXD
D+ |3 14|RXD
GND |4 13|RTS
V3 |5 12|CTS
CBUS0 |6 11|DTR
CBUS1 |7 10|DSR
CBUS2 |8 9|GND
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1 号脚 VBUS
功能:USB 总线电源输入脚。连接至 USB 接口的 +5V(VBUS),为内部 LDO 稳压器提供输入电压;
电气特性:可承受 +4.35V~5.25V;内置启动电压监测电路,当 VBUS 电压上升到约 4.35V 时芯片复位并开始枚举流程;2 号脚 D−(USB D−)
功能:USB 差分数据负极;
外部要求:需连接至 USB 接口的 D− 线,并在芯片内部或外部加上 22Ω 差分阻抗匹配电阻,保证信号完整性;3 号脚 D+(USB D+)
功能:USB 差分数据正极;内置 1.5KΩ 上拉电阻,向主机表明设备为全速(FS)设备;
外部要求:需连接至 USB 接口的 D+ 线,外部加 22Ω 差分匹配电阻;4 号脚 GND
功能:地线,接系统地;为芯片提供返回电流路径,必须与系统地(PCB 地平面)良好连接;5 号脚 V3(3.3V 输出)
功能:内部 LDO 稳压模块输出 +3.3V,可为部分外围电路提供电源(建议最大输出能力不超过 50mA);
外部要求:如需要使用此脚为外部 MCU 提供 3.3V,需要在 V3 引脚与地之间并联 1μF 陶瓷电容做去耦;6 号脚 CBUS0、7 号脚 CBUS1、8 号脚 CBUS2
功能:可配置的多功能管脚(Configurable BUX),在不同工作模式下可被映射为串口状态信号(DTR、DSR、RI、DCD)或 GPIO;
外部要求:如果不使用这些 CBUS 引脚的功能,可将它们悬空;如需使用,应通过软件或 EEPROM 配置工具设置对应状态;9 号脚 GND
功能:地线,与 4 号脚共用;10 号脚 DSR(Data Set Ready)
功能:串口 DSR 信号输入或输出,通过 CBUS 管脚映射;
外部要求:如需使用 DSR 功能,可连接至外部设备的 DTR 或 CTS 等,用于实现硬件流控;11 号脚 DTR(Data Terminal Ready)
功能:串口 DTR 信号输出,通过 CBUS 管脚映射;
外部要求:可用于通知外部设备 CTS 线状态,若不使用可悬空;12 号脚 CTS(Clear To Send)
功能:串口 CTS 硬件流控信号输入;当 RTS=0 且 CTS=1 时,串口可以发送数据;
外部要求:如需使用硬件流控功能,需连接至外部设备的 RTS 引脚;13 号脚 RTS(Request To Send)
功能:串口 RTS 硬件流控信号输出;当 RTS=0 时表示可以发送数据;
外部要求:如需使用需连接至外部设备的 CTS;14 号脚 RXD(UART RX)
功能:串口数据接收脚(TTL 电平);由 PC 端通过 USB 发送的数据最终输出到此脚;
电平特性:在 3.3V 或 5V I/O 模式下,RXD 可接收相应电压范围的信号;15 号脚 TXD(UART TX)
功能:串口数据发送脚(TTL 电平);接收外部设备的串口数据并通过 USB 发送至 PC;
电平特性:同 RXD;16 号脚 VCC
功能:内部逻辑电源输入脚,可连接至外部 +3.3V~+5.5V 供电;选择与 VBUS 分开供电时需将 VCC 连接至外部电源并确保电源稳定;
外部要求:若仅使用 USB 总线供电,可将 VCC 与 VBUS 连通,并在 VCC 与 GND 之间并联 1μF~4.7μF 陶瓷去耦电容;
五、CH340C 硬件设计要点
在实际 PCB 设计中,合理安排 CH340C 的外围元件及走线对确保 USB 信号质量、串口通信稳定性以及电磁兼容性能至关重要。以下分为供电电路设计、USB 接口设计、串口接口设计、ESD 保护、电路布局与走线等方面进行详细说明。
供电电路设计
USB 供电模式:将 VCC 与 VBUS 通过直接连线或电感/滤波电路连接,此时芯片由 USB 总线直接提供 5V 输入;内部 LDO 将 5V 降压为 3.3V 供给数字电路;
外部供电模式:若系统需求较大电流或需与外部 MCU 共享单一电源时,可将 VCC 接到外部 +3.3V~+5.5V 直流电源,将 VBUS 仅用于 USB 检测,此时需要在 VBUS 与 VCC 之间加二极管隔离。
供电模式选择:CH340C 支持两种供电模式:
去耦电容:在 VBUS 或 VCC 与 GND 之间应并联一只 1μF~4.7μF 低等效串联电阻(ESR)陶瓷电容,以及一只 0.1μF 陶瓷电容。V3 输出脚与 GND 之间也需并联 1μF 陶瓷电容,以稳定内部 LDO 输出;
电源滤波:为提高抗干扰能力,可在 VBUS 或 VCC 输入端加入铁氧体磁珠或共模电感,对电源进行滤波。
USB 接口设计
差分匹配电阻:在 D+、D− 线上各串联一只 22Ω±5% 串联电阻,以匹配 USB 线路特征阻抗,减少信号反射;
VBUS 复位电路:CH340C 内部集成 VBUS 检测,不需要外部复位电路;但若需更严格控制复位时序,可在 VBUS 与 RESET 引脚之间外接一个 10kΩ 下拉电阻,确保上电时芯片复位;
ESD 保护:为保证产品的可靠性,需在 USB 接口 D+、D−、VBUS 上加装 TVS 二极管,承受 ±15kV 空气放电或 ±8kV 接触放电;同时,可在差分线上加装小功率二极管串联保护或防浪涌电阻;
USB 插座选型与布局:USB-B 型或 Micro-USB/Type-C 插座应尽量靠近 PCB 边缘,保证差分对走线长度最短,并与接地之间留足空间;差分线走线要求成对走线且等长,避免交叉与急转弯;
串口接口设计
TTL 电平与电平转换:CH340C 本身提供 TTL 3.3V 或者 5V 电平的 TXD、RXD 引脚,若与 RS232 等更高电平接口连接时,需要结合 MAX232 或其他电平转换芯片进行转换;
硬件流控:如需启用 RTS/CTS 硬件流控功能,应在 RTS、CTS 引脚分别加上 10kΩ 上拉或下拉电阻,根据实际互联逻辑设计;
串口滤波:为了防止外部干扰,可在 TXD、RXD 与 MCU/外设接口之间并联 100Ω~1kΩ 串联电阻,配合 10pF~100pF 旁路电容进行简单的 RC 滤波;
状态信号映射:若需使用 DTR、DSR、RI、DCD 等信号,在 CBUS0~CBUS2 管脚上安装跳线或焊盘,以便后续通过软件或 EEPROM 配置将 CBUS 引脚映射到所需功能。
PCB 布局与走线
差分对走线:USB D+、D− 两根线应做差分对走线,走线宽度、间距需保证差分阻抗约 90Ω~95Ω;尽量避免与其他数字信号线平行耦合,减少 EMI 干扰;
地平面处理:在 USB 接口和 CH340C 芯片处应有完整的地平面层,避免信号层和地层泄漏,保持 PCB 多层板时地层连续;
信号线最短:CH340C 与 USB 接口之间的距离应尽可能短,一般不超过 20mm;用于串口通信的 TXD、RXD、RTS、CTS 等引脚尽量靠近 MCU 或外设减小走线长度;
去耦电容布局:VCC、V3、VBUS 引脚附近应放置相应的去耦电容,尽量靠近引脚焊盘,以减少寄生电感;
分区布局:将 USB 接口、CH340C、串口接口区分区摆放,保证电源去耦、差分对走线的规则性与连续性;避免信号线经过敏感模拟电路或高频开关电路区域;
六、CH340C 常见寄存器与 EEPROM 配置
虽然 CH340C 的大部分寄存器配置在芯片内部固化,但仍提供了部分可配置选项用于定制化功能扩展,主要包括 CBUS 引脚映射、Vendor ID/PID 修改、载入启动参数等,这些配置可通过外部 EEPROM 或者软件驱动下发完成。
内部寄存器访问流程
CH340C 通过 USB 控制传输(Control Transfer)的方式来访问内部寄存器。主机发送特定的 USB 请求(Vendor-Specific Request),CH340C 接收到后会将数据写入或读取特定的寄存器。常见请求包括:读寄存器(GET_REPORT、GET_DESCRIPTOR);
写寄存器(SET_REPORT、SET_DESCRIPTOR);
控制 CBUS 引脚行为:通过 SET_LINE_CODING 请求可设置波特率、数据位、停止位、校验模式;
读取状态:主机可通过 GET_LINE_STATUS 查询 CTS、DSR、RI、DCD 等状态信号;
EEPROM 读写:当 CH340C 与外部串行 EEPROM 连接时,可通过特定命令将配置写入或擦除。
外部 EEPROM 配置
VID/PID 自定义:适用于需要使用自有驱动或隐藏原厂 VID 信息的场景;
CBUS 引脚状态:可配置 CBUS0、CBUS1、CBUS2 分别映射为 DTR、DSR、RI、DCD 等状态;
LED 指示控制:通过 CBUS 引脚与外部 LED 连接,可在数据传输、枚举状态等时实现指示灯闪烁;
USB 唤醒功能:设置是否允许 D+ 上的远程唤醒信号;
支持型号:CH340C 通常支持 AT24C02、AT24C04 等串行 I²C EEPROM,用于存储自定义的 VID、PID、CBUS 引脚映射表以及其他用户参数;
连接方式:SCL、SDA 引脚可从 CH340C 的 CBUS 管脚或专用 I²C 管脚映射而来,外接 pull-up 电阻(4.7kΩ~10kΩ);
配置流程:
a. 使用官方提供的工具或自行编写 I²C 主控程序,通过 USB 给 CH340C 下发写 EEPROM 命令;
b. CH340C 将参数写入 EEPROM,对下次上电列为新的 VID、PID 或 CBUS 配置;
c. 重启 CH340C 后,芯片从 EEPROM 中加载配置,按新参数工作;常见配置项:
七、CH340C 驱动与软件配置
在 PC 端,CH340C 需要加载相应的驱动后才能被识别为虚拟串口(COM 口)。不同操作系统下的驱动安装与使用略有差异。
Windows 系统驱动安装
在 Windows 10 及以上版本下,若驱动版本过老,可能会出现兼容性问题,建议使用官方最新驱动;
某些笔记本自带的 USB-C 扩展坞可能存在供电不足或兼容性问题,导致 CH340C 频繁断开;遇到此类问题可尝试更换 USB 口或加装外部供电;
驱动包获取:可从沁恒微官网下载最新版驱动,或者在第三方网站获取;常见驱动版本包括:v3.5.2025、v3.5.2020 等;
安装方式:
a. 将 CH340C 设备插入 Windows 电脑的 USB 接口;系统会提示“安装设备驱动程序”;
b. 如果电脑联网,Windows Update 会自动搜索并安装通用 ch341 驱动;若无法自动安装,可手动点“浏览此计算机以查找驱动程序”,定位到下载的驱动包目录,进行手动安装;
c. 安装完成后,在设备管理器(Device Manager)的“端口(COM & LPT)”栏目下会出现“USB-SERIAL CH340”或类似名称,分配一个 COM 端口号(如 COM3);驱动配置:可通过在设备管理器中右键 CH340 设备-属性-端口设置,设置波特率、数据位、校验位、停止位;如果需要硬件流控,还可在“高级”配置中启用 RTS/CTS 硬件流控;
注意事项:
Linux 系统驱动使用
内核支持:自 Linux 2.6.24 版本开始,内核已集成 ch341 驱动模块(ch341.ko);插入 CH340C 后系统会自动挂载;
驱动加载:若未加载可手动运行 modprobe ch341;
设备节点:驱动加载后会在 /dev 目录下生成 /dev/ttyUSB0、/dev/ttyUSB1 等设备文件,可通过 ls /dev/ttyUSB* 查看;
权限设置:默认 /dev/ttyUSB* 归属 root:tty 或 root:dialout 组,可通过 sudo usermod -a -G dialout <用户名> 将当前用户加入 dialout 组,重启后即可无需 sudo 访问串口;
串口调试:使用 minicom、screen、picocom 等终端工具进行串口通信调试;如需硬件流控支持,需要在工具启动时添加相应参数(如 minicom -b 115200 -D /dev/ttyUSB0 -o -c on -h on);
macOS 系统驱动安装
驱动包获取:可从沁恒微官网下载对应 macOS 版本驱动(通常支持 10.9—11.x);
安装流程:双击 .pkg 安装包,按照提示安装完成后需重启系统使 kext 生效;
驱动加载:安装后系统会自动加载驱动,插入 CH340C 设备后,可通过 ls /dev/tty.wchusbserial* 确认设备;
注意事项:在 macOS Catalina(10.15)及以上系统中,需在“系统偏好设置—安全性与隐私”中点击“允许”以信任驱动程序;否则会出现“系统扩展被阻止”提示,导致驱动无法加载。
嵌入式平台二次开发
USB Host 控制器:在基于 STM32、NXP、TI Sitara 等 MCU 的嵌入式主机平台上,通过 USB Host 接口与 CH340C 通信;一般可使用 STM32CubeMX 生成 USBH_CDC 或者 USB_USER 类库;
libusb 支持:在 Linux 嵌入式系统(如树莓派、BeagleBone)上,可直接使用内核 ch341 驱动,并通过 libusb 或 termios 进行高级控制;也可以绕过内核驱动,通过 libusb 进行设备底层读写;
驱动移植:在一些轻量级实时操作系统(FreeRTOS、RT-Thread)下,可参考开源项目移植 CH340C 的 USB Host 驱动,完成串口通信接口的封装;
八、常见应用场景与案例分析
CH340C 由于其低成本、高可靠性及易于使用的特点,被广泛应用于以下典型场景中:
单片机(MCU)开发板
Arduino 克隆板:许多第三方 Arduino 板(如 Arduino Nano、Arduino Pro Mini 克隆版)使用 CH340C 代替原版 FT232R,将 USB 转串口功能集成在板上,简化了外部 USB 转串口模块的使用;
STM32 开发板:部分 STM32 入门级开发板(如 STM32F103C8T6 最小系统板)集成 CH340C,方便用户通过 USB 直接下载程序,并进行串口调试;
ESP8266/ESP32 模块:某些 ESP8266/ESP32 开发板也会集成 CH340C,实现固件烧录及串口通信;
消费电子产品
路由器、NAS 固件升级:某些低成本路由器在调试固件或救砖时,会在主板上集成 CH340C,通过串口接口与主控 SOC 通信,实现固件下载;
嵌入式串口设备:如智能工控终端、楼宇自控模块等,需要通过 USB 与 PC 或上位系统通信,也可集成 CH340C 作为 USB 转串口桥梁;
工业控制与自动化
PLC 调试接口:部分小型 PLC 或可编程恒温器,通过 CH340C 将设备串口映射为 USB 端口,便于工程师在 PC 端进行参数配置与在线调试;
数采模块:数据采集模块(DAQ)常常需要将 RS232/RS485 信号转为 USB,与工业 PC 通信,CH340C 可通过配合电平转换芯片(MAX232、MAX485)完成此功能;
医疗设备
在一些需要实时数据采集与监控的医疗设备(如血糖仪、血压计、便携式心电图机)中,CH340C 可将内部 MCU 产生的串口数据通过 USB 传输至 PC 端软件,方便医疗人员进行数据存储和分析;3D 打印机与数控设备
3D 打印控制板:诸多国产或开源 3D 打印控制板(如基于 Arduino Mega2560 的 MKS 系列)使用 CH340C 作为 USB 烧录与通信接口;
数控雕刻机:DIY 数控雕刻机主控板集成 CH340C,将 G-code 数据从电脑传输到控制板,完成 CNC 运动控制;
九、驱动安装与调试遇到的常见问题及解决方案
尽管 CH340C 在应用中已非常成熟,但仍会遇到一些常见问题。下面总结一些典型问题及解决思路。
Windows 下设备无法识别或驱动安装失败
下载并安装最新的 CH340 驱动程序,注意选择符合系统位数(32-bit 或 64-bit)及内核版本的驱动;
更换 USB 线缆或直接插到主板后置 USB 接口,避免扩展坞供电不足;
在“设备管理器”中右键驱动项,点“更新驱动程序”,并选择“从计算机的设备驱动列表中选择”,手动指定驱动;
在 Windows 安全策略中允许加载未签名驱动(Windows 10 及以上版本需在“恢复”选项中禁用强制驱动签名);
检查 BIOS 或主板设置,确保 USB 端口已启用且未被禁用;
驱动版本与系统不匹配;
USB 口供电不足或线缆质量不佳;
系统对驱动不信任,阻止加载;
问题表现:插入 CH340C 设备后,在设备管理器中仍提示“未知设备”或带黄色感叹号,COM 口未生成;
可能原因:
解决方案:
串口数据收发异常、乱码严重
确保 PC 端串口调试工具中的波特率、数据位(常为 8 位)、停止位(1 位)、校验位(无校验)与外部 MCU 端保持一致;
如果传输大量数据,可启用硬件流控(RTS/CTS),在 CH340C 驱动高级设置中勾选“硬件流控制”;
优化 PCB 设计,缩短差分线长度并确认接地良好;
在驱动程序中调整串口缓冲区大小,或者使用定时器与 DMA 机制降低中断负载;
波特率设置不一致,导致数据采样率错误;
数据位、校验位、停止位设置不匹配,数据帧格式解析错误;
串口缓冲区溢出,丢失部分数据;
USB 线长度过长导致信号衰减或干扰;
问题表现:通过串口工具(如 SScom、PuTTY、XShell 等)发送数据时,接收端出现乱码或丢包;
可能原因:
解决方案:
Linux 下 /dev/ttyUSB* 串口权限问题
将当前用户添加到 dialout 组:sudo usermod -aG dialout <用户名>;然后注销并重新登录;
手动修改设备节点权限:sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0;但该方式为临时调整,重启后会恢复;
问题表现:以普通用户身份运行串口调试工具(如 minicom)时提示“打开 /dev/ttyUSB0 权限不足”;
可能原因:Linux 内核分配的设备节点归属 root:tty 或 root:dialout,普通用户没有读写权限;
解决方案:
macOS 驱动无法加载或设备卡死
在“系统设置—隐私与安全—安全与隐私”中找到“仍然被阻止的软件”提示,点击“允许”;
如果提示需要关闭 SIP(系统完整性保护),可在 Recovery 模式下通过终端运行 csrutil disable;完成后重启并重新安装驱动,安装后建议重新开启 SIP:csrutil enable;
更换高质量的 USB-C 转接头,或者使用官方推荐的 Type-A 转接线;
驱动未被 macOS 认可信任,被系统阻止加载;
macOS Sonoma 及以后版本对内核扩展(Kext)限制更严格,需通过系统设置授权;
USB-C 转接头质量过差,导致电压不足;
问题表现:安装驱动后重启,依然无法在 /dev 下看到 wchusbserial 设备;或者插入设备后无法访问,卡在初始化状态;
可能原因:
解决方案:
十、CH340C 系统级应用示例
为了更直观地了解 CH340C 的实际应用,下面给出两个典型的系统应用示例,并对关键电路设计与软件流程做简单说明。
示例一:基于 STM32 与 CH340C 的串口下载与调试系统
在 STM32 端:使用 STM32CubeMX 生成基于 USART1 的引导加载程序(Bootloader)或应用程序,通过 System Workbench for STM32 (SW4STM32) 或 Keil 将程序下载至 Flash;在应用层通过 HAL 库或 LL 库初始化 USART1,并设置波特率为 115200、8N1、无硬件流控;
在 PC 端:安装 CH340C 驱动后,通过串口调试工具(如串口调试助手、PuTTY)连接到对应 COM 端口,波特率与 MCU 保持一致;可发送调试命令或查看 MCU 通过 printf() 输出的调试信息;
流程示例:
a. CH340C 插入 PC,系统识别虚拟 COM3;
b. 在 STM32 上电后,通过 Bootloader 判断是否接收到跳转应用命令;若收到则跳转至主程序;
c. 主程序初始化 USART1,并在用户按键触发时输出“Hello, CH340C!”;
d. 在 PC 端观察串口调试工具可正常接收到字符串;选择 CH340C SSOP-16 封装,与 STM32 主控芯片共用 +5V 电源;
将 CH340C 的 TXD 接至 STM32 的 PA10(USART1_RX),RXD 接至 PA9(USART1_TX);为了保证电平兼容,STM32 I/O 设置为推挽输出(或复用模式);
如果需要硬件流控,可将 CH340C 的 RTS、CTS 分别连接到 STM32 的 PA12、PA11(可选 MODEM 管脚);在 PCB 上为这两条线预留滤波电阻和去耦电容;
USB 端口:使用 Micro-USB B 型母座,将 D+、D− 通过 22Ω 匹配电阻连接到 CH340C 的 2、3 号脚;VBUS 通过 10kΩ 下拉或直接连接至 VCC;在 D+、D− 引脚旁并联 0.1μF~0.47μF 电容做 EMI 滤波;
VCC 与 GND 去耦:在 CH340C VCC 与 GND 之间放置 1μF 和 0.1μF 陶瓷电容;V3(3.3V 输出)与 GND 之间并联 1μF 电容,用于为 STM32 的某些外设供电(如 LED 指示灯);
ESD 保护:在 D+、D− 线上并联 TVS 二极管,承受 ±15kV 空放;
硬件电路设计:
软件流程:
示例二:基于树莓派 Linux 系统的串口转接模块
树莓派系统启动后,插入该转接板,通过命令 lsusb 可看到 ID 为 1a86:7523 的设备,随后系统会自动加载 ch341 模块,成功创建 /dev/ttyUSB0;
在用户空间使用 python3 的 pyserial 库进行串口通信:
python复制编辑import serial
ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 9600, timeout=1)
ser.write(b'GET_STATUS ')
response = ser.readline()print(response.decode('ascii'))
ser.close()配置串口权限:如果出现权限拒绝,可执行 sudo usermod -aG dialout pi 将 pi 用户加入 dialout 组,或者直接使用 sudo 运行 python 脚本;
在高级应用中,还可借助 socat、screen、minicom 等工具对 /dev/ttyUSB0 端口进行桥接、调试或数据抓包;
以自制 USB 串口转接板为例,将 CH340C 通过五线制母座连接到树莓派的 USB Host 端口;
将 CH340C 的 TXD 接 RS232 转换芯片(MAX3232)的 R1IN;RXD 接 R1OUT;MAX3232 的 R1OUT 与 R1IN 之间完成 TTL/RS232 电平转换;
将 MAX3232 的 T1IN、T1OUT 与外部 RS232 设备(如 CNC 控制器)相连;完成 USB→TTL→RS232 的三级转换;
在 CH340C 的 CTS、RTS 引脚并联 10kΩ 上拉电阻,让硬件流控默认关闭,如需启用可改动 PCB 焊盘;
差分对与去耦同示例一,USB 端口使用 Type-A 母座并接 TVS;
硬件电路设计:
Linux 系统使用:
十一、CH340C 与同类芯片对比
为了帮助开发者更好地选择 USB 转串口芯片,以下从成本、功能、性能、兼容性等角度将 CH340C 与同类芯片(如 FT232RL、CP2102、PL2303)进行简单对比。
成本比较
CH340C:单颗芯片 BOM 成本约人民币 1.5 元左右(按批量采购);
FT232RL:单颗 BOM 成本约人民币 15 元左右(官方原装,国产渠道略低);
CP2102:单颗 BOM 成本约人民币 8 元左右;
PL2303:单颗 BOM 成本约人民币 3 元左右;
功能特性对比
USB 协议模式:CH340C、FT232RL、CP2102、PL2303 均支持 USB 2.0 全速;
串口波特率:CH340C 支持高达 2Mbps;FT232RL 支持 3Mbps;CP2102 支持 1Mbps;PL2303 支持 3Mbps;
接口输出:CH340C 仅支持 TTL UART、IrDA 模式,不支持 I2C、SPI 等;FT232RL 支持 D2XX DLL,可提供 8 路 GPIO;CP2102 可配置 UART、GPIO;PL2303 功能较为单一,只支持 UART;
ESD 保护:FT232RL 与 CP2102 内部集成 ESD 抑制;CH340C 需外部加 TVS;PL2303 同样需要外部保护;
驱动兼容性对比
CH340C:Windows、Linux、macOS 等主流系统均有驱动支持,开源社区文档较多;
FT232RL:官方驱动成熟、稳定,兼容性最好,但收费授权较贵;
CP2102:官方驱动兼容性良好,性能稳定,但相对价格较高;
PL2303:Prolific 官方驱动在 Windows 系统上偶有签名问题,部分新版 Windows 系统限制加载,同时 Linux 支持较好;
性能与稳定性对比
数据稳定性:FT232RL、CP2102 一直以来以高稳定性著称,在大批量工业应用中表现优异;CH340C 在近几年经过多次改进后性能已达到同类水平,但在极端高温或长时连续大数据传输时略逊色;
驱动更新:FT232RL 与 CP2102 在国际市场有官方长线支持;CH340C 虽由国内厂商维护,但社区支持度高,持续更新;PL2303 驱动更新相对缓慢;
能耗对比:CH340C 典型功耗约 10mA;FT232RL 典型功耗约 15mA;CP2102 典型功耗约 20mA;PL2303 典型功耗约 12mA;
十二、设计与应用中的常见注意事项
在实际项目中,我们需要关注电气、机械、软件调试等多个方面的细节,以下为开发者在使用 CH340C 时应该重点注意的几点。
USB 接口信号完整性
差分阻抗匹配要求:D+ 与 D− 线宽与线距需严格控制,以保证差分阻抗约为 90Ω~95Ω;
避免长距离走线:USB 线长度超过 15cm 时信号易衰减,建议 PCB 上尽量缩短走线长度并避免过多弯折;
永远不要让差分线与大电流或高频开关电路并行走线,以免产生串扰;
串口通信稳定性
带宽匹配与缓冲区管理:对于高波特率(500kbps~2Mbps)通信应用,需启用硬件流控或定时读取 FIFO,防止接收缓存溢出;
低速模式与休眠模式使用:当串口长时间无数据传输时,可通过软件将 CH340C 设置为省电状态;然后通过 DSR/RI 等信号唤醒;
串口电平转换:若与 RS232/RS485 接口通信,需选择合适的电平转换方案,并确保地线共地;
ESD 防护与电磁兼容
必须在 USB 差分线上加装 TVS 二极管,承受 ±15kV 级别的空气放电;
串口端与外部器件相连时,需要在 TXD、RXD 线上加装 TVS 或 TVS + 串阻滤波,提升抗干扰能力;
整体 PCB 设计时建议增设 EMI 滤波网络,如 USB 供电端用 EMI 滤波电感+陶瓷电容,减少恶劣电磁环境下对 CH340C 的影响;
驱动兼容与系统升级
Windows 系统更新后,可能会更新 USB 驱动签名策略,导致原有 CH340C 驱动失效;建议及时关注沁恒微官网发布的新版驱动;
在 Linux 内核升级后,旧版 ch341 内核驱动可能不再兼容,需要通过 dkms 等方式重新编译或升级内核模块;
macOS 大版本更新(如从 Catalina 升级到 Big Sur、Monterey),有可能屏蔽已安装的第三方内核扩展(kext),需重新授权或使用驱动替代方案;
十三、CH340C 驱动二次开发与定制
对于有特殊需求的项目,开发者可通过二次开发或修改驱动来实现个性化功能扩展。
Windows 驱动定制
基于 Windows DDK/WDK 开发:使用微软官方 DDK 工具包,对 CH340C 驱动源码进行裁剪、定制或添加自定义 IOCTL 通信;
安全签名:若需要在 Windows 10/11 x64 系统中正常加载,必须对内核驱动进行 WHQL 签名,否则会被系统阻止;可通过微软官方提供的签名服务进行签名;
自定义 VID/PID:修改驱动安装 INF 文件中的 VID=0x1A86、PID=0x7523 为自定义值,以匹配定制硬件;
Linux 驱动扩展
ch341 内核模块修改:在内核源码 drivers/usb/serial/ch341.c 中添加自定义接口,例如扩展 CBUS 管脚 GPIO 控制;
使用 udev 规则:在 /etc/udev/rules.d/ 中编写规则文件,自动调整设备节点权限或根据设备序列号分配固定 /dev/ttyUSB 名称;
libusb 方式:直接使用 libusb 在用户空间进行设备控制,绕过 ch341 驱动,便于实现数据拦截、虚拟串口多路复用等高级功能;
嵌入式二次开发与移植
移植到小内存实时系统:在 RT-Thread、AliOS 等 RTOS 上移植 ch341 驱动,完成 USB Host 与 CH340C 的底层通信;
定制 CBUS 引脚功能:编写针对 CH340C 的 I²C 或 SPI 驱动,通过外部 EEPROM 对 CBUS 配置进行动态修改;
增加电源管理:修改固件,使 CH340C 的休眠、唤醒信号通过 GPIO 或定时器触发,达到更低功耗设计;
十四、常见问题汇总与排查思路
在使用 CH340C 的整个生命周期中,开发与维护过程中会遇到各种软硬件问题,下面罗列常见问题并给出排查思路。
硬件层面问题
排查:测量 USB_VBUS 与 V3 输出电压;确认去耦电容是否正确放置;是否存在地环路或地弹起现象;
解决:改进 PCB 供电层次,保证地线连续;在 VBUS 输入端添加滤波电路;
排查:检查是否启用了硬件流控;串口波特率、数据位、校验位设置是否正确;RXD、TXD 是否受到其他电路干扰;
解决:启用硬件流控 RTS/CTS;加入适当的 RC 滤波;减少走线长度;在关键线加入屏蔽层或包地;
排查:检查 VBUS 与 VCC 是否正常供电;USB D+ 上的 1.5KΩ 上拉电阻是否完好;USB 差分走线是否做了阻抗匹配;是否漏接去耦电容或 TVS;
解决:确保 PCB 或面包板上差分匹配电阻 22Ω、上拉电阻 1.5KΩ 正确焊接;更换 USB 线或换 USB 接口调试;
USB 无法枚举
串口通信间歇性丢包
供电不稳定或功耗过高
软件层面问题
排查:检查是否有其他进程(如 ModemManager、brltty)占用了 /dev/ttyUSB0;
解决:通过 ps aux | grep ttyUSB0 查找占用进程,kill 对应进程或停用 ModemManager 服务;
排查:是否有多个 CH340C 设备同时插入;USB 端口兼容性问题;系统对设备热插拔管理异常;
解决:通过设备管理器或 dmesg 查看设备日志,确认设备 VID/PID;卸载冲突驱动并重新插入;
驱动安装后 COM 口号异常、大量波动
Linux 下串口打开报错“Device or resource busy”
十五、CH340C 设计实例详解
为了使读者更为直观地将理论知识应用到实际项目中,以下给出一个完整的 CH340C 设计示例,并详细剖析每个部分的设计依据与注意事项。
设计需求
在某工业级数据采集终端中,需要将多路 RS232 串口数据(共三路,速率可达 230400bps)汇总到主控板并通过 USB 与上位 PC 通信。要求:低成本、体积小;
同时支持三路独立串口,并可选择是否启用硬件流控;
具备抗电磁干扰能力,适应工业现场复杂环境;
USB 供电模式与外部 +5V 供电模式可选;
硬件方案概述
主控板:采用 STM32F103VET6,集成 USB OTG 全速 Host 和 Device;
CH340C 芯片:选用一颗 SSOP-16 封装 CH340C;
串口转换芯片:三路采用三颗 MAX3232,实现 TTL(RXD/TXD) 与 RS232(±12V) 电平互换;MAX3232 供电电压由 V3(3.3V)提供;
电源管理:设计双路供电切换电路,当外部 +5V 供电不可用时,自动从 USB_VBUS 取电;
PCB 尺寸:最终设计尺寸在 50mm×50mm 以内,适合集成到工业机柜端子排;
关键电路设计
采用四层板设计:顶层为信号层,底层为地平面,中间两层分别为电源 +5V 和 +3.3V;
地平面层贯穿整个 PCB,确保地线低等效串联电感;
USB 走线区与 MCU 区、MAX3232 区清晰分区,避免高速信号线穿越敏感模拟电路;
USB 端:D+、D− 引脚并联专用 USB TVS 二极管(如 PESD5V0S1UL);
RS232 端:三路 RS232 信号线上并联 TVS 二极管或 SMBJ7.0A 进行过压保护;
地线:USB 外壳与系统地通过 100Ω 连接,兼顾信号完整性与安全接地;
D+、D− 采用 0.2mm 宽、0.2mm 间距的差分走线,成对最短距离直连 CH340C;
差分线上每端串联一只 22Ω±5% 电阻,距离管脚 5mm 内完成布局;
D+ 引脚附近设置 1.5KΩ 上拉电阻连至 3.3V,以满足全速设备标准;
CH340C 的 TXD/RXD 与 MAX3232 的 RIN/TIN 相连接,MAX3232 的 TOUT/ROUT 则分别连接至三路 RS232 终端输出与输入;
在 TXD、RXD 与 MAX3232 之间并联 100Ω 串联 33pF RC 网络做滤波;
为兼顾硬件流控,将 CH340C 的 RTS1、CTS1、RTS2、CTS2、RTS3、CTS3 共六个引脚全部拉高并悬空(软件禁用硬件流控),如需启用可焊接适当的 10kΩ 上拉/下拉电阻;
USB 供电切换电路:使用一只肖特基二极管 D1 将外部 +5V 反向阻断,USB_VBUS 通过另一只肖特基二极管 D2 进入 VCC 供电;当外部 +5V 存在时,D1 正向导通,USB_VBUS 通过 D2 反向截止;当外部 +5V 不存在时,则由 USB_VBUS 通过 D2 供电;
CH340C 电源去耦:在 VCC、VBUS 与 GND 之间各并联 1μF 和 0.1μF 陶瓷电容,确保稳压器供电稳定;在 V3 与 GND 之间并联 2.2μF(低 ESR)与 0.1μF,保证 MAX3232 与 MCU 供电稳定;
串口接口:
USB 差分线走线:
ESD 防护设计:
PCB 分层与地平面:
软件系统设计
在 Windows 平台,安装 CH340C 驱动,系统自动分配三个 COM 端口(如 COM4、COM5、COM6);
采用 C# 或 Python 编写上位机应用:
· C# 示例:使用 System.IO.Ports.SerialPort 类打开 COM 口,设置波特率、数据位、校验位,使用 DataReceived 事件回调处理数据;
· Python 示例:使用 pyserial 库,通过 serial.Serial('COM4', 230400) 打开端口,并调用 read() 和 write() 方法进行双向通信;应用功能:支持三路 RS232 数据同时显示,并提供数据记录、错误报警(如串口断开或数据校验失败)功能;
使用 STM32CubeMX 配置:
· 启用 USB OTG FS 模式为 Host;
· 启用 USART1~USART3,波特率设置为 230400、8N1;
· 使用 FreeRTOS 创建三个串口数据接收任务,分别将接收到的 RS232 数据封装成 USB_HID 数据包或 Vendor 专用数据包,通过 USB Host 访问 CH340C;USB Host 驱动:基于 STM32Cube 库中的 HID Class 驱动为例,将 CH340C 识别为 CDC-ACM 设备后,枚举出三个虚拟 COM 端口;
数据汇聚与转发:当外部 RS232 设备发送数据时,STM32 接收后通过 USB_Host_Send 函数将数据传输到 PC 端;当 PC 端通过虚拟 COM 口发送指令时,STM32 将命令转发至对应 RS232 设备;
STM32 端固件:
PC 端应用软件:
十六、CH340C 常见技术文档与资源
为了快速获取 CH340C 的最新资料及调试工具,开发者应掌握以下渠道和常见文档内容:
官方技术手册(Datasheet)
内容包含:引脚定义、引脚电气特性表、典型应用电路、时序图、外部 EEPROM 配置方法、IO 复用设置等;
建议定期访问沁恒微官网 www.wch.cn 下载最新版 Datasheet;
驱动程序下载地址
Windows 驱动:https://www.wch.cn/downloads/CH341SER_EXE.html 或者 https://www.wch.cn/downloads/CH341SER ZIP;
macOS 驱动:https://www.wch.cn/downloads/CH341SER_MAC PKG;
Linux 驱动:内核自带,无需额外下载,但可参考用户社区 ch341 代码仓库获取最新补丁;
应用笔记与参考设计
沁恒微官网或社区博客中常见 CH340C 应用笔记,如《CH340C RS232 转换设计指引》、《CH340C 串口驱动使用详解》;
GitHub 上的开源项目:基于 CH340C 的 Arduino 克隆板电路、树莓派 USB 设备驱动示例、STM32 USB Host CDC demo;
社区论坛与技术支持
沁恒微技术论坛:提供 CH340C 驱动更新公告、常见问题解答、开发者互动板块;
知乎、掘金、CSDN 博客:大量开发者分享的 CH340C 调试经验及示例项目;
Stack Overflow、SegmentFault:针对 CH340C 在 Linux、macOS 下使用中遇到的具体问题,可搜索英文或中文帖子获取解决方案;
十七、CH340C 未来发展趋势与替代方案
随着 USB 3.0、USB Type-C 以及更加多样化接口需求的出现,USB 转串口芯片的应用场景也在不断变化。CH340C 作为成熟的 USB 2.0 全速转串口方案,在以下几个方面可能迎来新的机遇或替代方案。
USB Type-C 与 PD 兼容性
未来 USB 供电趋势从 USB 2.0 的 5V 向 USB PD 的多种电压(5V、9V、12V、15V、20V)扩展;CH340C 本身仅兼容 USB 2.0 VBUS=5V 供电,无法直接兼容 PD 协议;
将来如果需要在 Type-C 环境下使用 CH340C,可外部加装 USB PD 控制芯片进行 5V 输出后再供电给 CH340C;
集成度更高的 USB 转串口方案
市场上出现了集成多个串口通道(如四路、八路)的 USB 转串口芯片和模块,适用于大规模工业现场数据采集场景;
有些方案还将 USB 2.0 与 CAN、RS485、I2C、SPI 等总线集成在同一芯片,满足更丰富的接口需求;
支持 USB 3.0 全速或高速的转换芯片
USB 3.0 可达到 5Gbps 传输速度,对于高速数据采集、实时高清视频传输等应用场景更具优势;CH340C 仅支持 USB 2.0 全速,速率上存在线程瓶颈;
若应用需要更高带宽,可考虑使用 FT2232HL(支持双通道并支持高速 USB)、Cypress FX3 等更高速的 USB 转 UART 或 USB 转并行接口方案;
嵌入式 USB Host 与片上系统(SoC)融合趋势
现代嵌入式 SoC(如 Allwinner、Rockchip、NVIDIA Jetson Nano 等)自带多路 USB Host/OTG 接口,往往可直接用软件驱动实现对 USB 转串口设备的管理,减少对外部转换芯片的依赖;在此背景下,小批量低速数据场景依然会大量使用 CH340C,但大批量或高带宽需求将更多依赖 SoC 内置功能;
十八、总结与展望
CH340C 作为一种成熟的 USB 转串口转换芯片,凭借其低成本、易用性、广泛的操作系统支持以及稳定的性能,已在消费电子、嵌入式开发、工业自动化、医疗设备等领域得到广泛应用。通过本文的详细介绍,我们对 CH340C 的核心特性、内部架构、引脚功能、电气特性、硬件设计要点、驱动安装与调试、应用案例、替代方案等方面进行了全面剖析。
在实际设计中,工程师需要综合考虑电气性能与信号完整性、电源管理与去耦、系统兼容性与驱动支持、成本与体积限制等多方面因素,以确保 CH340C 能够在目标应用场景中可靠、高效地运行。与此同时,随着 USB 技术的不断演进与各种新型接口需求涌现,CH340C 也面临着升级与替代的压力。虽然对于大多数低速串口需求,CH340C 仍然具备显著的竞争优势,但在高速、大带宽、多接口融合的场景下,功能更强大的 USB 转换方案也将成为市场的新宠。
未来,如果要继续在更高性能、更低功耗、更小尺寸以及更强兼容性方面进行创新,CH340C 也有可能推出衍生型号或升级版本,如支持 USB3.0、支持 PD 协议下多电压供电、集成更多串口通道、增强硬件加密与安全性等。对于开发者而言,深入理解 CH340C 的基础知识与实际应用经验,将有助于在各种电子产品与嵌入式系统中做出更加合理的器件选择并快速完成项目开发。希望本文能够为广大工程师提供详尽的参考资料,帮助您快速上手 CH340C,实现高质量的设计与研发。