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使用 CP2102C 和 STM32L073RZ,为嵌入式系统添加可靠的 USB-UART 通信功能

面向现代嵌入式应用的 USB-UART 转换解决方案

USB UART 6 Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 10月 06, 2025

点击板

USB UART 6 Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

将 USB 信号转换为 UART,便于在 POS 终端、游戏控制器和数据记录仪等设备中轻松集成 USB 连接功能

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

USB UART 6 Click 基于 Silicon Labs 的 CP2102C USB-转-UART 桥接芯片,为工程师提供了一种简单方式将 USB 信号转换为 UART 串行通信。CP2102C 在单一封装内集成了 USB 2.0 全速功能控制器、USB 收发器、振荡器及通用异步收发器(UART),无需外部元件即可消除固件复杂度,使开发者能够以最少的开发时间为应用增加 USB 功能。凭借这些特性,USB UART 6 Click 是将 RS-232 设计升级至 USB 的理想选择,也适用于 POS 终端、USB 加密狗、游戏控制器、医疗设备和数据记录仪等需要高速 USB-转-UART 通信的应用场景。其集成的 USB 收发器无需外部电阻,并包含 512 字节发送与接收缓冲区,内部 48MHz 振荡器也免去了外部晶振需求。设备支持 USB 2.0 全速(12Mbps)运行,且兼容标准 CDC 驱动程序,无需自定义驱动,即可简化在多种操作系统下的集成。该 Click 板采用 MIKROE 新推出的 “Click Snap” 独特设计格式。与标准版 Click 板不同,该设

计允许主传感器/IC/模块区域通过断开 PCB 独立使用,从而为实现带来更多可能性。借助 Snap 功能,CP2102C 可通过标记为 1-8 的引脚直接访问信号实现自主运行;Snap 部分还包含指定的固定螺丝孔位,用户可将其稳固安装在目标位置。该板通过标准 UART RX/TX 引脚与主机 MCU 建立通信,并通过 CTS 和 RTS 引脚实现硬件流控。默认通信速率为 115200bps,确保高效数据交换。板上还配有黄色 SUS LED 指示灯,当总线检测到挂起信号时显示 CP2102C 进入挂起模式;进入挂起状态时,CP2102C 会同时断言 USB Suspend 和 Resume 信号,用于自身及外部电路的电源管理;在 USB 枚举期间设备复位后,挂起信号也会保持断言直至配置完成。为了在 Snap 区域有限空间内提供完整功能并全面访问 CP2102C 信号,板上将 IC 的部分引脚引至未焊接的 1×8 排针,以便设计者可接入复位、USB 挂起(SUS)信号,以及 RI、DCD、DTR、DSR 等调制

解调器控制信号(振铃指示、载波检测、终端就绪、数据集就绪),确保所有关键控制与状态线在高级配置、调试和定制应用中可用。为管理 CP2102C IC 的工作,USB UART 6 Click 集成了 Analog Devices 的 MAX40200,通过 EN 引脚实现传感器的使能或禁用。该 Click 板仅支持 3.3V 逻辑电平工作;此外,可通过 Snap 区域的 VIO SEL 跳线选择逻辑电压源,用户可在 3.3V mikroBUS 电源轨和通过 VDD 引脚外部供电(3V\~3.6V 范围)之间切换,确保多种系统供电配置下的灵活性。Snap 区域还设有 VRG SEL 跳线,可选择 IC 内部 5V 稳压器的电源来源。当使用内部稳压器并处于 USB 连接激活(自供电模式)时,VDD 引脚提供 3.3V 输出电压,便于外部使用或监控。在使用不同逻辑电平的 MCU 之前,板上必须进行适当的电平转换。此外,USB UART 6 Click 提供配套软件库,包含易用函数与示例代码,可作为后续开发的参考。

USB UART 6 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64搭载STM32L073RZ MCU提供了一个经济实惠且灵活的平台,供开发人员探索新的想法并原型化其设计。该板利用了STM32微控制器的多功能性,使用户能够为其项目选择性能和功耗之间的最佳平衡。它采用LQFP64封装的STM32微控制器,并包括一些必要的组件,例如用户LED,可以同时作为ARDUINO®信号使用,以及用户和复位按钮,以及用于精准定时操作的32.768kHz晶体振荡器。设计时考虑了扩展性和灵活性,Nucleo-64板具有ARDUINO® 

Uno V3扩展连接器和ST morpho扩展引脚标头,为全面项目集成提供了对STM32 I/O的完全访问权限。电源选项具有适应性,支持ST-LINK USB VBUS或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个内置的ST-LINK调试器/编程器,具有USB重新枚举功能,简化了编程和调试过程。此外,该板还设计了外部SMPS,以实现有效的Vcore逻辑供电,支持USB设备全速或USB SNK/UFP全速,以及内置的加密功能,增强了项目的功耗效率和安全性。通过专用

连接器提供了额外的连接性,用于外部SMPS实验、ST-LINK的USB连接器和MIPI®调试连接器,扩展了硬件接口和实验的可能性。开发人员将通过STM32Cube MCU软件包中全面的免费软件库和示例得到广泛的支持。这与与各种集成开发环境(IDE)的兼容性相结合,包括IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM和STM32CubeIDE,确保了平稳高效的开发体验,使用户能够充分发挥Nucleo-64板在其项目中的功能。

Nucleo 64 with STM32L073RZ MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

192

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Device Enable / ID SEL
PC12
RST
UART CTS / ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
UART RTS
PC14
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

USB UART 6 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

软件支持

库描述

USB UART 6 Click 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。

示例描述
本示例演示了 USB UART 6 Click 开发板作为 USB-转-UART 桥接器的功能。它可在 USB 主机与 UART 设备之间实现双向通信,通过在 USB 与 UART 接口间转发接收到的数据来完成数据交互。

关键功能:

  • usbuart6_cfg_setup - 此函数将 Click 配置结构体初始化为默认值。

  • usbuart6_init - 此函数初始化该 Click 开发板所需的全部引脚和外设。

  • usbuart6_generic_write - 此函数通过 UART 串行接口写入指定数量的数据字节。

  • usbuart6_generic_read - 此函数通过 UART 串行接口读取指定数量的数据字节。

  • usbuart6_enable_device - 此函数通过将 EN 引脚设置为高电平来启用设备。

应用初始化
初始化日志记录器和 Click 开发板,并启用设备。

应用任务
持续从一个 UART 接口读取数据并转发到另一个接口,实现无缝的 USB 与 UART 数据双向传输。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief USB UART 6 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the USB UART 6 Click board's ability to act as a USB-to-UART bridge.
 * It enables bidirectional communication between a USB host and a UART device by forwarding 
 * received data between the USB and UART interfaces.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the logger and the Click board and enables the device.
 *
 * ## Application Task
 * Continuously reads the data from one UART interface and forwards it to the other,
 * enabling seamless USB to UART data transfer and vice versa.
 *
 * @note
 * Make sure the USB UART 6 Click is properly connected to a USB host and the 
 * mikroBUS socket, and that both UART interfaces are configured for the same baud rate.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "usbuart6.h"

#define PROCESS_BUFFER_SIZE 200

static usbuart6_t usbuart6;
static log_t logger;

static uint8_t app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    usbuart6_cfg_t usbuart6_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    usbuart6_cfg_setup( &usbuart6_cfg );
    USBUART6_MAP_MIKROBUS( usbuart6_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == usbuart6_init( &usbuart6, &usbuart6_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    usbuart6_enable_device ( &usbuart6 );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms ( 100 );

    // Dummy read to enable RX interrupts
    uart_read( &usbuart6.uart, app_buf, 1 );
    uart_read( &logger.uart, app_buf, 1 );
}

void application_task ( void ) 
{
    if ( uart_bytes_available ( &logger.uart ) ) 
    {
        app_buf_len = uart_read( &logger.uart, app_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
        if ( app_buf_len > 0 )
        {
            uart_write ( &usbuart6.uart, app_buf, app_buf_len );
            memset( app_buf, 0, app_buf_len );
            app_buf_len = 0;
        }
    }
    if ( uart_bytes_available ( &usbuart6.uart ) ) 
    {
        app_buf_len = uart_read( &usbuart6.uart, app_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
        if ( app_buf_len > 0 )
        {
            uart_write ( &logger.uart, app_buf, app_buf_len );
            memset( app_buf, 0, app_buf_len );
            app_buf_len = 0;
        }
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

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