USB转串口扫盲

Q1、CH340 为什么 叫 U转串 而不叫 串转U 芯片

• 本质相同： “U转串” 和 “串转U” 指的都是 同一个双向转换功能 (USB ⇄ Serial TTL/UART)
• “U转串” (USB to Serial)： 描述的是 从主机视角看过去的功能 - 将电脑的 USB 口“扩展”出一个串口
• “串转U” (Serial to USB)： 描述的是 从设备（嵌入式端）视角看过去的功能 - 将设备的串口信号“变成”USB 信号发送给电脑
• 市场销售： 在淘宝、京东等平台搜索时，“USB 转 TTL 串口”、“USB 转串口模块”、“U转串模块” 是最常见的关键词，因为商家知道买家一般是想用电脑的 USB口 连 串口 设备，所以CH340被称为“U转串芯片”，符合主流应用场景和市场。

Q2、开发板上有个 串口转usb 的usb口，接在我的 window 主机的 usb 口，为什么需要在 windows 上装驱动才能识别到开发板中的串口，串口转usb芯片不是在开发板上吗？开发版的驱动已经支持了啊

• 核心概念：USB 通信是“主从”架构

• 主机 (Host)： Windows 电脑是 USB 通信的主机。它负责控制总线、提供电源、枚举设备、加载驱动、管理数据传输。主机端需要驱动才能理解设备发来的数据。

• 设备 (Device)： 开发板是 USB 设备。它遵循 USB 协议，向主机报告自己的身份（通过 USB 描述符），并响应主机的请求。开发板上的 USB 转串口芯片（如 CH340, CP2102, FT232 等）或固件（如 STM32 的 USB CDC）实现了设备端的功能。

• 开发板上的“串口转 USB”做了什么？

  • 硬件电平： 将UART上的TTL电平信号转换USB电平
  • 协议转换： 将数据打包成符合 USB 协议的数据包
  • 描述自身： 发送USB描述符给主机， 包含 厂商 ID (VID) 和 产品 ID (PID)，设备类 (Class)、子类 (SubClass)、协议 (Protocol)

• Windows 电脑端还需要安装驱动？

  • 驱动作用：当 Windows 接收到开发板发来的 USB 描述符（包含 VID, PID, Class 等信息）后，实现与这个特定的设备通信以及将接收到的 USB 数据包解释成串行数据流

  • 情况一：开发板USB声明自己是标准 CDC/ACM 类 (Class=0x02, SubClass=0x02, Protocol=0x01) Windows 内置了通用的 usbser.sys 驱动来处理标准的 CDC/ACM 设备。此时，Windows都是免驱的，会自动加载USB标准驱动，创建一个虚拟 COM 端口。

  • 情况二：开发板USB使用了厂商特定的 VID/PID 或非标准协议：绝大多数 USB 转串口芯片（如 CH340, CP210x - 早期版本, FT232, PL2303）虽然最终目的是实现串口功能，但它们并没有严格使用标准的 CDC/ACM 描述符和协议。当 Windows 看到这个特定的 VID/PID 组合（比如 CH340 的 VID=1A86, PID=7523），它在内置驱动库 (usbser.sys) 里找不到匹配项。结果Windows检测到一个新硬件（VID=1A86, PID=7523），但不知道它是什么，也不知道如何通信。需要这个设备的‘操作手册’（驱动）”，就需要在 Windows 主机上安装由该芯片厂商（如 WCH 沁恒电子 对于 CH340）提供的特定驱动程序。

  • 为什么有的开发板“免驱”： 如果开发板的USB严格实现了标准 CDC/ACM 规范并正确声明了 Class/SubClass/Protocol，那么 Windows (以及 Linux/macOS) 内置的通用 CDC/ACM 驱动 (usbser.sys) 就能直接识别和使用它，无需额外安装驱动

  • 为什么大部分需要驱动： 因为它们使用了成本更低、更常见、但使用了厂商私有协议 的 USB 转串口芯片（如 CH340, CP210x - 非原生CDC, FTDI, PL2303），因为Windows没有内置这些私有协议的驱动，所以必须在主机上安装芯片厂商提供的特定驱动。

Q3、总结与关键点：

• 开发板 (设备)： 负责物理信号转换 + 按照某种协议 (标准CDC/ACM 或厂商私有) 通过 USB 发送/接收数据包 + 报告自己的身份 (描述符)。

• Windows 电脑 (主机)： 负责识别设备身份 + 加载对应的驱动 (内置通用驱动(usbser.sys)或厂商特定驱动) + 使用驱动提供的“翻译规则”与设备通信 + 创建和管理虚拟 COM 端口。

• 结论：只要设备端“串口转 USB”使用的协议不是 Windows 内置通用驱动 (usbser.sys) 所支持的标准USB CDC/ACM，就必须在Windows主机端上安装该芯片厂商提供的特定驱动，驱动用于识别设备端的USB硬件（厂商私有协议）并通信。