The Intelligent Technology Company Silicon Labs 社 USB-UART ブリッジの魅力 文書管理番号：ELS100-00002 2014 年 11 月 ELS100-00002 Silicon Labs 社 USB-UART ブリッジの魅力 目次 １ はじめに ................................................................................................................... 3 ２ USB-UART ブリッジの魅力 ......................................................................................... 3 ３ USB-UART ブリッジ IC CP2104................................................................................... 3 ３-１ CP2104 の特徴 ........................................................................................................................ 4 ３-１-１ UART インターフェイス仕様 ................................................................................................... 4 ３-１-２ 水晶発振器、電圧レギュレータ、USB プリアップ抵抗を内蔵 ................................................... 4 ３-１-３ 内蔵電圧レギュレータの使い方 ............................................................................................. 4 ３-１-４ 内蔵電圧レギュレータを使用しない場合 ................................................................................ 6 ４ CP2104-EK 評価ボードの使い方 ................................................................................ 6 ４-１ 仮想 COM ポート・ドライバのインストール .................................................................................. 6 ４-２ 仮想 COM ポート・ドライバ ........................................................................................................ 7 ５ Vender ID, Product ID について .................................................................................. 7 ５-１ Silicon Labs 社から VID の貸し出し ........................................................................................... 8 ５-２ 手続きに必要な情報 ................................................................................................................ 8 ６ VIP, PID 変更に伴うカスタマイズの方法....................................................................... 9 ６-１ 内蔵 ROM の情報を修正する方法 ............................................................................................. 9 ６-２ Silicon Labs 社による出荷時の変更につきまして ...................................................................... 11 ６-３ 仮想 COM ドライバをカスタマイズする方法 .............................................................................. 12 ７ その他のラインナップ ............................................................................................... 17 改版履歴 .................................................................................................................... 18 参考文献 .................................................................................................................... 18 ver. 2.0 2014 年 11 月 2/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 １ はじめに この資料は、エルセナ取り扱い製品の魅力と使用方法を解説するシリーズ資料です。 本資料では、Silicon Labs 社の USB-UART ブリッジチップを取り上げその機能と利便性をご覧いただけ れば幸いです。 ２ USB-UART ブリッジの魅力 最近のノートパソコンには、シリアル・ポート（COM ポートなど）やパラレル・ポート（セントロニクス・インタ ーフェイスなど）が装備されていません。現在のノートパソコンにおけるシリアル・インターフェイスの標準は USB インターフェイスになっています。USB ではかつてのシリアル・ポートの様にポートに対してリード/ライ トを行えばデータの入出力ができるものにはなっていません。 PC と接続される側には USB コントローラーを実装しファームウェアを作成して通信を確立しなければな りませんし、PC 側もドライバが必要になります。 単に PC から周辺機器を制御したり、データのやり取りを行いたいだけであれば USB 回りの設計に時間 をかけたくないというのが心情だと思います。 ここに紹介します Silicon Labs 社の USB-UART ブリッジを使用することでその問題を解決できます。 ３ USB-UART ブリッジ IC CP2104 下記に CP2104 の評価ボードを示します。 外付け部品もほとんどなく、マイコンの UART ポートに接続する場合には RS232C トランシーバーも不要 です。簡単にシリアル通信のための USB ポートを基板上につくることができます。 ver. 2.0 2014 年 11 月 3/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 ３-１ CP2104 の特徴 ・USB 2.0 フル・スピード（12Mbps）に対応 ・シリアル・ポートのボーレートは、300bps ∼ 2Mbps ・仮想 COM ドライバ・サポート Windows 8 /7/ Vista / XP /Server 2003/2000 Mac OS-X Linux ・4mm x 4mm 24 ピン QFN パッケージ ・動作周囲温度 - 40℃ ∼ + 85℃ ・ベンダ ID, プロダクト ID の変更が可能 ３-１-１ UART インターフェイス仕様 CP2104 がサポートしているデータフォーマットとボーレートを以下に示します。 ３-１-２ 水晶発振器、電圧レギュレータ、USB プルアップ抵抗を内蔵 CP2104 は、USB Full-Speed (12Mbps )の規格（±0.25%誤差）を満たす高精度オシュレータを内蔵して おり外部にオシュレータを用意する必要がありません。 また、CP2104 は 5.0V から 3.45V を生成する電源レギュレータを内蔵しており USB バスパワーでの動 作もしくはセルフパワーでの動作が外付け部品なしで実現できます。 USB D+ラインには Full-Speed の規格に準じた 1.5kΩのプルアップ抵抗を内蔵しています。 これらによって大変外付け部品の少ない構成で USB-UART のブリッジ機能を実現します。 ３-１-３ 内蔵電圧レギュレータの使い方 USB バスパワー電圧 5V を使用する場合、内蔵の電源レギュレータで VBUS(5V)から 3.45V を生成し CP2104 を動作させるとともに内部で生成した 3.45V を外部に出力（供給）できるようになっています。 レギュレータは最大 100mA まで供給可能で、CP2104 の消費電流は 18.5mA(max)ですので 80mA 程 度の他デバイスへの供給が可能になります。 以下にバスパワーを使用する接続を示します。 ver. 2.0 2014 年 11 月 4/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 Note 1: CP2104 は 2kV までの ESD 耐圧をもっています。ほとんどの場合十分な性能ですが保護用の ダイオード(ESD Suppressor )を挿入することで 15kV 程度までの ESD 耐圧を実現することがで きます。データシートでは Littkefuse 社 SP0503BAHT が紹介されています。また同等製品とし て以下の製品も使用することが可能です。 STMicro : USBLC6-2xx6 California Micro Devies : PACDN043Y4 Cooper Industries : 0603ESDA Note 2:RST*ピンは内部でプルアップされているためオープンでも入力レベルがフローティングになるこ とはありません。しかしながらノイズ環境でご使用の場合、外部プルアップ抵抗(4.7kΩ程度)を 実装することでノイズの影響を受け難くすることができます。 Note 3:VIO ( I/O 電源電圧入力)を直接 VDD に接続することができます。あるいは 1.8V 以上の電圧で I/O インターフェイス電源を供給することができます。 Note 4:内蔵 One-Time Programmable ROM を USB 経由でプログラムする場合 4.7μF のキャパシターを GND 間に接続する必要があります。 ver. 2.0 2014 年 11 月 5/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 ３-１-４ 内蔵電圧レギュレータを使用しない場合 以下にセルフパワー（内蔵レギュレータをバイパス）接続を示します。 ４ CP2104-EK 評価ボードの使い方 CP2104-EX 評価用ボードには、USB-シリアル(RS-232C)変換基板、USB ケーブル、シリアルケーブル、 CD-ROM（仮想 COM ポート・ドライバ、USB ドライバ for windows など）が梱包されています。 ４-１ 仮想 COM ポート・ドライバのインストール 仮想 COM ポート・ドライバは以下の Silicon Labs 社のサイトより最新版が入手できます。 https://www.silabs.com/products/mcu/Pages/USBtoUARTBridgeVCPDrivers.aspx VCP Diver Kit をダウンロードしたファイル構成を以下に示します。 ver. 2.0 2014 年 11 月 6/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 CP210xVCPInstaller_86.exe : windows XP/Server 2003/Vista/7/8 32bit 版 インストーラー CP210xVCPInstaller_64.exe : windows XP/Server 2003/Vista/7/8 64bit 版 インストーラー * windows 2000 版のインストーラーも同ページにあります。 ４-２ 仮想 COM ポート・ドライバ このドライバを使用すると、PC の USB ポートを COM ポート（RS-232C）として使用することができま す。 コントロール・パネルからデバイスマネージャーを開いていただくと USB-UART ブリッジが COM ポート として割り当てられていることが確認できます。 この例の場合 COM ポート 4 に割り当てられています。 これにより”Hyper Terminal”などの既存ターミナル・ソフトウェアを使用してすぐにご評価/動作確認が できます。 ５ Vender ID, Product ID について USB はプラグに USB 機器が接続された時、動的にドライバを読み込み、またプラグが抜かれた時、ドライ バが解除可能なプラグ＆プレイを可能にしています。 USB 機器が接続された時、適切なドライバを読み込むために供給者識別(VID:Vender ID)と製品識別 ver. 2.0 2014 年 11 月 7/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 (PID:Product ID)の組み合わせを使用します。 供給者識別(VID)は有償で USB Implementers Forum Inc.から供給されています。 CP2104 は Silicon Labs 社からの出荷時点で以下のデフォルト値をもっています。 Vender ID : 10C4h Product ID : EA60h この VID/PID の組み合わせは、多数のお客様がご使用されている可能性があります。同一の VIP/PID を 持つ製品が同じ PC に接続された場合、正常に認識できない可能性があります そのため、この値をそのままお使いいただくことはおすすめしておりません。 しかし、他社様との競合が発生する可能性がない場合はこの限りではありません。 もし、お客様が新規に VID を取得される場合は USB Implementers Forum Inc.と手続きを行う必要がありま す。エルセナでは手続きの代行業者様をご紹介することもできますのでエルセナまでお問い合わせください。 また、御社にて VID の取得が難しい場合、Silicon Labs 社の VID をお貸しすることも可能です。 以下にその方法を記します。 ５-１ Silicon Labs 社から VID の貸し出し お客様にて VID の取得が難しい場合、Silicon Labs 社の VID をお貸しさせて頂き、お客様専用の PID を割り振ることも可能です。この場合、PID は、Silicon Labs 社から指定させて頂きます。 この手続きにつきましては、以下の情報が必要となります。この情報を以下の URL に直接入力して頂 き、Silicon Labs 社へ申請して頂く必要性がございます。 (注① 尚、御社向けのユニークな PID は、ご登録頂いたメールアドレスに対し、Silicon Labs 社より直接連絡 が参ります。 このお手続きにて、ご不明な点がございましたら、弊社までお問い合わせください。 【 Silicon Labs 社のサイト：PID Request Form 】 https://www.silabs.com/support/Pages/PIDRequestForm.aspx ５-２ 手続きに必要な情報 Company Information ： 会社情報 - 社名、住所、電話番号 Technical Contact Information ： ご担当者情報 - ご氏名、電話番号、メールアドレス（Silicon Labs より連絡が届くメールアドレスになりま す） Product Information ： 製品情報 - Silicon Labs Product : プルダウンメニューより “Interface ‒ USB Briges”を選択 ver. 2.0 2014 年 11 月 8/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 - Silicon Labs Part Number : プリダウンメニューより該当品番を選択 - Your Product Name & Model Number : 御社製品名とモデル番号(注② - Short Description of Your Product : 簡単な製品概要 (注② - Estimated Timing for Production Ramp : プリダウンメニューより凡その出荷時期を選 択 - Comments : コメントがございましたら、ご記入ください。 ⇒ 誠にお手数ですが、英文にてお願い申し上げます。 (注① 尚、USB 認証を取得される場合は、お客様自身で VID を取得する必要がございます。 (注② Silicon Labs 社内で参照させて頂くだけとなります。可能な範囲での情報提供で結構でございま す。 ６ VIP, PID 変更に伴うカスタマイズの方法 VIP, PID を変更する場合、以下の双方を修正する必要があります。 ① CP2104 に内蔵されている ROM の内容 ② ご使用される仮想 COM ドライバの内容 Silicon Labs 社は、これらを修正するためのツールを提供しております。まずは“内蔵 ROM のカスタマ イズ方法“について説明いたします。 ６-１ 内蔵 ROM の情報を修正する方法 PC と CP21xx が搭載されているボードの USB を介して接続し、Silicon Labs 社が提供する無償ツール （AN144sw）を使用することで、内蔵 ROM に格納されている各情報をカスタマイズすることができます。 外付け部品や、専用ケーブル等を別途準備する必要はございません。 修正ツール“AN144sw” は下記 Silicon Labs 社のサイトからダウンロードができます。 https://www.silabs.com/products/interface/usbtouart/Pages/usb-to-uart-bridge.aspx Tools タブより、AN144sw をダウンロードします。 次に PC に CP21xx を接続し、認識させます。CP2102/2103/2104/2105 の場合、ドライバをインストール していないときには、事前にドライバをインストールしておいて下さい。 ver. 2.0 2014 年 11 月 9/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 PC が CP21xx を認識したら、“AN144sw”を起動します。 該当デバイスが CP2104 の場合、CP210xSetIDs.exe を選択、起動します。 下図の赤枠「Serial Number」に文字列が表示されていれば、CP21xx が正常に認識されています。空 欄になっている場合には正常に認識できておりませんので、接続をお確かめください。 【CP210xSetIDs.exe 画面：CP2104 接続時】 【 修正方法 】 変更を加えたい項目にチェックを付け、変更値を入力します。 最後に”Program Device”をクリックすることで書き換えが実行されます。 ver. 2.0 2014 年 11 月 10/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 CP2104 の内蔵 ROM は、OTP(One Time Programmable)メモリになっており一度しか修正できませんの でご注意ください。 ６-２ Silicon Labs 社による出荷時の変更につきまして ご量産時など数量の多い場合、Silicon Labs 社で変更しお客様へ納入することも可能です。 Silicon Labs 社にて書換えを行なう際の諸条件は、以下のようになります。 MOQ（最小発注数量）： 1,500pcs （リール品） 価格：IC 単価と書き込み費用、及び、別途初期費用が必要になります。（別途ご相談ください） セミカスタム品となる為、途中でのキャンセルはお受けできません。 特殊な Serial Number の割り振りを行なう場合は、別途費用が発生します。（通常の Serial Number の割り振りは、カウントアップ、ランダムとなります。） 書換えをご要望される場合、エルセナまでお問合せください。申請に必要な書類をお送りいたします。 尚、納入までのフローは以下の様になります。 ① 書類（カスタムシート）に必要事項をご記入頂き、エルセナまでご送付ください。 ② カスタム品の Sample を 3pcs 納入させて頂きます。この Sample をご評価頂き、問題ないかどう かご確認ください。問題がなければ、カスタム品番が付与されます。尚、Sample 品の準備には、 必要書類をお送り頂いてから、おおよそ 3 週間程お時間を頂いております。 ③ 問題がなければ、書類（Custom Product Acceptance Form）にサインを頂き、カスタム品番の量 産が開始されます。 ④ 量産時は、このカスタム品番にてオーダー頂くことにより、書き込まれた状態で納品されます。 ver. 2.0 2014 年 11 月 11/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 ６-３ 仮想 COM ドライバをカスタマイズする方法 内蔵 ROM 修正ツール”AN144sw”と同様の Tools タブから”AN220sw”をダウンロードします。 AN220sw.exe を起動すると以下の画面が表示されます。 画面の指示に従って設定を行い、Next ボタンをクリックしてください。注意画面が表示され Next ボタンの クリックで対象 OS の選択画面になります。 ver. 2.0 2014 年 11 月 12/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 ver. 2.0 2014 年 11 月 13/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 ver. 2.0 2014 年 11 月 14/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 ver. 2.0 2014 年 11 月 15/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 ドライバ生成の完了です。 ver. 2.0 2014 年 11 月 16/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 ７ その他のラインナップ 以下に USB-UART ブリッジ IC のラインナップとそれぞれの特徴を記します。 エルセナ日本語技術資料データベース(ETS)をエルセナ公式 WEB サイトで公開しております。 http://www.elsena.co.jp/elspear/ets/index.html 当データベースでは、Silicon Labs 社 USB-UART ブリッジ製品の - 各 FAQ 集（基本情報編、ドライバ編、H/W 実装編、トラブルシューティング編”） - 日本語参考和訳 を掲載しておりますので、データシートとともにご参照ください。 また、ご不明な点ございましたら弊社までお問い合わせいただけますようお願いいたします。 ver. 2.0 2014 年 11 月 17/18 ELSENA, Inc. ELS100-00002 改版履歴 Version 改定日 改定内容 1.0 2013 年 11 月 ・新規作成 2.0 2014 年 11 月 ・メーカー名称修正 ・ 参考文献 Silicon Labs 社 CP2104 データシート Rev.1.0 免責、及び、ご利用上の注意 弊社より資料を入手されましたお客様におかれましては、下記の使用上の注意を 一読いただいた上でご使用ください。 1. 2. 3. 4. 5. 本資料は非売品です。許可無く転売することや無断複製することを禁じます。 本資料は予告なく変更することがあります。 本資料の作成には万全を期していますが、万一ご不審な点や誤り、記載漏れなど お気づきの点がありましたら、弊社までご一報いただければ幸いです。 本資料で取り扱っている回路、技術、プログラムに関して運用した結果の影響に ついては、責任を負いかねますのであらかじめご了承ください。 本資料は製品を利用する際の補助的なものとしてかかれたものです。製品をご使 用になる場合は、英語版の資料もあわせてご利用ください。 本社 〒163-0928 東京都新宿区西新宿 2-3-1 新宿モノリス 28F TEL 03-3345-6205 FAX 03-3345-6209 松本オフィス 〒390-0815 長野県松本市深志 2-5-26 松本第一ビル 8F TEL 0263-39-6134 FAX 0263-39-6135 西日本オフィス 〒530-0005 大阪府大阪市北区中之島 2-3-33 大阪三井物産ビル 14F TEL 06-6227-6914 FAX 06-6227-6915 名古屋オフィス 〒451-0045 名古屋市西区名駅 2-27-8 名古屋プライムセントラルタワー20F TEL.052-566-2513（代） FAX.052-566-2514 福岡オフィス 〒810-0001 福岡市中央区天神 4-1-1 第７明星ビル 9F（マクニカオフィス内） TEL092-720-6050 FAX 092-771-1584 ver. 2.0 2014 年 11 月 18/18 ELSENA, Inc.
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