USB-TTL Dönüştürücü: CH340, CP2102 Kullanımı ve Bağlantısı

USB-TTL dönüştürücü, bilgisayarın USB portunu mikrodenetleyicilerin konuştuğu seri haberleşme (UART) diline çeviren küçük bir karttır. Arduino Pro Mini, ESP-01 ve ESP32-CAM gibi üzerinde USB soketi olmayan kartlara kod yüklemek, bir modülün içinden akan seri mesajları okumak ya da GPS ve Bluetooth modüllerini bilgisayardan doğrudan ayarlamak için bu karta ihtiyaç duyarsın. Aslında her Arduino Uno ve Nano'nun üzerinde bunun bir kopyası zaten vardır; dönüştürücü, o devreyi ayrı ve taşınabilir bir modül hâline getirir.

Bu rehberde dönüştürücünün pinlerini, en sık yapılan hata olan TX-RX bağlantısını, 3,3 V ve 5 V lojik seviyesini seçen jumper'ı ve Windows, macOS ile Linux'ta sürücü kurulumunu öğreneceksin. Ardından Arduino Pro Mini'yi DTR pini sayesinde düğmeye basmadan programlamayı, ESP-01 ve ESP32-CAM'e kod yüklemeyi, dönüştürücüyü ikinci bir seri monitör olarak kullanmayı ve en yaygın üç yonga olan CH340, CP2102 ve FT232'nin farklarını göreceksin.

USB-TTL dönüştürücü nedir, ne işe yarar?

Bilgisayar ile mikrodenetleyici farklı diller konuşur. USB; paketler, adresler ve sürücülerle çalışan karmaşık bir protokoldür. Mikrodenetleyicilerin UART birimi ise yalnızca iki hatla çalışır: biri veri gönderir (TX), diğeri veri alır (RX) ve her bayt, belirlenen hızda (baud) sırayla gönderilen bitlerden oluşur. Dönüştürücüdeki yonga bilgisayara bir sanal seri port (Windows'ta COM3, macOS'ta /dev/cu.usbserial..., Linux'ta /dev/ttyUSB0) gibi görünür; bu porta yazdığın her bayt TX pininden UART sinyali olarak çıkar, RX pinine gelen her bayt da bilgisayara iletilir. Adındaki TTL, sinyallerin 0 V ile 5 V ya da 0 V ile 3,3 V arasında değiştiğini anlatır.

• USB'siz kartları programlamak: Arduino Pro Mini, LilyPad, ESP-01, ESP32-CAM ve bootloader'lı çıplak ATmega328P yongaları.
• Seri log okumak: Kartın kendi USB'si başka işle meşgulken hata ayıklama mesajlarını ikinci bir pencereden izlemek.
• Modülleri doğrudan konuşturmak: ESP-01'e AT komutu göndermek, bir GPS modülünün NMEA cümlelerini okumak, Bluetooth modülünün adını değiştirmek.
• Bozuk kartı kurtarmak: USB yongası yanmış bir Uno ya da Nano'yu D0 ve D1 pinlerinden programlamak.
• Başka cihazların konsoluna bağlanmak: Modem, 3D yazıcı kartı ya da tek kartlı bilgisayarların seri konsol pinleri.

USB-TTL pinleri: GND, VCC, TXD, RXD, DTR ve RTS

TX-RX çapraz bağlama

En sık yapılan hata TX'i TX'e bağlamaktır. Kural basit: bir cihazın konuştuğu hat, diğerinin dinlediği hatta gitmelidir. Bu yüzden dönüştürücünün TXD pini hedef kartın RX pinine, RXD pini de hedefin TX pinine bağlanır. Bazı kartlarda bu karışıklığı önlemek için etiketler yönü de belirtir: Arduino Pro Mini'de RXI (RX girişi) ve TXO (TX çıkışı) yazar; SparkFun tarzı FTDI kartlarında da etiketler, iki kart düz takıldığında doğru çapraz bağlantıyı oluşturacak şekilde yazılmıştır. Etiketlere güvenemiyorsan bağlantıyı bir kez de ters dene; TX ile RX'in yer değiştirmesi hiçbir şeye zarar vermez, yalnızca haberleşme olmaz.

3,3 V / 5 V jumper'ı: lojik seviye nasıl seçilir?

Arduino Uno, Nano ve 5 V'luk Pro Mini 5 V lojikle çalışır; ESP8266, ESP32 ve Raspberry Pi Pico ise 3,3 V lojikle. Bir ESP'nin RX pinine 5 V'luk sinyal göndermek, giriş koruma diyotlarını zorlar ve zamanla pini bozabilir. CH340G'li modüllerin çoğunda bu yüzden üç pinli bir jumper bulunur: jumper yonganın besleme gerilimini seçer, TXD çıkışının seviyesi de bu gerilimi izler. CP2102 her zaman 3,3 V lojikle çalışır ama girişleri 5 V'a dayanıklıdır; bu yüzden hem 3,3 V hem 5 V kartlarla sorunsuz konuşur, çünkü 5 V'luk bir ATmega328P 3 V üzerini zaten HIGH kabul eder. FT232RL modüllerinde de çoğu zaman yonganın giriş-çıkış seviyesini (VCCIO) seçen bir jumper vardır.

Elindeki dönüştürücüde jumper yoksa ve 5 V'luk bir TX hattını 3,3 V'luk bir girişe bağlaman gerekiyorsa basit bir gerilim bölücü yeterlidir: TX hattı ile hedefin RX'i arasına 1 kΩ, hedefin RX'i ile GND arasına 2 kΩ koyduğunda 5 V yaklaşık 3,3 V'a düşer. Ayrıntılı hesap gerilim bölücü yazısında. Ters yönde, yani 3,3 V'luk bir TX'i 5 V'luk bir girişe bağlamak genellikle sorunsuzdur.

CH340, CP2102 ve FT232 karşılaştırması

Günlük hobi işleri için CH340 ve CP2102 arasında pratikte fark yoktur; ikisi de 115200 baud'da kusursuz çalışır ve Arduino IDE'nin kullandığı hızların hepsini rahatça taşır. CP2102'nin dahili osilatörü ve daha güçlü 3,3 V çıkışı, küçük 3,3 V'luk kartları beslerken ona hafif bir üstünlük sağlar; CH340 ise en ucuz ve en yaygın olanıdır. FT232RL güvenilir ve ayrıntılı ayar yapılabilen bir yongadır ama piyasadaki ucuz FT232 modüllerinin önemli bir kısmında taklit yonga bulunur. Yeni ESP32 kartlarında gördüğün CH9102 ve CH343 de aynı ailenin daha hızlı üyeleridir ve aynı şekilde kullanılır.

Sürücü kurulumu: Windows, macOS ve Linux

Windows'ta dönüştürücüyü taktığında Aygıt Yöneticisi'nde Diğer aygıtlar altında sarı ünlemli bir USB2.0-Serial görüyorsan CH340 sürücüsü eksiktir; CP2102 USB to UART Bridge Controller görüyorsan CP2102 sürücüsü eksiktir. Sürücü kurulduktan sonra dönüştürücüyü çıkarıp yeniden tak ve Arduino IDE'de Araçlar > Port menüsüne bak: o an beliren yeni port, dönüştürücünündür. Kart hiç görünmüyorsa önce kabloyu değiştir; şarj kablolarında veri telleri bulunmaz. Port, sürücü ve izin sorunlarının tam listesi Arduino kod yüklenmiyor yazısında.

Loopback testi: dönüştürücü sağlam mı?

1. Dönüştürücüdeki bütün kabloları çıkar ve bilgisayara tak.
2. Bir jumper kabloyla dönüştürücünün kendi TXD ve RXD pinlerini birbirine bağla.
3. Arduino IDE'de dönüştürücünün portunu seç ve Seri Monitör'ü aç; hız bu test için önemli değildir.
4. Kutucuğa bir şey yazıp gönder. Yazdığın metin aynen geri geliyorsa yonga, sürücü ve kablo sağlamdır; sorun bağlantıda ya da hedef karttadır.
5. Hiçbir şey dönmüyorsa portu, sürücüyü ve kabloyu kontrol et; dönüştürücünün TX ve RX LED'leri yanıp sönüyor mu bak.

Arduino Pro Mini programlama: DTR ile otomatik reset

Arduino'ya kod yüklenirken önce kart resetlenir; reset sonrasında yaklaşık bir saniye çalışan bootloader, seri porttan yeni program gelip gelmediğine bakar. Uno ve Nano bu reseti kendiliğinden yapar: USB yongasının DTR hattı ile işlemcinin RESET pini arasında 100 nF'lık bir kondansatör vardır. IDE portu açtığı anda DTR HIGH'dan LOW'a iner, kondansatör bu ani düşüşü RESET pinine kısa bir LOW darbesi olarak iletir ve kart resetlenir. Pro Mini'de aynı kondansatör kartın üzerindedir ve başlıktaki GRN (ya da DTR) pinine bağlıdır; dönüştürücünün DTR pinini buraya bağladığında yükleme Uno'daki kadar kolay olur.

1. Kartın arkasındaki ya da kristalinin üzerindeki yazıdan sürümünü öğren: 16 MHz kristalliler 5 V, 8 MHz olanlar 3,3 V sürümdür.
2. Dönüştürücünün jumper'ını kart sürümüne uygun konuma al ve kabloları tabloya göre bağla.
3. Arduino IDE'de Araçlar > Kart > Arduino AVR Boards > Arduino Pro or Pro Mini seç.
4. Araçlar > Processor menüsünden ATmega328P (5V, 16 MHz) ya da ATmega328P (3.3V, 8 MHz) seçeneğini kartına göre seç.
5. Dönüştürücünün portunu seç ve aşağıdaki test kodunu yükle; DTR bağlıysa düğmeye basman gerekmez.

1// Pro Mini + USB-TTL testi: LED yanıp söner, gönderdiğin satır geri gelir
2// Pro Mini + USB-TTL test: the LED blinks and every line you send comes back
3const int LED = 13;                     // Pro Mini'nin dahili LED'i / Pro Mini onboard LED
4unsigned long sonDegisim = 0;
5bool ledAcik = false;
6
7void setup() {
8  Serial.begin(9600);
9  pinMode(LED, OUTPUT);
10  Serial.println(F("Pro Mini hazir / ready"));
11  Serial.print(F("Derlenen saat / compiled clock: "));
12  Serial.print(F_CPU / 1000000UL);      // 16 = 5 V sürüm, 8 = 3,3 V sürüm / 16 = 5 V board, 8 = 3.3 V board
13  Serial.println(F(" MHz"));
14}
15
16void loop() {
17  if (millis() - sonDegisim >= 500) {   // yarım saniyede bir / every half second
18    sonDegisim = millis();
19    ledAcik = !ledAcik;
20    digitalWrite(LED, ledAcik);
21  }
22  if (Serial.available()) {
23    String satir = Serial.readStringUntil('\n');   // satır sonuna kadar oku / read up to the line ending
24    satir.trim();
25    Serial.print(F("Geldi / received: "));
26    Serial.println(satir);
27  }
28}

Yükleme bitince kart üzerindeki LED yarım saniyede bir yanıp söner. Seri Monitör'ü 9600 baud'da ve Yeni Satır ayarıyla açıp bir şey yazdığında metin geri gelir. Koddaki F_CPU satırı küçük ama önemli bir tuzağı yakalar: Pro Mini'nin iki sürümünün bootloader'ı da 57600 baud ile yükleme yaptığı için yanlış Processor seçeneğiyle bile kod yüklenir. Ancak 8 MHz'lik bir kart için 16 MHz seçersen her şey yarı hızda çalışır, LED saniyede bir değişir ve Seri Monitör'de yalnızca anlamsız karakterler görürsün. Dönüştürücünde DTR pini yoksa yüklemeyi elle zamanlayabilirsin: IDE derlemeyi bitirip çıktıda Uploading... yazdığı anda Pro Mini'nin reset düğmesine bas ve bırak.

ESP-01 ve ESP32-CAM'e kod yükleme

ESP8266 ve ESP32'de bootloader yongaya gömülüdür ve açılış anında GPIO 0 pinine bakar: GPIO 0 LOW ise kod bekleyen indirme moduna girer, HIGH ise flaştaki programı çalıştırır. Geliştirme kartlarında DTR ve RTS hatlarını iki transistörle EN ve GPIO 0'a bağlayan bir otomatik yükleme devresi bulunur; esptool bu hatları sırayla oynatarak kartı kendiliğinden indirme moduna alır. Sade bir USB-TTL dönüştürücüde bu devre olmadığı için işi elle yaparsın: GPIO 0'ı GND'ye bağlarsın, kartı resetlersin, kodu yüklersin ve sonra GPIO 0 bağlantısını kaldırıp yeniden resetlersin.

ESP-01 Wi-Fi'ye bağlanırken 300 mA'i aşan akım tepeleri çeker; dönüştürücünün 3V3 pini bunu karşılayamaz ve modül sürekli resetlenir. Bu yüzden 5V pininden beslenen bir AMS1117-3.3 regülatör kullan. ESP-01'in bütün bağlantıları ve AT komutları ESP-01 modülü yazısında, ESP32-CAM'in adım adım yüklemesi ise ESP32-CAM kullanımı yazısında. ESP32-CAM'e PIR bağlayıp fotoğrafı telefona gönderen bir proje istersen ESP32-CAM ile Telegram'a fotoğraf yazısına göz at.

Seri log okuma: ikinci bir seri port olarak USB-TTL

Dönüştürücünün en az bilinen ama en kullanışlı işi, bir karta ikinci bir seri monitör eklemektir. Kartın kendi USB portu bir Python programıyla, Serial Plotter'la ya da başka bir cihazla konuşurken ayrıntılı hata ayıklama mesajlarını ayrı bir porttan izleyebilirsin. ESP32'nin üç donanım UART'ı vardır; aşağıdaki kod UART2'yi GPIO 16 ve 17'ye atar ve dönüştürücüye saniyede bir log satırı gönderir. Dönüştürücüden gelen r harfi sayacı sıfırlar; böylece iki yönlü çalıştığını da görürsün.

1// ESP32: USB portu Serial'de kalır, ikinci log kanalı USB-TTL'ye gider
2// ESP32: the USB port stays on Serial, a second log channel goes to the USB-TTL
3#define LOG_RX 16                       // USB-TTL TXD buraya / USB-TTL TXD goes here
4#define LOG_TX 17                       // USB-TTL RXD buraya / USB-TTL RXD goes here
5
6unsigned long sayac = 0;
7
8void setup() {
9  Serial.begin(115200);                                  // kartın kendi USB portu / the board's own USB port
10  Serial2.begin(115200, SERIAL_8N1, LOG_RX, LOG_TX);     // UART2: USB-TTL'ye / UART2: to the USB-TTL
11  Serial.println("Ana port / main port");
12  Serial2.println("Log portu hazir / log port ready");
13}
14
15void loop() {
16  sayac++;
17  int deger = analogRead(34);                            // GPIO 34'e bağlı bir sensör / a sensor on GPIO 34
18  Serial2.printf("[%lu ms] #%lu ADC=%d\n", millis(), sayac, deger);   // ayrıntılı log / detailed log
19  if (sayac % 10 == 0) Serial.println(deger);            // ana portta yalnız özet / only a summary on the main port
20
21  while (Serial2.available()) {                          // USB-TTL'den gelen komut / command from the USB-TTL
22    char c = Serial2.read();
23    if (c == 'r') {
24      Serial2.println("Sayac sifirlandi / counter reset");
25      sayac = 0;
26    }
27  }
28  delay(1000);
29}

Bağlantı için dönüştürücünün jumper'ını 3,3 V'a al; TXD'yi GPIO 16'ya, RXD'yi GPIO 17'ye, GND'yi GND'ye bağla. Ardından Arduino IDE'yi ikinci kez açmak yerine PuTTY, macOS ve Linux'ta screen ya da Python ile yazacağın küçük bir okuyucu kullanabilirsin; Python tarafı için Arduino Python seri haberleşme yazısına bak. Raspberry Pi Pico'da da aynı fikir MicroPython ile birkaç satırdır: UART0, GP0 (TX) ve GP1 (RX) pinlerindedir ve kod hem log gönderir hem de gelen baytları geri yollar.

1# Raspberry Pi Pico (MicroPython): UART0 üzerinden USB-TTL'ye log ve yankı
2# Raspberry Pi Pico (MicroPython): log and echo to a USB-TTL over UART0
3from machine import UART, Pin
4import time
5
6uart = UART(0, baudrate=115200, tx=Pin(0), rx=Pin(1))   # GP0 = TX, GP1 = RX
7led = Pin(25, Pin.OUT)                                  # Pico dahili LED / Pico onboard LED (Pico W: "LED")
8sayac = 0
9son = time.ticks_ms()
10
11uart.write("Pico UART0 hazir / ready\r\n")
12while True:
13    if time.ticks_diff(time.ticks_ms(), son) >= 1000:   # saniyede bir log / one log line per second
14        son = time.ticks_ms()
15        sayac += 1
16        led.toggle()
17        uart.write("[%d ms] #%d\r\n" % (time.ticks_ms(), sayac))
18    if uart.any():                                      # USB-TTL'den gelen baytlar / bytes from the USB-TTL
19        veri = uart.read()
20        uart.write(b"Geldi / received: " + veri)
21    time.sleep_ms(10)

Aynı yöntemle bir modülün ne söylediğini, arada hiç Arduino olmadan da dinleyebilirsin. Bir NEO-6M GPS modülünü doğrudan dönüştürücüye bağlayıp 9600 baud'da açtığında NMEA cümlelerinin aktığını görürsün; bir HC-05 modülünü AT modunda 38400 baud'da açıp adını ve şifresini değiştirebilirsin. Seri Monitör'ün satır sonu ve baud ayarlarıyla ilgili her şey Arduino Serial Monitor yazısında.

Sık hatalar ve çözümleri

USB-TTL dönüştürücü, çekmecende duran en küçük ama en sık işine yarayacak araçlardan biridir: USB'siz kartları programlar, modülleri bilgisayardan konuşturur ve projelerin içinde neler olduğunu satır satır gösterir. TX-RX'i çapraz bağlamayı, lojik seviyeyi doğru seçmeyi ve GND'yi ortak tutmayı unutmazsan sorunların neredeyse tamamı ortadan kalkar. BlueGrays uygulamasında iki Arduino'nun seri haberleşmesi, Bluetooth ile telefondan kontrol ve ESP32 Wi-Fi projelerini devre şemaları ve hazır kodlarıyla adım adım bulabilirsin.