CH570无线串口工具，支持F103无线下载

V1.2版本发布，性能提升，最高连续波特率现支持1.5Mbps！

 

翻了整个立创开源平台，我宣布，这是最小的无线串口工具！

功能二合一：无线串口通信+STM32F103程序下载。支持4800~921600bps各标准波特率和100k/200k/500k/1.5Mbps等MCU常用波特率连续传输。

PCB二合一：一次打板，Dongle和对端模块兼得，超小PCB，跟其他PCB拼一拼，甚至不需要单独打板。

调试log打印、无线程序下载都方便

 

方案特点速览

体积小	主控2.4G无线SoC芯片CH570Q仅3*3mm 模块PCB仅1.5*2cm，套用淘宝迷你鼠标Dongle外壳
性能强	波特率可灵活设置，连续传输不丢数据 支持4800~921600bps各档标准波特率 支持100k/200k/500k/1.5Mbps等MCU常用波特率 波特率支持详见第8节注意事项
MCU无线下载	目前适配了STM32F103，支持官方STM32CubeProgrammer软件
代码开源	支持二次开发，I/O功能可改，兼容引脚更多的CH570D，可玩性高
性价比高	收发一套，BOM不到6块钱，一次打板(5片)可做两套 Dongle外壳淘宝10元，PCB选厚点，直接插USB-A口省外壳
支持各类串口软件	已测试SSCOM V5.13.1、COMTransmit等常用PC端串口软件

 

缘起

前段时间看到沁恒CH9111串口模块，波特率竟然有15Mbps，一方面惊叹性能完爆CH340，同时又遗憾不能无线通信。说在开源平台白嫖个无线方案吧，结果没找到特别满意的，索性就做了这套工具，分享给大家。

 

1.项目简介

一款在电脑和MCU之间实现无线串口通信的小工具，全双工，兼具MCU下载功能。成对使用，一个Dongle插电脑，另一个模块连MCU。两边主控都采用RISC-V无线SoC芯片CH570Q。选CH570的原因是它自带USB无线串口例程，而且兼容CH340驱动程序，代码改起来比较容易。本方案在官方例程的基础上又堆了些代码，主要是提升了串口性能、增加了MCU串口无线下载、连接状态指示功能。

 

为了方便制作，Dongle和模块共用一个PCB：做Dongle时从中间掰断，塞接收器外壳里，做模块连MCU时不用掰，直接焊排针即可。

 

2.工作原理和使用方法

2.1 工作原理

Dongle端做USB虚拟串口和2.4G无线的双向透传：CH570通过USB枚举成串口设备，接收电脑发来的串口设置和串口数据，经2.4G发送给对端模块，同时将2.4G收到的数据经USB传给电脑。

模块端做无线2.4G和有线串口的双向透传：CH570接收Dongle端发来的串口参数，根据参数配置自身串口，将收到的数据用串口发给MCU，同时将MCU发来的数据用2.4G传给Dongle。

2.2 使用方法

Dongle和模块之间如何建立连接？Dongle和模块支持“一碰连”。Dongle和模块互相靠近时，彼此接收到的无线信号都会增强。当信号强度超过设定阈值，Dongle和模块就会自动连接，所以只需在Dongle和模块上电后，彼此靠近一下就能连上。第一次配对后信息保存，下次上电自动重连，掉电后上电自动重连。模块上有一个红色LED灯，连接成功后LED常亮，通信时LED闪烁。

模块端如何设置串口参数？电脑串口软件设置的串口参数在点击“打开串口”时会经USB发给Dongle内的CH570，CH570再通过无线2.4G将串口参数发送给对端模块。模块中的CH570根据接收到的参数设定串口，实现两侧串口参数同步。因此，只要电脑端设置MCU支持的串口参数，模块就能正常通信。

无线串口工作流程图：

如何实现MCU无线串口下载？模块提供BOOT引脚和复位引脚。对于STM32F103，将模块的BOOT引脚和复位引脚分别连接到MCU的BOOT0和NRST引脚。在STM32CubeProgrammer中选择Dongle对应的串口，点击连接后，模块会改变BOOT引脚和复位引脚的电平，让MCU进入Bootloader。本工具使用STM32CubeProgrammer下载程序与使用常规下载工具无异。详见下文第4节。

 

3.模块引脚功能定义

除去必要的电源和晶振引脚，CH570Q还剩余多个I/O。本方案中各I/O的功能如下：

CH570引脚	对应Dongle引脚	对应模块引脚
PA0	D- USB差分信号	TX 串口发送
PA1	D+ USB差分信号	RX 串口接收
PA2	/	RST# MCU复位控制
PA3	/	BOOT0 MCU BOOT引脚控制
PA7	/	连接/收发状态LED指示

PA2、PA3、PA7如需另作他用，代码开源的可以直接改。

功能升级：如果想增添功能，但是I/O不够，也可以考虑用CH570D做二次开发。CH570D也是3*3mm小尺寸，但采用QFN20封装，比CH570Q的DFN10封装多出整整10个I/O，可玩性更强，方案代码工程也兼容。

 

4.MCU串口无线下载

为了实现对STM32F103的无线串口下载，用引脚PA2和PA3做了MCU进boot的机制。

4.1 一般MCU串口下载时进入Bootloader的方式

MCU的串口下载需要芯片内部Bootloader和上位机软件的密切配合。通过串口给MCU下载程序，首先要让MCU运行Bootloader，习惯上叫进boot。对于STM32F103，方法是在MCU退出复位的时候，保持BOOT0引脚为高电平。串口自带的RTS、DTR等Modem信号的电平可以通过电脑控制，下载软件便利用RTS和DTR，让MCU进入Bootloader。

4.2 MCU串口下载的关键挑战，RTS和DTR反复跳变

STM32官方的STM32CubeProgrammer在通过串口给MCU下载程序时，会多次设置串口，如果使用普通的串口模块，RTS和DTR的电平会跳变多次，使MCU中途复位，导致下载失败。常见的串口下载工具会通过硬件电路或软硬件配合的方式（比如CH340X，这里不展开），防止MCU在下载的过程中复位。

4.3 本方案使F103进boot的简单方法

本方案为了追求模块的最小化，未增加外部电路，也没有使用串口的RTS和DTR功能，而是通过监测STM32CubeProgrammer打开串口时在USB总线上发送的7F控制指令，识别串口下载场景，操作PA2和PA3引脚匹配MCU进Bootloader的条件，使MCU进boot。这样既不需要额外的外部器件，也无需复杂的软件代码。缺点是只适配一部分MCU，如果要给其他MCU下程序，场景的识别和PA2、PA3的电平切换可能要稍作调整。

STM32F103无线下载的电路连接：

4.4 STM32CubeProgrammer的下载操作流程

使用本工具给STM32F103下载程序的流程与使用常规串口下载工具无异。基本步骤如下图：

 

5.无线串口性能测试

为方便测试无线通信性能，使用U转串模块模拟MCU串口，通过COMTransmit软件向Dongle端发送大于10MB的文本文件，经HASH校验，收发文件内容一致。

实测无线串口可在1.5Mbps波特率下稳定连续收发数据。

如果是非连续收发，每次只传输简短信息的话，3Mbps波特率也能支持。关于波特率的补充信息参看第8节注意事项。

 

6.串口软件兼容性测试

已测试SSCOM V5.13.1、COMTransmit等常用串口软件，理论上支持所有串口软件。

 

7.向新做的Dongle和模块下载程序

新焊好的Dongle和模块都需要下载对应的程序。

使用WCH ISP Studio软件，WCH ISP Studio在MRS2中已经内置，在MRS左上角菜单栏-->Tools-->WCH In-System Programmer

选择低功耗蓝牙系列。

7.1 给Dongle下载程序

将Dongle插入电脑，在WCH ISP Studio中设置下载接口为“USB”，下载Dongle程序。

7.2 给模块下载程序

将模块与USB串口模块连接，在WCH ISP Studio中设置下载接口为“串口”，下载模块程序。

因为模块工作时用串口3，而程序下载用串口2，虽然TX/RX是同一对引脚，但刚好是反的，所以下载时T接T，R接R，检查你的连接

CH570模块	串口转USB模块（如CH340）
PA0（PCB的TX）	TX
PA1（PCB的RX）	RX
5V	5V
GND	GND

7.2 更新Dongle和模块的程序

最简单的方法是都用串口下载。Dongle的PA0、PA1、5V、GND从USB的金手指上引出来。照7.2节连接好之后，在下载软件里点“下载”，会显示“等待设备接入”，再重新拔插一下5V，就能顺利下载了。

如果不想编译工程，文末附件提供编译好的hex文件，可以直接下载使用。

 

8.注意事项

8.1 PCB板厚

为了适配淘宝鼠标接收器Dongle，PCB板厚建议0.8mm。

如果不打算用Dongle外壳，想要USB-A口直插，PCB要适当改宽防止松动，选1.6或2.0mm板厚，USB的4个金手指触点过锡加厚。

8.2 晶振的参数选取

晶振频率32MHz，封装SMD2016。

推荐选用负载电容12pf，精度±10ppm，等效电阻30欧的晶振。

8.3 关于串口波特率的设置

本方案的代码开源，工程按支持的波特率不同，分A、B两个版本，均在CH570无线串口-1v2压缩包中，见附件。

A版支持最高1.5Mbps波特率连续发送，但不支持921600和460800bps波特率，需要高性能优选A版。

B版支持最高921600bps波特率连续发送，需要921600或460800bps波特率优选B版。

支持的波特率	4800~230400bps	100/200/500kbps	460800bps	921600bps	1.5Mbps
A版-Dongle端	√	√	×	×	√
A版-模块端	√	√	×	×	√
B版-Dongle端	√	√	√	√	×
B版-模块端	√	√	√	√	×

本方案支持串口软件灵活设置波特率，但实际使用时，以B版工程为例，模块的波特率由12.5MHz等效时钟分频后得到，因分频系数为整数，部分波特率下，实际得到的波特率和目标波特率可能存在细微差异。例如，设置波特率为500kbps时，分频系数正好为25，此时实际波特率与目标波特率一致。若设置波特率为115200bps，分频系数为小数，取整后为108，此时波特率为115740bps，偏差为0.4%。某些波特率会导致过大的偏差，从而影响通信质量，这些波特率要慎用。求偏差只需要两步：

求分频系数：

分频系数=向下取整[12,500,000Hz/目标波特率]

求波特率偏差：

偏差=12,500,000Hz/分频系数/目标波特率*100%

使用自定义的波特率时，偏差不能超过5%，且越小越好。

8.4 如需使用RTS、DTR信号

模块中PA2、PA3做NRST和BOOT0引脚的代码逻辑和RTS、DTR状态无关。PA2、PA3不响应串口软件对RTS、DTR的设置。

如果需要RTS、DTR功能，到APP目录下，将uart.c、uart.h、rf_uart_tx.c中与RTS、DTR相关的代码激活，并注释掉RESET_PIN、BOOT_PIN部分即可。下图展示其中一处：

另外，由于在计算机虚拟串口和MCU串口间增加了2.4G通信环节，RTS、DTR的动作有细微延迟，不建议将Modem信号用在实时性要求很高的场合中。

 

9.软件工程和hex文件见附件

本方案的代码开源，工程按支持的波特率不同，分A、B两个版本，均在CH570无线串口-1v2压缩包中，见附件。

每个版本都提供Dongle端和模块端两个工程，以A版为例：

解压后，Dongle端MRS工程文件路径： CH570无线串口-1v2\A版-1.5Mbps\RF\RF_UartDongle\RF_UartDongle.wvproj

解压后，模块端MRS工程文件路径： CH570无线串口-1v2\A版-1.5Mbps\RF\RF_Uart\RF_Uart.wvproj

如果只是想复刻玩玩，也可以使用附件中提供的两个编译好的A版工程的hex文件，直接下载即可。

Dongle端hex文件：RF_UartDongle.hex

模块端hex文件：RF_Uart.hex

串口工具COMTransmit： https://www.wch.cn/downloads/COMTransmit_ZIP.html

STM32CubeProgrammer： https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeprog.html

WCHISPStudio： MRS2已经内置，在MRS左上角菜单栏-->Tools-->WCH In-System Programmer

Have fun！