Convertisseur USB to TTL

Le convertisseur USB vers TTL donne à un ordinateur le port série qu’il n’a plus. Une carte électronique communique en UART : deux fils, un niveau logique, un débit choisi des deux côtés. Un ordinateur, lui, n’expose que des ports USB. Ce petit module fait le pont — il crée un port série virtuel (COM sous Windows, ttyUSB0 sous Linux) que n’importe quel terminal ou logiciel sait ouvrir.

La carte est bâtie autour d’une puce PL2303 de Prolific, accompagnée de son quartz de 12 MHz. Elle se termine d’un côté par un connecteur USB-A mâle, de l’autre par cinq broches au pas de 2,54 mm : 3.3V, 5.0V, TXD, RXD et GND. La sérigraphie porte les mentions USB-TTL et USB-STC-ISP — c’est le convertisseur historique utilisé pour télécharger un programme dans un microcontrôleur STC, et il rend le même service à n’importe quelle carte série.

Caractéristiques techniques

Les cinq broches, une par une

Le croisement est la règle : ce qui émet va vers ce qui reçoit. Relier TXD à TXD ne casse rien mais ne transmet rien, et c’est l’erreur la plus fréquente.

À quoi sert ce convertisseur ?

• Mettre au point un module série depuis le PC — lire les réponses d’un module à ses commandes, changer son débit, son nom, son code d’appairage. C’est l’usage quotidien, par exemple sur un module Bluetooth HC-05 qu’on veut passer en esclave à 9 600 bps.
• Programmer une carte dépourvue de port USB — les cartes nues n’ont pas d’interface USB ; le convertisseur fait alors exactement ce que ferait un câble USB officiel.
• Suivre une conversation entre deux appareils — brancher le convertisseur en écoute sur une liaison existante et regarder passer les trames.
• Faire dialoguer un PC avec un appareil qui ne parle que par série — modem, automate, module GSM SIM900A, GPS, carte de mesure, ou n’importe quel montage à microcontrôleur.
• Dépanner — quand un montage reste muet, le convertisseur branché sur l’ordinateur dit tout de suite si la carte émet et si ce qu’elle émet est lisible.

Mini-projet : lire sur le PC ce qu’une carte envoie

Le test de base de toute liaison série, en dix minutes : une carte nu sans port USB, le convertisseur, trois fils, et un petite script sur l’ordinateur pour lire la réponse.

Ce qu’il faut

Le câblage

Trois fils suffisent pour la liaison : la carte peut très bien être alimentée par ailleurs. La broche 5.0V n’est là que pour éviter un second câble. Sur une carte 3,3 V, ne la reliez jamais à VCC — voir les points d’attention plus bas.

Le programme

Côté carte, le programme se réduit à l’essentiel : Serial.begin(9600) dans setup(), et dans loop() une lecture de Serial qui répond par une ligne dès qu’un caractère arrive. Côté ordinateur, un terminal série fait l’affaire ; un petit script donne plus de confort et peut enchaîner plusieurs commandes :

#
# Dialogue serie avec une carte par le convertisseur USB vers TTL
# Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
#
# Installation de la bibliotheque : pip install pyserial
import time
import serial
# Windows : "COM4"      Linux : "/dev/ttyUSB0"      macOS : "/dev/cu.usbserial"
PORT = "COM4"
port = serial.Serial(PORT, 9600, timeout=1)   # 9600 bauds, 8 bits, sans parite, 1 stop
time.sleep(2)                                 # la carte redemarre quand le port s'ouvre
port.write(b"1")                              # on envoie le caractere 1 a la carte
time.sleep(0.5)
ligne = port.readline()                       # la carte repond sur la meme liaison
print("reponse de la carte :", ligne.decode(errors="ignore").strip())
port.close()

Trois points valent la vérification. Le nom du port se lit dans le gestionnaire de périphériques sous Windows (rubrique Ports), et se découvre sous Linux avec dmesg juste après le branchement. Le débit doit être le même des deux côtés : à 9 600 d’un côté et 115 200 de l’autre, la réponse n’est qu’un amas de caractères illisibles. Et si deux programmes se partagent le port, le second échoue à l’ouvrir — c’est le cas classique du moniteur série de l’IDE Arduino resté ouvert.

Points d’attention

• Les lignes TXD et RXD sont à 5 V. Sur cette carte, le niveau des signaux suit le rail 5 V, pas la broche 3.3V : c’est une particularité connue de ce modèle. Une cible en 3,3 V (ESP8266, ESP32, STM32, Raspberry Pi) reçoit donc 5 V sur son entrée RXD. Deux résistances en pont diviseur sur la ligne qui va vers la cible suffisent à ramener le niveau ; la ligne qui vient de la cible vers le convertisseur, elle, passe sans problème. La masse, elle, reste commune dans tous les cas.
• Pas de ligne DTR. Les cartes équipées d’un port USB s’effacent et redémarrent automatiquement au téléversement, grâce à cette ligne. Ici elle n’existe pas : pour téléverser, lancez la compilation, puis appuyez sur le bouton RESET de la carte au moment où le logiciel affiche qu’il commence l’envoi.
• La broche 3.3V n’est pas une alimentation. Elle sort du régulateur interne de la puce, dimensionné pour la puce elle-même. Pour alimenter un montage, utilisez la broche 5.0V ou une alimentation dédiée.
• Ne jamais relier 5.0V à une carte 3,3 V. Le régulateur de la carte n’accepte pas d’être rétro-alimenté par une tension au-dessus de sa sortie.
• Sous Windows 10 et Windows 11. Prolific a retiré le support des puces PL2303HXA et HX à partir de Windows 8 : le périphérique peut apparaître avec un point d’exclamation et un code d’erreur 10, le système affichant « PL2303HXA PHASED OUT SINCE 2012, PLEASE CONTACT YOUR SUPPLIER ». Dans ce cas, installez les pilotes antérieurs de la série 3.3.x (ceux d’avant 2016), qui prennent encore ces puces en charge, ou utilisez le module sous Linux ou macOS, où il est reconnu sans rien installer.

Questions fréquentes

Le port apparaît, puis disparaît

Un port qui va et vient trahit presque toujours le câble ou l’alimentation. Essayez un autre câble USB et un autre port de l’ordinateur, en évitant les concentrateurs : un concentrateur non alimenté fait souvent tomber la tension au moment où le courant appelé augmente. Si le module apparaît « périphérique inconnu » dès le branchement, c’est du côté du pilote qu’il faut chercher, pas du convertisseur.

La carte ne répond pas du tout

Trois vérifications, dans cet ordre : les broches sont-elles bien croisées (TXD vers RXD, et non TXD vers TXD) ; la masse est-elle commune entre le convertisseur et la carte ; le débit est-il identique des deux côtés. Le port lui-même se teste seul, en reliant TXD à RXD sur le convertisseur : tout caractère tapé dans le terminal est aussitôt renvoyé à l’écran. Si ce renvoi fonctionne, le convertisseur et le port sont hors de cause.

Peut-on attaquer directement un appareil à port DB9 ?

Non. Un port série RS232 travaille avec des niveaux positifs et négatifs d’une douzaine de volts, très loin des 5 V TTL du convertisseur : branché en direct, il y a un risque pour les deux côtés. Un adaptateur de niveau entre les deux règle la question, et le reste du montage — câblage, débit, terminal — ne change pas.

Puis-je alimenter ma carte par la broche 5.0V ?

Oui pour une carte seule ou un montage qui consomme peu : le courant vient du port USB et le convertisseur en consomme lui-même une partie. Dès qu’il y a un moteur, un relais, un servomoteur ou un écran rétro-éclairé, passez à une alimentation dédiée — la carte et le convertisseur s’en porteront mieux, et les perturbations du moteur ne remonteront plus dans la liaison série.

Faut-il un cavalier pour choisir entre 3,3 V et 5 V ?

Non : les deux broches sont disponibles en permanence, et le choix se fait simplement par le fil que vous branchez. Il ne faut pas confondre cette alimentation avec le niveau des signaux, qui reste à 5 V quel que soit le fil utilisé pour alimenter la cible.

À combiner avec

Pour la plupart des montages, trois liaisons suffisent, et les fils Dupont cités plus haut sont le moyen le plus simple de les établir. Si la cible communique par un vrai port série en DB9, il faut insérer entre les deux un convertisseur RS232 vers TTL MAX232 : ce sont deux niveaux électriques différents, et les relier en direct mettrait les deux appareils en danger. Enfin, dès que la carte doit fonctionner seule sans ordinateur branché, une alimentation dédiée prend la relève de la broche 5.0V.