基于FT245BM的簡(jiǎn)易USB接口開發(fā)

摘要：FT245BM的主要功能是進(jìn)行USB和并行I/O口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。詳細(xì)介紹FT245BM芯片的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳分布及功能；給出基于FT245BM接口電路的典型設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用軟件的編寫方法。

    關(guān)鍵詞：FT245BM USB接口 并行I/O口

引 言

1 概 述

　　當(dāng)前，USB外設(shè)的開發(fā)是一個(gè)熱點(diǎn)。由于USB總線具有傳輸速度快、占用資源少及真正的即插即用等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到業(yè)界的青睞?？墒?，USB的開發(fā)要求設(shè)計(jì)人員對(duì)USB的標(biāo)準(zhǔn)、Firmware（固件）編程及驅(qū)動(dòng)程序的編寫等有較深入的理解，因此限制了USB的開發(fā)人員；而基于FT245BM芯片的USB產(chǎn)品開發(fā)，能夠使研發(fā)人員在最短的周期內(nèi)開發(fā)出相應(yīng)的USB產(chǎn)品。該芯片由FTDI （Future Technology Devices Intl. Ltd.）公司推出，使用簡(jiǎn)單、性能卓越，只要熟悉單片機(jī)編程及簡(jiǎn)單的VB、VC應(yīng)用程序編程，就可很容易地進(jìn)行用戶產(chǎn)品開發(fā)。

2 FT245BM芯片功能簡(jiǎn)介

　　FT245BM的主要功能是進(jìn)行USB和并行I/O口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。芯片一方面可從主機(jī)接收USB數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為并行I/O口的數(shù)據(jù)流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面外設(shè)可通過并行I/O口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB的數(shù)據(jù)格式傳回主機(jī)。中間的轉(zhuǎn)換工作全部由芯片自動(dòng)完成，開發(fā)者無須考慮固件的設(shè)計(jì)。

　　FT245BM內(nèi)部主要由USB收發(fā)器、串行接口引擎（SIE）、USB協(xié)議引擎和先進(jìn)先出（FIFO）控制器等構(gòu)成，如圖1所示。USB收發(fā)器提供USB1.1/ 2.0的全速物理接口到USB總線，支持UHCI/OHCI主控制器；串行接口引擎主要用于完成USB數(shù)據(jù)的串/并雙向轉(zhuǎn)換，并按照USB1.1規(guī)范來完成USB數(shù)據(jù)流的位填充/位反填充，以及循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC5/CRC16）的產(chǎn)生和檢錯(cuò)；USB協(xié)議引擎管理來自USB設(shè)備控制端口的數(shù)據(jù)流；FIFO控制器處理外部接口和收發(fā)緩沖區(qū)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

　　FIFO控制器實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)（如AT89C51等）的接口，主要通過8根數(shù)據(jù)線D0~D7及讀寫控制線（、WR、和）來完成和單片機(jī)的數(shù)據(jù)交互。FT245BM內(nèi)含兩個(gè)FIFO數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一個(gè)是128字節(jié)的接收緩沖區(qū)，另一個(gè)是384字節(jié)的發(fā)送緩沖區(qū)。它們均用于USB數(shù)據(jù)與并行I/O口數(shù)據(jù)的交換緩沖區(qū)。

　　另外，F(xiàn)T245BM還包括1個(gè)內(nèi)置的3.3 V的穩(wěn)壓器，1個(gè)6 MHz的振蕩器、8倍頻的時(shí)鐘倍頻器、USB鎖相環(huán)和EEPROM接口。FT245BM采用32腳的PQFP封裝，體積小巧，易于和外設(shè)做到一塊板上。其外形及引腳分布如圖2所示，各引腳的功能描述如表1所列。

表1 FT245BM引腳功能

引腳號(hào)	引腳名稱	類  型	引腳功能
25	D0	I/O	雙向數(shù)據(jù)總線
24	D1	I/O	雙向數(shù)據(jù)總線
23	D2	I/O	雙向數(shù)據(jù)總線
22	D3	I/O	雙向數(shù)據(jù)總線
21	D4	I/O	雙向數(shù)據(jù)總線
20	D5	I/O	雙向數(shù)據(jù)總線
19	D6	I/O	雙向數(shù)據(jù)總線
18	D7	I/O	雙向數(shù)據(jù)總線
16	RD	IN	由低變高時(shí)，允許從接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)
15	WR	IN	由高變低時(shí)，允許將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
14	TXE	OUT	為低時(shí)，允許數(shù)據(jù)寫入發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
12	RXF	OUT	為低時(shí)，允許數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)被讀取
7	USBDP	I/O	USB數(shù)據(jù)信號(hào)線D+，接1.5kΩ的上位電阻到3.3V
8	USBDM	I/O	USB數(shù)據(jù)信號(hào)線D-
32	EECS	I/O	EEPROM片選線
1	EESK	OUT	EEPROM時(shí)鐘線
2	EEDATA	I/O	EEPROM數(shù)據(jù)線
10	PWREN	OUT	電源使能線
11	SI/WU	IN	發(fā)送立刻消息或喚醒信號(hào)線
4	RESET	IN	復(fù)位腳
5	RSTOUT	OUT	內(nèi)部復(fù)位生成器的輸出腳
27	XTIN	IN	時(shí)鐘輸入腳
28	XTOUT	OUT	時(shí)鐘輸出腳
31	TEST	IN	測(cè)試腳
6	3V3OUT	OUT	3.3V輸出腳
3、26	VCC	PWR	電池，+4.4～5.25V
13	VCCIO	PWR	控制引腳10～12、14～16、18～25的信號(hào)電平，+3.0～+5.25V
9、17	GND	PWR	電源地
30	AVCC	PWR	內(nèi)部模擬電源
29	AGND	PWR	內(nèi)部模擬電源地

3 硬件設(shè)計(jì)

　　FT245BM的典型硬件電路如圖3所示。該電路采用總線供電模式，同時(shí)采用上電復(fù)位方式，通過的輸出使單片機(jī)復(fù)位。時(shí)鐘電路可采用4腳的6 MHz晶振模塊或由1個(gè)6 MHz的晶體及2個(gè)33 pF的電容組成。腳和I/O 24腳相連，用于判斷USB總線是處于掛起狀態(tài)還是正常狀態(tài)。在USB接口的電源端采用一個(gè)磁珠，以減少主機(jī)和設(shè)備的干擾；同時(shí)，電源端增加了去耦和旁路電容，以提高電路的抗干擾性能。在PCB板的設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)線的走線應(yīng)盡可能短并且長(zhǎng)度相等。圖3中的93C46（93C56或93C66）是一片EEPROM，用于存儲(chǔ)產(chǎn)品的VID、PID、設(shè)備序列號(hào)及一些說明性文字等。這些需要用戶自己編寫，編寫的應(yīng)用程序由FTDI提供。用戶只須運(yùn)行相應(yīng)的VB應(yīng)用程序，寫入自己相應(yīng)的信息即可。該EEPROM是可選的。若沒有EEPROM，F(xiàn)T245BM將使用默認(rèn)的VID、PID、產(chǎn)品描述符和電源描述符，并且沒有設(shè)備的序列號(hào)。

圖3 FT245BM的典型硬件電路

4 軟件編程

　　當(dāng)FT245BM的USB接 口連接到主機(jī)后，必須在PC機(jī)上安裝一個(gè)由FTDI公司免費(fèi)提供的虛擬串行口VCP（Virtual COM Port）驅(qū)動(dòng)程序。該驅(qū)動(dòng)程序兼容Windows 98/ 98 SE、Windows 2000/ME/XP等不同版本。用戶可以在這虛擬串口上進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。該虛擬串口可以像一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的物理串口那樣被訪問，可本質(zhì)上所有針對(duì)虛擬串口的數(shù)據(jù)通信都是通過USB總線完成的，在設(shè)備端則通過并行I/O口完成。

　　在PC端，應(yīng)用VB對(duì)虛擬串口（通常為COM3）進(jìn)行應(yīng)用編程。我們直接應(yīng)用MSComm控件，將MSComm3.CommPort置為3，MSComm3.Seetings置為“9600，n，8，1”（該速率為默認(rèn)設(shè)置，實(shí)際上VCP驅(qū)動(dòng)程序總是使數(shù)據(jù)以最快速率傳輸）；通過MSComm3.PortOpen設(shè)置COM3的開關(guān)狀態(tài)；通過MSComm3.Input和MSComm3.Output讀入或輸出數(shù)據(jù)。在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)置MSComm3.Rthreshold的值為1。只要有數(shù)據(jù)傳到PC機(jī)，就立即觸發(fā)MSComm3.CommEvent事件，自動(dòng)讀取COM3的數(shù)據(jù)；而發(fā)送數(shù)據(jù)則可自動(dòng)或手動(dòng)發(fā)送，由用戶自己設(shè)置。根據(jù)這些，用戶就可以輕松編寫自己的應(yīng)用程序了。

　　在設(shè)備端，基于萬(wàn)利的Insight SE-52仿真器進(jìn)行編程。根據(jù)圖4所示接收數(shù)據(jù)時(shí)序圖，首先，須采樣到信號(hào)為低，若為低，表明有接收到來自PC機(jī)的數(shù)據(jù)，允許單片機(jī)通過八位數(shù)據(jù)總線D0~D7讀取數(shù)據(jù)。接著，通過信號(hào)由低到高的變化鎖存數(shù)據(jù)（讀入數(shù)據(jù)）。最后，延遲一段時(shí)間，重新開始下一字節(jié)的讀取。軟件流程如圖5所示。發(fā)送數(shù)據(jù)過程，可根據(jù)圖6所示發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)序圖，同理編寫發(fā)送數(shù)據(jù)的程序。設(shè)備程序可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)，即用戶根據(jù)自己的具體項(xiàng)目進(jìn)行編程。

5 結(jié) 論

　　利用FT245BM進(jìn)行USB接口的開發(fā)，簡(jiǎn)單、容易，開發(fā)周期短，易于為工程實(shí)踐所采用；同時(shí)，也可以直接用于新產(chǎn)品的開發(fā)，如數(shù)碼相機(jī)的USB接口、MP3播放器的USB接口及無線Modem的USB接口等。