基于FT2232H的USB-RS232轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

1 前言
    USB是一種應(yīng)用于PC領(lǐng)域的接口技術(shù)，+用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。USB接口可支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能，還可連接多達(dá)127種外設(shè)，如鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器和鍵盤(pán)等。但目前還有大量外圍設(shè)備和軟件使用RS232串口標(biāo)準(zhǔn)，為了充分利用 USB的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)USB-RS232轉(zhuǎn)換器以便通過(guò)USB總線傳輸RS232數(shù)據(jù)。這里提出一種基于FT2-232H的USB-RS232轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)方案。

2 USB-RS232轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)方案
    可供選擇的USB-RS232轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)方案有：利用通用的USB控制器內(nèi)置的通用異步收發(fā)器(UART)在USB與RS232之間轉(zhuǎn)換信號(hào)，如 CY7C68013；采用單獨(dú)的USB接口收發(fā)器，如ISP1581，PDIUSBD1 1／12等。而目前應(yīng)用最廣泛的是采用專用的USB／RS232雙向轉(zhuǎn)換器，如FTDI公司的FT232BM，F(xiàn)T2232C，F(xiàn)T232R，該方案將數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議轉(zhuǎn)換工作全部由轉(zhuǎn)換器獨(dú)立完成，無(wú)需編寫(xiě)器件的固件。

3 FT2232H簡(jiǎn)介
    FTDI公司推出的第5代USB-to-UART/FIFO器件FT2232H支持480 Mb/s的USB 2．0高速規(guī)范，并可在各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行或并行接口(例如UART或FIFO)下配置，可提供兩種可配置的接口，每個(gè)接口均可配置為UART、 JTAG、SPI、I2C或帶獨(dú)立波特率發(fā)生器的位響應(yīng)模式串口。此外，還可配置為雙F1245 FIFO、主機(jī)總線仿真模式、CPU接口FIFO模式或光隔離串行接口模式。
3．1 主要特點(diǎn)
    FT2232H可提供2個(gè)支持USB 2．0高速規(guī)范且可配置的并行／串行接口；內(nèi)部集成有USB協(xié)議引擎，控制通用收發(fā)宏單元接口(UTMI)可處理USB 2．0高速接口所有方面：內(nèi)部集成有+1．8 V低壓差(LDO)穩(wěn)壓器和12～480 MHz的PLL；每個(gè)接口4 KB TX和RX數(shù)據(jù)緩沖；內(nèi)部有效集成整個(gè)USB協(xié)議，無(wú)需任何固件；多協(xié)議的同步連續(xù)的發(fā)動(dòng)機(jī)(MPSSE)的速度可達(dá)30 Mbit／s，提供靈活的同步接口配置；當(dāng)配置為RS-232／-422／-485 UART接口時(shí)，F(xiàn)T2232H支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率達(dá)12 Mb／s：當(dāng)配置為并行FIFO接口時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)25 Mb／s。
3．2 功能描述
    FT2232H內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。FT2232H有2個(gè)獨(dú)立的UART／FIFO控制器，用于控制異步數(shù)據(jù)、245 FIFO數(shù)據(jù)、光電隔離(高速串口)或在安裝程序命令時(shí)控制Bit-Bang模式；USB協(xié)議引擎控制和管理UTMI PHY與FIFO之間的接口，負(fù)責(zé)電源管理和USB協(xié)議規(guī)范；雙端口FIFO TX緩沖區(qū)(4KB)存儲(chǔ)來(lái)自主機(jī)PC的數(shù)據(jù)，并通過(guò)多用途的UART，F(xiàn)IFO控制器使用數(shù)據(jù)；雙端口FIFO RX緩沖區(qū)(4KB)存儲(chǔ)來(lái)自多用途UART/FOFO控制器的數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)送至主機(jī)；復(fù)位發(fā)生器模塊上電時(shí)為設(shè)備內(nèi)部電路提供可靠的供電復(fù)位。 RESETn輸入引腳允許外部設(shè)備重置FT2232H。如果不使用RESETn，應(yīng)將其連接到VCCIO(+3．3 V)；獨(dú)立波特率發(fā)生器提供×16或×10的時(shí)鐘信號(hào)給UART，通過(guò)1個(gè)14位比例因子和4個(gè)寄存位提供最佳的波特率調(diào)諧，決定UART可編程設(shè)置的波特率；+1．8 VLDO穩(wěn)壓器為系統(tǒng)核心，為USB收發(fā)器模塊提供+1．8 V電壓，其輸入(VREGIN)必須接+3．3 v外接電源。VREGIN還需外接一只濾波電容器：通用收發(fā)器宏單元接口(UTMI)物理層為USBTX／RX數(shù)據(jù)提供全速／高速SERDES (serialise-deserialise勸能，還可提供時(shí)鐘；當(dāng)不使用外部E2PROM時(shí)，F(xiàn)T2232H默認(rèn)為一個(gè)USB到雙串口設(shè)備，添加一個(gè)外部93C46(93C56或93C66)E2PROM使每個(gè)器件的通道獨(dú)立配置為一個(gè)串行UART(RS232)模式，并行FIFO(245)模式或高速串口(光電隔離)。外部E2PROM也可用于存儲(chǔ)FT223-2H的USB VID，PID，設(shè)備驅(qū)動(dòng)號(hào)和設(shè)備說(shuō)明文字。

4 硬件設(shè)計(jì)
    圖2為FT2232H配置USB-UART R232接口電路。

4．1 RS232 UART模式LED接口
    當(dāng)配置在異步模式下，F(xiàn)T2232H在每個(gè)通道上有2個(gè)IO引腳控制LED狀態(tài)指示燈，分別用于傳輸和接收數(shù)據(jù)。傳輸／接收數(shù)據(jù)時(shí)，各自引腳從三態(tài)驅(qū)動(dòng)至低電平，LED上顯示數(shù)據(jù)傳輸。使用數(shù)字計(jì)時(shí)器，即使數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌俜种畮滓部汕宄鬏斨劣脩艚K端。
4．2 USB總線供電配置
    USB總線供電設(shè)備從USB總線獲得能量。應(yīng)用中，F(xiàn)T223-2H要求BUS(USB+5 V)調(diào)整到+3．3 V(使用一個(gè)LDO)供應(yīng)給VCCIO，VPLL,VPHY和VREGIN。
4．3 振蕩器與E2PROM配置
    FT2232H與12 MHz±0．5％晶體振蕩器的配置見(jiàn)圖2，OSCI，OSCO與GND之間應(yīng)增加電容器，這將有利于許多晶體振蕩器使用。如果使用一個(gè)晶體、用平行式切斷類(lèi)型，還可使用一個(gè)12 MHz振蕩器與FT2232H。在這種情況下，振蕩器的輸出將驅(qū)動(dòng)OSCI，而OSCO斷開(kāi)。
    如果安裝一個(gè)外部。E2PROM(93LC46／56／66)可使用MPROG V3．4a或更新版本對(duì)USB接口編程。該E2PROM必須是16位或丁作在+3．0～+3．6 V范同內(nèi)。

5 驅(qū)動(dòng)軟件
    當(dāng)FT2232H轉(zhuǎn)換器連接到主機(jī)時(shí)，必須在PC機(jī)上安裝一個(gè)由FTDI免費(fèi)提供的虛擬串行口 (VCP)驅(qū)動(dòng)程序，使得用戶能夠通過(guò)一個(gè)PC機(jī)串行仿真端口標(biāo)準(zhǔn)與USB接口通信。外部設(shè)備的數(shù)據(jù)經(jīng)其RS232接口輸入到FT2232H轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)PC的USB接口輸入到PC中的VCP程序中，Win-dows應(yīng)用程序通過(guò)VCP進(jìn)行處理。開(kāi)發(fā)人員將所需的產(chǎn)品PID，VID，設(shè)備驅(qū)動(dòng)號(hào)和設(shè)備說(shuō)明文字寫(xiě)入FT2232H自帶的E2PROM，E2PROM中的各種信息必須按照一定的格式存儲(chǔ)。FT2232H也提供默認(rèn)的PID、VID、設(shè)備驅(qū)動(dòng)號(hào)及設(shè)備說(shuō)明，即使轉(zhuǎn)換器無(wú)E2PROM也可正常T作，這時(shí)設(shè)備描述符是默認(rèn)FTDI公司提供的信息。
    另一種FTDI的USB驅(qū)動(dòng)程序——D2XX驅(qū)動(dòng)程序，能獲得更好的數(shù)據(jù)傳輸性能。應(yīng)用軟件可通過(guò)一個(gè)DLL實(shí)現(xiàn)對(duì)FT2232H的讀寫(xiě)。因此在編寫(xiě)程序時(shí)，只需調(diào)用FT2232 HDLL中的函數(shù)，便可完成對(duì)USB接口沒(méi)備的讀寫(xiě)操作。
    用戶可根據(jù)需要選擇不同的驅(qū)動(dòng)程序訪問(wèn)FTDI設(shè)備。但需要注意，在應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)使用過(guò)程中，同時(shí)只能使用一種驅(qū)動(dòng)程序提供的接口，不能混用不同驅(qū)動(dòng)程序提供的接口。

6 與其他方案比較
    目前，在實(shí)際應(yīng)用中，采用專用的USB-RS232雙向轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)USB-RS232接口的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)方案，是最為簡(jiǎn)清的一種。尤其FT2232H，在原有專用轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化。(1)FT2232H簡(jiǎn)單配置即可得到2個(gè)RS232串口。這樣，通信模塊與定位模塊即可相互獨(dú)立工作，完成信息的采集與傳遞；(2)FT2232H的發(fā)送緩沖器和接收緩沖器均達(dá)4 KB，是FT232BM，F(xiàn)T2232C等的10～30倍；(3)當(dāng)配置為RS232 UART接口時(shí)，F(xiàn)T2232H數(shù)據(jù)傳輸速率大幅提高，可支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率達(dá)12 Mbaud：當(dāng)配置為并行FIFO接口時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)25 Mb／s。

7 結(jié)束語(yǔ)
    采用雙向轉(zhuǎn)換器FT2232H設(shè)計(jì)USB和RS232轉(zhuǎn)換接口，不僅可用于對(duì)以RS232為通信通道設(shè)備的升級(jí)換代，也可直接用于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。在此基礎(chǔ)上，利用FT2232H提供的引腳功能，還可方便設(shè)計(jì)出USB-RS422、USB-RS485轉(zhuǎn)換器。