基于FT8U232AM、FT8U245AM芯片的USB接口转换器。方案、说明

基于FT8U232AM、FT8U245AM芯片的USB接口转换器。无线电电子电气工程百科全书

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现在，任何人都不会因为能够将 USB 设备连接到计算机而感到惊讶。相比传统的计算机I/O端口（串行-COM、并行-LPT），通用串行总线（Universal Serial Bus）提供了更高的数据交换速率。 USB 1.1 版本的最大吞吐量为 12 Mbps，最新版本 2.0 为 480 Mbps。对于低速设备，提供 1,5 Mbps 的速度。然而，USB 数据交换协议很复杂，直到最近，不仅无线电业余爱好者而且许多专家都无法实现它。如今，通过在正在开发的设备中安装FT8U232AM或FT8U245AM芯片，您可以将USB转换为“虚拟”串行或并行端口，并使用熟悉的众所周知的方法进行高速数据交换，而无需考虑USB的许多特性手术。

使用 USB 将计算机连接到外围设备非常简单。无需关闭计算机即可对接和断开连接器，连接后立即提供自动设备识别，然后安装必要的驱动程序。分支总线拓扑（图 1）涉及集线器的使用，通常称为“集线器”（英语集线器）。

基于FT8U232AM、FT8U245AM芯片的USB接口转换器

计算机的系统单元有一个根集线器（root hub），配备有两个或四个USB插座，外围设备直接或通过集线器连接到该根集线器。有时，USB 设备本身（最常见的是显示器和键盘）配备有内置集线器，在其他情况下，设计为独立产品的集线器用于对总线进行分支。

将一组传统的外围USB设备连接到计算机的示例如图2所示。 127. 它们的总数可以达到 2001 个——对于所有可以想象的应用来说绰绰有余。直到最近，这个网络（与通常的本地网络不同）的“主机”（主机）只能是一个——计算机本身。然而，1.0 年底发布的 USB 2.0 标准的补充内容（名为 OTG XNUMX）允许外围设备执行某些主机功能。例如，这将允许绕过计算机将 USB 扫描仪直接连接到 USB 打印机。

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每个连接的 USB 设备都由计算机操作系统分配一个唯一的标识号，这是系统配置、管理和通信所必需的。通信会话以批处理模式发生。

USB 网络的所有组件均使用由两对双绞线组成的电缆进行连接。其中一个是双向数据交换，另一个是 5 V 恒定电压，因此经济型外围设备可能不包含自己的电源。 USB 电缆有两种不兼容的连接器类型：A 位于面向计算机的一侧，B 位于面向外围设备的一侧。这可以防止错误连接。根据上述OTG 1.0的补充，还引入了两种类型的缩小尺寸连接器：mini-A和mini-B，以及与这两种类型的插头兼容的mini-AB通用插座。所有 USB 连接器均设计为可快速、轻松地反复插拔。

USB 的范围不仅限于多媒体应用。这种高速接口旨在服务大量设备，方便通信设备、信息收集和存储，传统上连接到计算机的COM和LPT端口。不幸的是，更换现有设备中的接口非常困难。解决该问题的一种方法是使用各种USB接口的转换器。基于英国 FTDI（未来技术设备国际）公司芯片的类似设备已经出现在俄罗斯市场上。公司目前生产三款多功能芯片：FT8U100AX、FT8U232AM和FT8U245AM。第一个允许您创建一个七端口 USB 集线器。另外两个（其外观和引脚分配如图 3 所示）设计用于将各种设备与 USB 总线连接。 QFP-32 封装的尺寸为 7x7 mm，引脚间距为 0,8 mm。

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FT8U232AM - USB 到传统串行接口转换器 - 可以安装在 USB 调制解调器、COM-USB 适配器、条码扫描仪、测量设备中 - 事实上，可以安装在以前使用相对较慢的 RS-232、RS-422、RS-485 接口的任何设备中。它能够以高达 2000 kbps 的速度双向传输数据，用户不需要任何有关设备和 USB 操作的知识。 FTDI 提供的软件驱动程序给人的印象是通信是通过常规 COM 端口进行的。

FT8U232AM的功能框图如图4所示。 232. 其基础是两个接口的收发器。 UART块配备了RS-XNUMX标准的全套信号电路，USB收发器——只有两个信息输出USBDP和USBDM，形成双向数据传输通道。 SIE 块将串行代码转换为并行代码，反之亦然，执行位分配程序，生成（用于传出数据流）和检查（用于传入）控制代码。

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低级 USB 协议处理程序生成对来自主机控制器（计算机）的请求的响应。通过它，他们控制UART的操作模式。有两个中间数据存储缓冲区（FIFO），容量分别为384字节（用于接收）和128字节（用于发送）。 FIFO 由适当的控制器管理。

微电路的主振荡器由外部石英或陶瓷谐振器以 6 MHz 供电。此外，其频率乘以 8（高达 48 MHz）。 UART 时钟分两步从 48 MHz 获得：除以 16，然后使用可编程分频器获得所需值。 UART 控制器可以以 300 波特至 2 Mbaud 的速度运行，但实际可达到的最大速度取决于与 FT8U232AM 一起使用的电平转换器 IC。

FT8U232AM芯片的EECS、EESK、EEDATA引脚设计用于连接外部非易失性存储器——AT93C46 EEPROM芯片，该芯片存储产品的制造商标识符（VID）和个人（PID）序列号等数据。如果多个基于 FT8U232AM 芯片的设备同时通过 USB 连接到计算机，则这是必要的。序列号尤其重要，因为软件驱动程序依赖于其唯一性，将一个或另一个虚拟 COM 端口与特定设备相关联。如果没有ROM，则只能将一台形成虚拟COM 端口的设备连接到计算机。

RESET 输入端的低电平会导致 FT8U232AM 芯片复位。 RC 电路必须连接到 RCCLK 引脚，这会将微电路的启动延迟足够的时间，以“建立”连接到 XTIN、XTOUT 引脚的石英谐振器。 TEST 输入仅在调试模式下使用。正常工作时，必须接地（GND）。

有多个辅助输出。 USBEN 输出的高电平表示通过 USB 完成微电路初始化过程。如果一段时间内没有数据交换，微电路会自动切换到“睡眠模式”，SLEEP 输出处的低电平即可证明这一点。 TXLED 和 RXLED 输出上的类似电平分别表示正在发送或接收数据。 TXDEN 输出的信号用于控制 RS-485 接口的收发器。当TXD线上有数据传输时，该电平为高电平。

FT8U232AM微电路（VCC）的电源电压为4,4 ... 5,25 V，工作电流消耗不超过50 mA，睡眠模式不超过250 μA。如果微电路由通过 USB 提供的电压供电，如果设备有自己的电源（连接到 VCC 电路），则其引脚 14 (PWRCTL) 必须接地 (GND)。微电路的逻辑输出设计用于高达 4 mA（流出）和高达 8 mA（流入）的电流。

FT8U245AM 芯片允许您以高达 1 Mbps 的速度组织外围设备和计算机之间的数据交换。它可用于 ISDN 和 ADSL 调制解调器、数码相机和 MP8 播放器以及测量设备。与 FT245U0AM 不同，它不包含 UART 模块，可发出通过 USB 从缓冲区 (FIFO) 接收的数据或通过 7 位并行双向数据总线 (DXNUMX - DXNUMX) 接收数据。该芯片可使用直接内存访问 (DMA) 通道或 I/O 端口方便地与任何微处理器和微控制器连接。

读取和写入字节的时序图如图 5 所示。 XNUMX.

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通过 USB 接收到的数据（接收缓冲区的大小为 128 字节）的存在由 RXF 信号的低电平指示。读取数据直到缓冲区为空且 RXF 为高电平。填满发送缓冲区的所有 384 个字节后，TXE 信号保持高电平，微电路停止接受新数据，直到缓冲区的内容通过 USB 传输到计算机。为了不延迟交换，提供了16ms的定时器。如果在此时间间隔内发送缓冲区未满并且没有新数据到达，则缓冲区的内容将自动发送到计算机。 FT8U232AM 芯片也具有类似的特性。

对于掌握FT8U232AM和FT8U245AM芯片的硬件开发人员，GIGATECHNO-LOGY提供了调试模块，其中一个如图6所示。 XNUMX.

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除了微电路之外，该板还具有其运行所需的所有无源元件、石英谐振器和 USB B 型插座。该模块安装在标准 32 针“宽”DIP 面板中。该模块由 USB 供电，无需额外的电源。

完成后的USB-RS-232接口转换器框图如图7所示。 232. 有了它，许多配备RS-1接口的设备都可以通过USB连接到计算机。转换器使用 USB A 型（CN1,5）插头与计算机（或集线器）连接，配有 XNUMX m 连接电缆，请勿增加超过规定长度，否则 USB 将发生故障。

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U3 FT8U232AM芯片按照厂家推荐的标准方案进行连接。晶体管Q1上的节点在供电时（将转换器连接到USB网络）会产生一个脉冲，使U3芯片复位。电源电压通过滤波器 FB1 和 FB2（带有铁氧体垫圈的普通电线）提供给转换器节点。

R5C10电路在Y1谐振器上对发电机的启动产生延迟，可以使用进口HC49U、国产PK415等。如果谐振器是二端且不含内置电容，则可能需要安装容量为 10 ... 20pF 的外部电容器。

芯片U1包含符合RS-232标准的接口信号接收器和发送器，以及其操作所需的5V至+10和-10V电压转换器。图中所示的 SP213EHCA (Sipex) 芯片提供高达 460 kBaud 的数据交换速率。如果115 kBaud足够，指定芯片可以更换为同公司的SP213ECA、MAX213CAI（Maxim）或ADM213EARS（Analog Devices）。

如前所述，不需要芯片 U1 93C46。如果您决定安装它，则必须首先使用 FT8U232AM 芯片说明附录中的建议对其进行编程。该文档以及许多其他有用的技术和参考信息可以在 FTDI 网站上找到。。

转换器的外观如图所示。 8. 其 PCB 位于 DB-9M 插头外壳内。

基于FT8U232AM、FT8U245AM芯片的USB接口转换器

需要说明的是，开发板的各层图如图所示。 9、--四层。

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它设计用于在两侧安装元件，包括用于表面安装 (SMD) 的尺寸 0603 (1,6x0,8 mm) 的电阻器和电容器。

在业余条件下，这种板可以由两块双面板通过绝缘垫片粘合在一起制成。

工厂制造电路板所需的所有文件

如果无法使用SMD元件制作多层板，则必须独立开发标准元件的常规元件。

安装虚拟 COM 驱动程序

适用于任何感兴趣的操作系统的虚拟 COM 端口驱动程序（VCP - 虚拟 COM 端口）可在 FTDI 官方网站上找到在主题部分“驱动程序和实用程序”中。

VCP 驱动程序有两个版本：适用于通过接口转换器连接并支持该技术（即插即用 PnP）的设备，以及没有此类支持的类似设备（Pop-PnP）。选择驱动程序时出错会导致加载操作系统延迟 20...30 秒。

在 Windows 中安装 VCP 驱动程序的过程与安装任何其他设备的驱动程序没有什么不同。提供驱动程序的存档中的所有文件都必须复制到软盘或硬盘上专门创建的文件夹中。接下来，将接口转换器（或基于 FT8U232AM、FT8U245AM 芯片的其他设备）连接到 USB，打开“添加/删除硬件”窗口并按照“安装向导”的说明进行操作。

要验证驱动程序是否已成功安装，请打开“系统属性”窗口中的“设备管理器”选项卡，并在列表中找到USB高速串行转换器。如果没有类似的情况，则应再次重复安装过程。

驱动安装成功后，USB High Speed Serial Converter项中会出现USB Serial port (COMx)设备，其中x为虚拟串口号。

COMx 的基本参数与标准串口的参数和设置相同。您可以更改 UART 速度、每个字的位数、奇偶校验模式、停止位长度、流控制方法。唯一的区别是能够在“高级端口设置”窗口中选择或更改端口号 x。

作为Windows 98的虚拟COM端口编程工具，您可以使用标准的VCOMM API系列函数。有关其使用的文档和其他有用信息包含在 MSDN（Microsoft 开发人员网络）中。

FTDI 提供了另一种不需要串行仿真驱动程序的解决方案。该架构被作者称为 D2XX，基于 WDM 技术。该设备通过USB协议栈和驱动程序的动态库进行编程。该公司的网站包含多种流行编程语言的源代码示例以及 D2XX 程序员手册。

波特率设置

有关 FT8U245AM 微电路的可编程分频器的时钟分频因子值的信息（获得一种或另一种数据交换速率所必需的）包含在驱动程序随附的 ftdiport.inf 文件中。通过更改这些值，您可以实现非标准 UART 速度。然而，更常见的是，必须更改它们以考虑石英谐振器与标称 6 MHz 的频率偏差等因素。

要计算所需的分频系数，请将石英谐振器频率 (Hz) 的一半除以所需的波特率 (Baud)。商四舍五入到最接近的小数部分 0,125、0,25、0,5 或整数。结果值必须转换为 16 位二进制代码。在代码的 14 个最低有效位 (D0-D13) 中，输入系数的整数部分，在高级位 (D14、D15) 中，输入与表一致的小数部分。然后该代码被转换为两字节的十六进制数。

基于FT8U232AM、FT8U245AM芯片的USB接口转换器

在 Windows 98 系统上，在上述 ftdiport.inf 文件的 [FtdiPort232.HW.AddReg] 部分中，查找以下行

HKR,,configData,1,01,00,3F.3F,10,27,88,13,C4,09,E2,04,71,02,38,41,9C,£0,4E,CO,34,00,1A,00,0Dt 0,06,40,03, 80,00,00, 00, 00

请注意，它是有条件地分成几行，并且在文件中必须作为一行写入，不能有空格。为了方便起见，可以更改的系数值以粗体和斜体交替显示。文件中不允许进行任何选择。首先写入每个系数的低字节，然后写入高字节。例如，序列E2,04对应于数字4E2H。进行必要的更改后，编辑后的文件将替换为原始文件。

在 Windows 2000 中工作，以相同的方式编辑同一文件的 [FtdiPort232.NT.HW.AddReg] 部分中的同一行。

作者：A. Lysenko、R. Nazmutdinov、I. Malygin、叶卡捷琳堡

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