基于FT245BM的簡易USB接口開發(fā)
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)是一個熱點。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，越來越受到業(yè)界的青睞?？墒牵琔SB的開發(fā)要求設(shè)計人員對USB的標(biāo)準(zhǔn)、Firmware（固件）編程及驅(qū)動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，使用簡單、性能卓越，只要熟悉單片機編程及簡單的VB、VC應(yīng)用程序編程，就可很容易地進行用戶產(chǎn)品開發(fā)。
2 FT245BM芯片功能簡介
FT245BM的主要功能是進行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。中間的轉(zhuǎn)換工作全部由芯片自動完成，開發(fā)者無須考慮固件的設(shè)計。
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)冗余校驗碼（CRC5/CRC16）的產(chǎn)生和檢錯；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控制器實現(xiàn)與單片機（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）來完成和單片機的數(shù)據(jù)交互。FT245BM內(nèi)含兩個FIFO數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一個是128字節(jié)的接收緩沖區(qū)，另一個是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個內(nèi)置的3.3 V的穩(wěn)壓器，1個6 MHz的振蕩器、8倍頻的時鐘倍頻器、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 | 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，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，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，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，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)信號線D+，接1.5kΩ的上位電阻到3.3V |
| 8 | USBDM | I/O | USB數(shù)據(jù)信號線D- |
| 32 | EECS | I/O | EEPROM片選線 |
| 1 | EESK | OUT | EEPROM時鐘線 |
| 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 | 時鐘輸入腳 |
| 28 | XTOUT | OUT | 時鐘輸出腳 |
| 31 | TEST | IN | 測試腳 |
| 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
FT245BM的典型硬件電路如圖3所示。
該電路采用總線供電模式，同時采用上電復(fù)位方式，通過的輸出使單片機復(fù)位。時鐘電路可采用4腳的6 MHz晶振模塊或由1個6 MHz的晶體及2個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磁珠，以減少主機和設(shè)備的干擾；同時，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)計中，數(shù)據(jù)線的走線應(yīng)盡可能短并且長度相等。圖3中的93C46（93C56或93C66）是一片EEPROM，用于存儲產(chǎn)品的VID、PID、設(shè)備序列號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。
圖3 FT245BM的典型硬件電路
4 軟件編程
當(dāng)FT245BM的USB接 口連接到主機后，必須在PC機上安裝一個由FTDI公司免費提供的虛擬串行口VCP（Virtual COM Port）驅(qū)動程序。該驅(qū)動程序兼容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行應(yīng)用程序的開發(fā)。該虛擬串口可以像一個標(biāo)準(zhǔn)的物理串口那樣被訪問，可本質(zhì)上所有針對虛擬串口的數(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對虛擬串口（通常為COM3）進行應(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，實際上VCP驅(qū)動程序總是使數(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，設(shè)置MSComm3.Rthreshold的值為1。只要有數(shù)據(jù)傳到PC機，就立即觸發(fā)MSComm3.CommEvent事件，自動讀取COM3的數(shù)據(jù)；而發(fā)送數(shù)據(jù)則可自動或手動發(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，基于萬利的Insight SE-52仿真器進行編程。根據(jù)圖4所示接收數(shù)據(jù)時序圖，首先，須采樣到信號為低，若為低，表明有接收到來自PC機的數(shù)據(jù)，允許單片機通過八位數(shù)據(jù)總線D0~D7讀取數(shù)據(jù)。接著，通過信號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)上進一步開發(fā)，即用戶根據(jù)自己的具體項目進行編程。
5 結(jié) 論
利用FT245BM進行USB接口的開發(fā)，簡單、容易，開發(fā)周期短，易于為工程實踐所采用；同時，也可以直接用于新產(chǎn)品的開發(fā)，如數(shù)碼相機的USB接口、MP3播放器的USB接口及無線Modem的USB接口等。
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