新的FT2232C型USB UART/FIFO電路的特征及應(yīng)用

    摘要：FT2232C是一款USB到UART/FIFO轉(zhuǎn)換電路。文中介紹FT2232C的特性、工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域，給出該電路在各種不同場合的典型應(yīng)用電路。

    關(guān)鍵詞：通用串行總線；通用異步收發(fā)模式/先進先出；FT2232C

引言

在進行室外信息采集時，需要定位和通信，還需要由傳感器進行各種信息的采集，因而需要多個串口。串口擴展已成為系統(tǒng)開發(fā)中經(jīng)常遇到的問題。一般的解決方案是有用串口擴展電路來增加串口。但這種方法采用的電路較多，電路較復(fù)雜，且串口連接的設(shè)備在使用時插拔很不方便。本文介紹一種新的FT2232C型電路的功能特片并用其進行串口擴展。

1 FT2232C介紹

1.1 電路概覽

FT2232C是一款USB到UART/FIFO的轉(zhuǎn)換電路，是FTDI公司繼第二代FT232BM、FT245BM之后的第三代產(chǎn)品，集成了兩片BM芯片的功能。電路要用48-LD LQFP封裝。

FT2232C具有兩個多用途的UART/FIFO控制器，可分別配置成不同的工作模式。一個USB下游端口轉(zhuǎn)換成兩個I/O通道，每個I/O通道相當(dāng)一個FT232BM或FT245BM，可以單獨配置成UART接口或者FIFO接口。通過對外掛EEPROM的配置，F(xiàn)T2232C還提供一系列新的操作模式，如多協(xié)議同步串行機接口，這是專為同步串行協(xié)議如JTAG和SPI總線設(shè)計的。還有同步位寬模式、CPU風(fēng)格的FIFO模式、多協(xié)議同步串行機接口模式、MCU主機總線競爭模式及快速光隔離串行機接口模式等。此外，該電路的驅(qū)動能力有很大提高，能夠輸出較之通常電路3倍的功率，這使得多個電路可能共享總線。

使用FTDI公司提供的虛擬串口（VCP）驅(qū)動，對外圍接口的使用就像使用PC的標(biāo)準(zhǔn)串口一樣。許多現(xiàn)有軟件經(jīng)過簡單重新配置即哥與虛擬串口相接，應(yīng)用程序與電路間的通信與PC的COM口通信相同。

    1.2 電路的特征

●只需添加簡單配置電路，便可實現(xiàn)由單電路到雙通道串/并口的轉(zhuǎn)換；

●芯片上集成了全部USB處理協(xié)議，使用時不需要另外編寫USB固件程序；

●2個I/O通道（A/B）相互獨立，可配置成2個5V、2個3.3V或一個5V、一個3.3V的邏輯I/O接口；

●UART接口支持7或8位數(shù)據(jù)位，1/2位停止位，奇校驗/偶校驗/標(biāo)志位/空位/無奇偶校驗；

●發(fā)送數(shù)據(jù)的速率為300~1Mb/s(RS-232)或3Mbs(TTL、RS-232/RS-485)；

●接口模式和USB描述字符可在外部EEPROM中進行配置，還可以在板子上通過USB對EEPROM進行配置；

●4.35V~5.25V的單電壓工作范圍。

    1.3 簡化功能框圖

FT2232C的簡化功能框圖如圖1所示，各單元的功能如下：

USB收發(fā)器單元：提供USB1.1、USB2.0到USB電纜的全速物理接口。一個微分收發(fā)器和兩個單獨的終結(jié)收發(fā)器提供USB數(shù)據(jù)輸入、SEO及USB復(fù)位條件檢測。

USB DPLL單元：跟蹤輸入的NRZI USB數(shù)據(jù)，并單獨恢復(fù)時鐘及數(shù)據(jù)信號SIE模塊。

SIE模塊：執(zhí)行USB數(shù)據(jù)從串行到并行及并行到串行的轉(zhuǎn)換。

USB PE模塊：管理從USB控制端接收的數(shù)據(jù)，負責(zé)處理USB主控器發(fā)出的低層USB協(xié)議請求和UART/FIFO控制器發(fā)出的控制命令。

    RX Buffer和TX Buffer分別為384字節(jié)的接收緩沖和128字節(jié)的發(fā)送緩沖。

1.4 應(yīng)用領(lǐng)域

由于集成了兩片第二代BM的功能，因而FT2232C的應(yīng)用場合十分廣泛。主要包括USB轉(zhuǎn)換為雙串口RS-232、USB轉(zhuǎn)換為雙串口RS-422/RS-485、USB JTAG編程、USB轉(zhuǎn)換為SPI總線接口、現(xiàn)場可升級的USB產(chǎn)品和帶USB接口的交流隔離產(chǎn)品。

2 FT2232C的應(yīng)用舉例

在實際應(yīng)用中，由于傳統(tǒng)串口擴展方法相對比較繁鎖，因此可使用該電路來擴展串口，實現(xiàn)時只需進行簡單的外圍電路配置即可得到一個由USB轉(zhuǎn)換而來的兩個COPMPORT。具體的配置電路如圖2所示。

設(shè)計是需要注意以下幾點：

首先：FT2232C的USBDP、USBDM兩個輸入端的電阻器阻值必須相等，典型值為27Ω，而且必須是1%精度的電阻器，否則容易造成輸入阻抗不匹配而使電路無法正常工作。其次：該電路晶振兩端的2個電容器的容值也必須相等，典型值為27pF。

    由于設(shè)計要求是要得到2個串口，因此外掛的EEPROM可以不接，而直接將FT2232C的EEDATA端經(jīng)由10kΩ的電阻器接到VCC上。這樣在上電復(fù)位時FT2232C不能從外掛的EEPROM中讀取信息，工作在電路的缺省默認模式下，即由USB到雙串口的轉(zhuǎn)換。

將得到的2個串口通過電路的VCCIOA、VCCIOB進行配置，即將VCCIOA接3.3V，VCCIOB接5V，這樣得到的串口A的工作電壓為3.3V，串口B的工作電壓為5V，可以分別接3.3V和5V的器件。

由于RS232電平一般為-9V~+9V，而FT2232C轉(zhuǎn)換得到的2個串口通信前需要經(jīng)過V或3.3V，因此在與RS232串口通信前需要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。以SP213EHCA電平轉(zhuǎn)換電路為例，具體電路如圖3所示。

除了常用的USB到RS-232串口的轉(zhuǎn)換，F(xiàn)T2232C還可以轉(zhuǎn)換成其他接口，如RS422、RS485及CPU風(fēng)格的FIFO等。其具體的電路分別如圖4、圖5、圖6所示。為方便起見，各圖中仍僅以一個通道為例進行說明。

3 結(jié)束語

隨著USB總線技術(shù)的發(fā)展，接口擴展及接口轉(zhuǎn)換是隨時都可以遇到的問題。正基于此，F(xiàn)T2232C的應(yīng)用前景日漸看好。應(yīng)用FT2232C可以方便地擴展多個RS-232接口、RS-422接口、RS-485接口，還可以將USB接口轉(zhuǎn)換為SPI總線接口。USB擴展或轉(zhuǎn)換其他接口的方案不僅經(jīng)濟實用，無需占用主機的擴展槽資源，而且簡單方便，其功能特點逐步顯示出來。目前USB接口的設(shè)備已經(jīng)在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著主要作用。相信FT2232C的應(yīng)用將越來越廣泛。