基于FT2232H的USB-RS232轉(zhuǎn)換模塊設計

1 前言
    USB是一種應用于PC領域的接口技術，+用于規(guī)范電腦與外部設備的連接和通訊。USB接口可支持設備的即插即用和熱插拔功能，還可連接多達127種外設，如鼠標、調(diào)制解調(diào)器和鍵盤等。但目前還有大量外圍設備和軟件使用RS232串口標準，為了充分利用 USB的優(yōu)勢，設計USB-RS232轉(zhuǎn)換器以便通過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)換模塊設計方案。

2 USB-RS232轉(zhuǎn)換器設計方案
    可供選擇的USB-RS232轉(zhuǎn)換器設計方案有：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，如 CY7C68013；采用單獨的USB接口收發(fā)器，如ISP1581，PDIUSBD1 1／12等。而目前應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)換器獨立完成，無需編寫器件的固件。

3 FT2232H簡介
    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)標準的串行或并行接口(例如UART或FIFO)下配置，可提供兩種可配置的接口，每個接口均可配置為UART、 JTAG、SPI、I2C或帶獨立波特率發(fā)生器的位響應模式串口。此外，還可配置為雙F1245 FIFO、主機總線仿真模式、CPU接口FIFO模式或光隔離串行接口模式。
3．1 主要特點
    FT2232H可提供2個支持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；每個接口4 KB TX和RX數(shù)據(jù)緩沖；內(nèi)部有效集成整個USB協(xié)議，無需任何固件；多協(xié)議的同步連續(xù)的發(fā)動機(MPSSE)的速度可達30 Mbit／s，提供靈活的同步接口配置；當配置為RS-232／-422／-485 UART接口時，F(xiàn)T2232H支持數(shù)據(jù)傳輸率達12 Mb／s：當配置為并行FIFO接口時，數(shù)據(jù)傳輸率達25 Mb／s。[!--empirenews.page--]
3．2 功能描述
    FT2232H內(nèi)部結構圖如圖1所示。FT2232H有2個獨立的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，負責電源管理和USB協(xié)議規(guī)范；雙端口FIFO TX緩沖區(qū)(4KB)存儲來自主機PC的數(shù)據(jù)，并通過多用途的UART，F(xiàn)IFO控制器使用數(shù)據(jù)；雙端口FIFO RX緩沖區(qū)(4KB)存儲來自多用途UART/FOFO控制器的數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)送至主機；復位發(fā)生器模塊上電時為設備內(nèi)部電路提供可靠的供電復位。 RESETn輸入引腳允許外部設備重置FT2232H。如果不使用RESETn，應將其連接到VCCIO(+3．3 V)；獨立波特率發(fā)生器提供×16或×10的時鐘信號給UART，通過1個14位比例因子和4個寄存位提供最佳的波特率調(diào)諧，決定UART可編程設置的波特率；+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，還可提供時鐘；當不使用外部E2PROM時，F(xiàn)T2232H默認為一個USB到雙串口設備，添加一個外部93C46(93C56或93C66)E2PROM使每個器件的通道獨立配置為一個串行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FT223-2H的USB VID，PID，設備驅(qū)動號和設備說明文字。

4 硬件設計
    圖2為FT2232H配置USB-UART R232接口電路。

4．1 RS232 UART模式LED接口
    當配置在異步模式下，F(xiàn)T2232H在每個通道上有2個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，各自引腳從三態(tài)驅(qū)動至低電平，LED上顯示數(shù)據(jù)傳輸。使用數(shù)字計時器，即使數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌俜种畮滓部汕宄鬏斨劣脩艚K端。[!--empirenews.page--]
4．2 USB總線供電配置
    USB總線供電設備從USB總線獲得能量。應用中，F(xiàn)T223-2H要求BUS(USB+5 V)調(diào)整到+3．3 V(使用一個LDO)供應給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圖2，OSCI，OSCO與GND之間應增加電容器，這將有利于許多晶體振蕩器使用。如果使用一個晶體、用平行式切斷類型，還可使用一個12 MHz振蕩器與FT2232H。在這種情況下，振蕩器的輸出將驅(qū)動OSCI，而OSCO斷開。
    如果安裝一個外部。E2PROM(93LC46／56／66)可使用MPROG V3．4a或更新版本對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)動軟件
    當FT2232H轉(zhuǎn)換器連接到主機時，必須在PC機上安裝一個由FTDI免費提供的虛擬串行口 (VCP)驅(qū)動程序，使得用戶能夠通過一個PC機串行仿真端口標準與USB接口通信。外部設備的數(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應用程序通過VCP進行處理。開發(fā)人員將所需的產(chǎn)品PID，VID，設備驅(qū)動號和設備說明文字寫入FT2232H自帶的E2PROM，E2PROM中的各種信息必須按照一定的格式存儲。FT2232H也提供默認的PID、VID、設備驅(qū)動號及設備說明，即使轉(zhuǎn)換器無E2PROM也可正常T作，這時設備描述符是默認FTDI公司提供的信息。
    另一種FTDI的USB驅(qū)動程序——D2XX驅(qū)動程序，能獲得更好的數(shù)據(jù)傳輸性能。應用軟件可通過一個DLL實現(xiàn)對FT2232H的讀寫。因此在編寫程序時，只需調(diào)用FT2232 HDLL中的函數(shù)，便可完成對USB接口沒備的讀寫操作。
    用戶可根據(jù)需要選擇不同的驅(qū)動程序訪問FTDI設備。但需要注意，在應用軟件開發(fā)使用過程中，同時只能使用一種驅(qū)動程序提供的接口，不能混用不同驅(qū)動程序提供的接口。

6 與其他方案比較
    目前，在實際應用中，采用專用的USB-RS232雙向轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)USB-RS232接口的轉(zhuǎn)換設計方案，是最為簡清的一種。尤其FT2232H，在原有專用轉(zhuǎn)換器基礎上，進一步優(yōu)化。(1)FT2232H簡單配置即可得到2個RS232串口。這樣，通信模塊與定位模塊即可相互獨立工作，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4 KB，是FT232BM，F(xiàn)T2232C等的10～30倍；(3)當配置為RS232 UART接口時，F(xiàn)T2232H數(shù)據(jù)傳輸速率大幅提高，可支持數(shù)據(jù)傳輸率達12 Mbaud：當配置為并行FIFO接口時，數(shù)據(jù)傳輸率高達25 Mb／s。

7 結束語
    采用雙向轉(zhuǎn)換器FT2232H設計USB和RS232轉(zhuǎn)換接口，不僅可用于對以RS232為通信通道設備的升級換代，也可直接用于新產(chǎn)品開發(fā)。在此基礎上，利用FT2232H提供的引腳功能，還可方便設計出USB-RS422、USB-RS485轉(zhuǎn)換器。