一种USB-RS232转换模块设计

　　1 前言

　　随着计算机硬件飞速发展，外围设备日益增多，键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪早已为人所共知，数码相机、MP3随身听接踵而至，这么多的设备，如何接入个人计算机？USB就是基于这个目的产生的。USB是一个使计算机周边设备连接标准化、单一化的接口，其规格是由Intel（英特尔）、NEC、Compaq、DEC、IBM（商业机器公司）、Microsoft（微软）、Northern Telecom联系制定的。 USB ,是英文Universal Serial BUS（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。

　　2 USB-RS232转换器设计方案

　　可供选择的USB-RS232转换器设计方案有：利用通用的USB控制器内置的通用异步收发器（UART）在USB与RS232之间转换信号，如 CY7C68013；采用单独的USB接口收发器，如ISP1581，PDIUSBD1 1／12等。而目前应用广泛的是采用专用的USB／RS232双向转换器，如FTDI公司的FT232BM，FT2232C，FT232R，该方案将数据收发和协议转换工作全部由转换器独立完成，无需编写器件的固件。

　　3 FT2232H简介

　　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高速规范，并可在各种工业标准的串行或并行接口（例如UART或FIFO）下配置，可提供两种可配置的接口，每个接口均可配置为UART、 JTAG、SPI、I2C或带独立波特率发生器的位响应模式串口。它可以实现USB到两个串行UART、FIFO、Bit-Bang IO接口，并且还可以配成MPSSE，I2C，JTAG及SPI总线。芯片内部整合了上电复位电路，节约成本；内部整合电平转换器，使IO电平支持5V和3。3V通过外挂的EEPROM，用于IO配置及储存USB VID和PID；提供各种操作系统下的驱动程序，如Windows OS，Mac OS，WindowsCE，Linux；具体型号包括FT2232D,FT2232H

　　3.1 主要特点

　　FT2232H可提供2个支持USB 2.0高速规范且可配置的并行／串行接口；内部集成有USB协议引擎，控制通用收发宏单元接口（UTMI）可处理USB 2.0高速接口所有方面：内部集成有+1.8 V低压差（LDO）稳压器和12～480 MHz的PLL；每个接口4 KB TX和RX数据缓冲；内部有效集成整个USB协议，无需任何固件；多协议的同步连续的发动机（MPSSE）的速度可达30 Mbit／s，提供灵活的同步接口配置；当配置为RS-232／-422／-485 UART接口时，FT2232H支持数据传输率达12 Mb／s：当配置为并行FIFO接口时，数据传输率达25 Mb／s。

　　3.2 功能描述

　　FT2232H内部结构图如图1所示。FT2232H有2个独立的UART／FIFO控制器，用于控制异步数据、245 FIFO数据、光电隔离（高速串口）或在安装程序命令时控制Bit-Bang模式；USB协议引擎控制和管理UTMI PHY与FIFO之间的接口，负责电源管理和USB协议规范；双端口FIFO TX缓冲区（4KB）存储来自主机PC的数据，并通过多用途的UART，FIFO控制器使用数据；双端口FIFO RX缓冲区（4KB）存储来自多用途UART/FOFO控制器的数据，然后再将数据送至主机；复位发生器模块上电时为设备内部电路提供可靠的供电复位。VREGIN还需外接一只滤波电容器：通用收发器宏单元接口（UTMI）物理层为USBTX／RX数据提供全速／高速SERDES （serialise-deserialise劝能，还可提供时钟；当不使用外部E2PROM时，FT2232H默认为一个USB到双串口设备，添加一个外部93C46（93C56或93C66）E2PROM使每个器件的通道独立配置为一个串行UART（RS232）模式，并行FIFO（245）模式或高速串口（光电隔离）。外部E2PROM也可用于存储FT223-2H的USB VID，PID，设备驱动号和设备说明文字。

　　4 硬件设计

　　图2为FT2232H配置USB-UART R232接口电路。

　　4.1 RS232 UART模式LED接口

　　当配置在异步模式下，FT2232H在每个通道上有2个IO引脚控制LED状态指示灯，分别用于传输和接收数据。传输／接收数据时，各自引脚从三态驱动至低电平，LED上显示数据传输。使用数字计时器，即使数据传输的百分之几也可清楚传输至用户终端。

　　4.2 USB总线供电配置

　　USB总线为通用串行总线，USB接口位于PS/2接口和串并口之间，允许外设在开机状态下热插拔，多可串接下来127个外设，传输速率可达480MB/S，P它可以向低压设备提供5伏电源，同时可以减少PC机I/O接口数量。通用串行总线USB（universal serial bus）是由Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界着名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外，快速是USB技术的突出特点之一，USB的传输率可达12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB还能支持多媒体

　　USB总线供电设备从USB总线获得能量。应用中，FT223-2H要求BUS（USB+5 V）调整到+3.3 V（使用一个LDO）供应给VCCIO，VPLL,VPHY和VREGIN。

　　4.3 振荡器与E2PROM配置

　　FT2232H与12 MHz±0.5％晶体振荡器的配置见图2，OSCI，OSCO与GND之间应增加电容器，这将有利于许多晶体振荡器使用。如果使用一个晶体、用平行式切断类型，还可使用一个12 MHz振荡器与FT2232H。在这种情况下，振荡器的输出将驱动OSCI，而OSCO断开。

　　5 驱动软件

　　当FT2232H转换器连接到主机时，必须在PC机上安装一个由FTDI提供的虚拟串行口 （VCP）驱动程序，使得用户能够通过一个PC机串行仿真端口标准与USB接口通信。外部设备的数据经其RS232接口输入到FT2232H转换模块，转换后的数据经PC的USB接口输入到PC中的VCP程序中，Win-dows应用程序通过VCP进行处理。开发人员将所需的产品PID，VID，设备驱动号和设备说明文字写入FT2232H自带的E2PROM，E2PROM中的各种信息必须按照一定的格式存储。

　　另一种FTDI的USB驱动程序——D2XX驱动程序，能获得更好的数据传输性能。应用软件可通过一个DLL实现对FT2232H的读写。因此在编写程序时，只需调用FT2232 HDLL中的函数，便可完成对USB接口没备的读写操作。

　　用户可根据需要选择不同的驱动程序访问FTDI设备。但需要注意，在应用软件开发使用过程中，同时只能使用一种驱动程序提供的接口，不能混用不同驱动程序提供的接口。

　　6 与其他方案比较

　　目前，在实际应用中，采用专用的USB-RS232双向转换器来实现USB-RS232接口的转换设计方案，是为简清的一种。尤其FT2232H，在原有专用转换器基础上，进一步优化。（1）FT2232H简单配置即可得到2个RS232串口。这样，通信模块与定位模块即可相互独立工作，完成信息的采集与传递；（2）FT2232H的发送缓冲器和接收缓冲器均达4 KB，是FT232BM，FT2232C等的10～30倍；（3）当配置为RS232 UART接口时，FT2232H数据传输速率大幅提高，可支持数据传输率达12 Mbaud：当配置为并行FIFO接口时，数据传输率高达25 Mb／s。

　　7 结束语

　　采用双向转换器FT2232H设计USB和RS232转换接口，不仅可用于对以RS232为通信通道设备的升级换代，也可直接用于新产品开发。在此基础上，利用FT2232H提供的引脚功能，还可方便设计出USB-RS422、USB-RS485转换器。