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常用USB转串口芯片介绍
2009年08月18日 星期二 16:05

2009-06-25 08:08
pl2303原理应用

PL2303符合USB1.1标准，价格3RMB.
2 CP2102／CP2103简介

Silicon Laboratories公司推出的USB接口与RS232接口转换器CP2102／CP2103是一款高度集成的USB-UART桥接器，提供一个使用最小化元件和PCB空间来实现RS232转换USB的简便解决方案。如图1所示，CP2102／CP2103包含了一个USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的异步串行数据总线(UART)，采用5 mm×5 mm MLP-28的封装。

　　CP2102／CP2103作为USB／RS232双向转换器，一方面可以从丰机接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设；另一方面可从RS232外设接收数据转换为USB数据格式传送至主机，其中包括控制和握手信号。
　　2.1 USB功能控制器和收发器

　　2.2 异步串行数据总线(UART)接口
　　CP2102／CP2103 UART接口包括TX (发送)和RX(接收)数据信号以及RTS、CTS、DSR、DTR、DCD和RI控制信号。UART支持RTS／CTS、DSR／DTR和X-On／X-Off握手。
　　通过编程设置UART，支持各种数据格式和波特率。在PC机的COM端口编程设置UART的数据格式和波特率。表1为其数据格式和波特率。

　　2.3 内部EEPROM
　　CP2102／CP2103内部集成有1个EEPROM，用于存储由设备制造商定义的USB供应商ID、产品ID、产品说明、电源参数、器件版本号和器件序列号等信息。USB配置数据的定义是可选的。如果EEPROM没有被OEM的数据占用，则采用表1所示的默认配置数据。注意，对于可能使用多个基于CP2102／CP2103连接到同一PC机的OEM应用来说，则需要专用的序列号。
　　内部EEPROM是通过USB编程设置的，允许OEM的USB配置数据和序列号可以在出厂和测试时直接写入系统板上的CP2102／CP2103。Cygnal提供了一个专门为CP2102／CP2103的内部EEP-ROM编程设置工具，同时还提供免费的驱动Windows DLL格式的程序库。这个程序库可将。EEP-ROM编程步骤集成到OEM在制造中进行流水线式测试和序列号的管理的自定义软件中。EEP-ROM的写寿命的典型值为100 000次，数据保持时间为100年。为了防止更改USB描述符，应将其锁定。
　　2.4 其他功能
　　CP2103除上述功能外也可实现RS485接口与USB接口转换功能，CP2103支持4个可按照控制信息定义的GPIO引脚。
　　3 典型应用电路
　　3.1 硬件电路设计
　　原设备的RS232接口仅用TXD／RXD 2个引脚信号和地3条线。单片机8031与RS232接口间的电平驱动采用Maxim公司的MAX202CPE，而采用光电耦合器6N137实现隔离。
　　采用CP2102改造的接口应用电路如图2所示。该电路已通过制板和软硬件调试，完全可靠。串口扩展，仪需2～3只外部去耦电容器，REGIN端需加0.1μF与1.0μF并联的去耦电容。CP2102的供电电源由计算机的USB接口提供，再连接3只保护管以便于使用。该电路仅使用CP2102的UART总线上TXD／RXD 2个引脚其余悬空。单片机可直接识别CP2102的UART总线上信号，为确保数据收发的稳定性，避免通信过程产生干扰，采用光电耦合器隔离，并将RST采用一只4.7 kΩ电阻上拉至VDD。

　　当CP2102转换器与主机连接后，必须根据操作系统选择相对应的虚拟串行口驱动程序。不必修改设备的应用程序，就像存取一个标准的物理串口一样访问该虚拟串口，端口设备会产生“CP2102 USB to UART Bridge Controller(COM×)”的新端口(×随计算机的配置而异)，此时说明驱动程序安装成功。实质上，所有针对虚拟串口的数据通信都足以USB总线传输实现的，但在设备上，收发则是RS232数据。
　　3.2 软件设计
　　计算机采用C语言的通讯控制函数，按串行口方式设置，以实现接口通讯软件设计。单片机通讯程序如下所示。该通讯程序在波特率9 600～600调试，通讯准确可靠。
CP2102参考价格是8RMB.USB2.0标准。外围电路为零，也就是说不用外围电路。这点最好。
新的FT2232C型USB UART/FIFO电路的特征及应用

摘要：FT2232C是一款USB到UART/FIFO转换电路。文中介绍FT2232C的特性、工作原理及应用领域，给出该电路在各种不同场合的典型应用电路。
    关键词：通用串行总线；通用异步收发模式/先进先出；FT2232C
引言
在进行室外信息采集时，需要定位和通信，还需要由传感器进行各种信息的采集，因而需要多个串口。串口扩展已成为系统开发中经常遇到的问题。一般的解决方案是有用串口扩展电路来增加串口。但这种方法采用的电路较多，电路较复杂，且串口连接的设备在使用时插拔很不方便。本文介绍一种新的FT2232C型电路的功能特片并用其进行串口扩展。

1 FT2232C介绍
1.1 电路概览
FT2232C是一款USB到UART/FIFO的转换电路，是FTDI公司继第二代FT232BM、FT245BM之后的第三代产品，集成了两片BM芯片的功能。电路要用48-LD LQFP封装。
FT2232C具有两个多用途的UART/FIFO控制器，可分别配置成不同的工作模式。一个USB下游端口转换成两个I/O通道，每个I/O通道相当一个FT232BM或FT245BM，可以单独配置成UART接口或者FIFO接口。通过对外挂EEPROM的配置，FT2232C还提供一系列新的操作模式，如多协议同步串行机接口，这是专为同步串行协议如JTAG和SPI总线设计的。还有同步位宽模式、CPU风格的FIFO模式、多协议同步串行机接口模式、MCU主机总线竞争模式及快速光隔离串行机接口模式等。此外，该电路的驱动能力有很大提高，能够输出较之通常电路3倍的功率，这使得多个电路可能共享总线。
使用FTDI公司提供的虚拟串口（VCP）驱动，对外围接口的使用就像使用PC的标准串口一样。许多现有软件经过简单重新配置即哥与虚拟串口相接，应用程序与电路间的通信与PC的COM口通信相同。

    1.2 电路的特征
●只需添加简单配置电路，便可实现由单电路到双通道串/并口的转换；
●芯片上集成了全部USB处理协议，使用时不需要另外编写USB固件程序；
●2个I/O通道（A/B）相互独立，可配置成2个5V、2个3.3V或一个5V、一个3.3V的逻辑I/O接口；
●UART接口支持7或8位数据位，1/2位停止位，奇校验/偶校验/标志位/空位/无奇偶校验；
●发送数据的速率为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中进行配置，还可以在板子上通过USB对EEPROM进行配置；
●4.35V~5.25V的单电压工作范围。

    1.3 简化功能框图
FT2232C的简化功能框图如图1所示，各单元的功能如下：
USB收发器单元：提供USB1.1、USB2.0到USB电缆的全速物理接口。一个微分收发器和两个单独的终结收发器提供USB数据输入、SEO及USB复位条件检测。
USB DPLL单元：跟踪输入的NRZI USB数据，并单独恢复时钟及数据信号SIE模块。
SIE模块：执行USB数据从串行到并行及并行到串行的转换。
USB PE模块：管理从USB控制端接收的数据，负责处理USB主控器发出的低层USB协议请求和UART/FIFO控制器发出的控制命令。

    RX Buffer和TX Buffer分别为384字节的接收缓冲和128字节的发送缓冲。
1.4 应用领域
由于集成了两片第二代BM的功能，因而FT2232C的应用场合十分广泛。主要包括USB转换为双串口RS-232、USB转换为双串口RS-422/RS-485、USB JTAG编程、USB转换为SPI总线接口、现场可升级的USB产品和带USB接口的交流隔离产品。
2 FT2232C的应用举例
在实际应用中，由于传统串口扩展方法相对比较繁锁，因此可使用该电路来扩展串口，实现时只需进行简单的外围电路配置即可得到一个由USB转换而来的两个COPMPORT。具体的配置电路如图2所示。
设计是需要注意以下几点：
首先：FT2232C的USBDP、USBDM两个输入端的电阻器阻值必须相等，典型值为27Ω，而且必须是1%精度的电阻器，否则容易造成输入阻抗不匹配而使电路无法正常工作。其次：该电路晶振两端的2个电容器的容值也必须相等，典型值为27pF。

    由于设计要求是要得到2个串口，因此外挂的EEPROM可以不接，而直接将FT2232C的EEDATA端经由10kΩ的电阻器接到VCC上。这样在上电复位时FT2232C不能从外挂的EEPROM中读取信息，工作在电路的缺省默认模式下，即由USB到双串口的转换。
将得到的2个串口通过电路的VCCIOA、VCCIOB进行配置，即将VCCIOA接3.3V，VCCIOB接5V，这样得到的串口A的工作电压为3.3V，串口B的工作电压为5V，可以分别接3.3V和5V的器件。
由于RS232电平一般为-9V~+9V，而FT2232C转换得到的2个串口通信前需要经过V或3.3V，因此在与RS232串口通信前需要经过电平转换。以SP213EHCA电平转换电路为例，具体电路如图3所示。
除了常用的USB到RS-232串口的转换，FT2232C还可以转换成其他接口，如RS422、RS485及CPU风格的FIFO等。其具体的电路分别如图4、图5、图6所示。为方便起见，各图中仍仅以一个通道为例进行说明。

3 结束语
随着USB总线技术的发展，接口扩展及接口转换是随时都可以遇到的问题。正基于此，FT2232C的应用前景日渐看好。应用FT2232C可以方便地扩展多个RS-232接口、RS-422接口、RS-485接口，还可以将USB接口转换为SPI总线接口。USB扩展或转换其他接口的方案不仅经济实用，无需占用主机的扩展槽资源，而且简单方便，其功能特点逐步显示出来。目前USB接口的设备已经在众多领域发挥着主要作用。相信FT2232C的应用将越来越广泛。
总的来说PL2303最便宜只要3RMB，外围电路也不复杂，支持USB1.1.性价比一般。CP2102性价比最好，外围电路最简单。FT232BM最贵要18RMB，但驱动支持最好，也最稳定。