Преобразователи интерфейса USB на микросхемах FT8U232AM, FT8U245AM. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Компьютеры

 Комментарии к статье

 Возможностью подключения к компьютеру USB-устройств сейчас никого не удивишь. По сравнению с традиционными портами ввода-вывода компьютера (последовательный - СОМ, параллельный - LPT) универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus) обеспечивает более высокую скорость обмена данными. Максимальная пропускная способность USB версии 1.1 - 12 Мбит/с, более современной версии 2.0 - 480 Мбит/с. Для низкоскоростных устройств предусмотрена скорость 1,5 Мбит/с. Однако протокол обмена данными по USB сложен и реализовать его до недавнего времени было не под силу не только радиолюбителям, но и многим специалистам. Сегодня, установив в разрабатываемом приборе микросхему FT8U232AM или FT8U245AM, можно преобразовать USB в "виртуальный" последовательный или параллельный порт и вести скоростной обмен данными привычными хорошо известными методами, не учитывая многих особенностей работы USB.

Соединять компьютер с периферийными устройствами с помощью USB очень просто. Разрешено состыковывать и расстыковывать соединители, не выключая компьютер, предусмотрено автоматическое распознавание устройства немедленно после его подключения с последующей установкой необходимых драйверов. Разветвленная топология шины (рис. 1) предусматривает использование концентраторов, чаще называемых "хабами" (англ. hub).

В системном блоке компьютера имеется корневой хаб (root hub), снабженный двумя или четырьмя USB-розетка-ми, к которым непосредственно или через хабы подключают периферийные устройства. Иногда сами USB-устройства (чаще всего - монитор и клавиатуру) оборудуют встроенными хабами, в других случаях для ветвления шины применяют хабы, оформленные как самостоятельные изделия.

Пример подключения к компьютеру обычного комплекта периферийных USB-устройств показан на рис. 2. Их общее число может достигать 127 - более чем достаточно для всех мыслимых приложений. До недавнего времени "хозяин" (host) этой сети (в отличие от обычной локальной) мог быть только один - сам компьютер. Однако опубликованное в конце 2001 г. под названием OTG 1.0 дополнение к стандарту USB 2.0 разрешило и периферийным устройствам выполнять некоторые host-функции. Это позволит, например, соединить USB-сканер непосредственно с USB-принтером, минуя компьютер.

Каждому подключенному к USB-устройству операционная система компьютера присваивает уникальный идентификационный номер, необходимый для конфигурирования системы, управления и обмена данными. Сеансы связи происходят в пакетном режиме.

Все компоненты USB-сети соединяют с помощью кабелей, состоящих из двух витых пар проводов. По одной из них идет двусторонний обмен данными, по другой - постоянное напряжение 5 В, благодаря чему экономичные периферийные устройства могут не содержать собственных источников питания. USB-кабели снабжены соединителями двух несовместимых типов: А - со стороны, обращенной к компьютеру, и В - со стороны, обращенной к периферийному устройству. Это предотвращает ошибочное подключение. Согласно упомянутому выше дополнению OTG 1.0, введено еще два вида соединителей уменьшенных габаритов: mini-A и mini-B, а также универсальная розетка mini-AB, совместимая с вилками обеих типов. Все USB-соединители рассчитаны на быстрое и удобное многократное подключение и отключение.

Область применения USB не ограничена мультимедийными приложениями. Этот скоростной, рассчитанный на обслуживание большого числа устройств интерфейс удобен для аппаратуры связи, сбора и хранения информации, которую традиционно подключают к портам СОМ и LPT компьютеров. К сожалению, замена интерфейса в существующем устройстве довольно сложна. Один из способов решения проблемы - применение преобразователей различных интерфейсов в USB. На российском рынке уже появляются подобные устройства на основе микросхем английской компании FTDI (Future Technology Devices International). В настоящее время компания выпускает три многофункциональные микросхемы: FT8U100AX, FT8U232AM и FT8U245AM. Первая из них позволяет создать семипортовый USB-хаб. Две другие (их внешний вид и назначение выводов показаны на рис. 3) предназначены для сопряжения различных устройств с шиной USB. Размеры корпуса QFP-32 - 7x7 мм, шаг выводов - 0,8 мм.

FT8U232AM - преобразователь USB в традиционный последовательный интерфейс - можно устанавливать в USBмодемах, переходниках СОМ-USB, сканерах штрих-кода, измерительной аппаратуре - фактически в любых устройствах, ранее использовавших сравнительно медленные интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485. Она способна передавать данные в обе стороны со скоростью до 2000 кбит/с, причем пользователю не требуется никаких знаний об устройстве и работе USB. Поставляемые компанией FTDI программные драйверы создают впечатление, что обмен идет через обычный СОМ-порт.

функциональная схема FT8U232AM представлена на рис. 4. Ее основа - приемопередатчики обоих интерфейсов. Блок UART снабжен полным набором сигнальных цепей стандарта RS-232, приемопередатчик USB - всего двумя информационными выводами USBDP и USBDM, образующими двунаправленный канал передачи данных. Блок SIE преобразует последовательный код в параллельный и обратно, выполняет процедуры битстаффинга, генерирует (для исходящего потока данных) и проверяет (для входящего) контрольные коды.

(нажмите для увеличения)

Обработчик протокола USB нижнего уровня формирует ответы на запросы host-контроллера (компьютера). Через него же управляют режимом работы UART. Предусмотрены два буфера промежуточного хранения данных (FIFO) емкостью 384 байта (на прием) и 128 байт (на передачу). Управление FIFO возложено на соответствующий контроллер.

Задающий генератор микросхемы работает от внешнего кварцевого или керамического резонатора на 6 МГц. Далее его частоту умножают на 8 (до 48 МГц). Тактовую частоту UART получают из 48 МГц в два приема: делением на 16, затем - до нужного значения с помощью программируемого делителя. Контроллер UART может работать со скоростью от 300 Бод до 2 МБод, однако фактически достижимая максимальная скорость зависит от применяемой совместно с FT8U232AM микросхемы-преобразователя уровней интерфейсных сигналов.

Выводы EECS, EESK, EEDATA микросхемы FT8U232AM предназначены для подключения внешней энергонезависимой памяти - микросхемы ЭСППЗУ АТ93С46, в которой хранят идентификаторы изготовителя (VID) и персональный (PID) заводской номер изделия и другие данные. Это необходимо, если по USB с компьютером одновременно связаны несколько устройств на микросхемах FT8U232AM. Особенно важен серийный номер, так как программный драйвер полагается на его уникальность, ассоциируя тот или иной виртуальный СОМ-порт с конкретным устройством. Если ПЗУ отсутствует, к компьютеру можно подключить только одно образующее виртуальный СОМ-порт устройство.

Низким уровнем на входе RESET микросхему FT8U232AM приводят в исходное состояние. К выводу RCCLK должна быть присоединена RC-цепь, задерживающая начало работы микросхемы на время, достаточное для"раскачки" кварцевого резонатора, подключенного к выводам XTIN, XTOUT. Вход TEST используют только в отладочном режиме. При обычной работе он должен быть соединен с общим проводом (GND).

Имеется несколько вспомогательных выходов. Высокий уровень на выходе USBEN сигнализирует о завершении процесса инициализации микросхемы по USB. Если некоторое время обмена данными не происходит, микросхема автоматически переходит в "спящий режим", о чем свидетельствует низкий уровень на выходе SLEEP. Аналогичные уровни на выходах TXLED и RXLED показывают, что идет соответственно передача или прием данных. Сигнал с выхода TXDEN предназначен для управления приемопередатчиком интерфейса RS-485. Его уровень - высокий, когда по линии TXD идет передача данных.

Напряжение питания микросхемы FT8U232AM (VCC) - 4,4...5,25 В, потребляемый ток - не более 50 мА в рабочем и 250 мкА в спящем режимах. Если микросхему питают напряжением, поступающим по USB, ее вывод 14 (PWRCTL) необходимо соединить с общим проводом (GND), если устройство имеет собственный источник питания - с цепью VCC. Логические выходы микросхемы рассчитаны на ток до 4 мА (вытекающий) и до 8 мА (втекающий).

Микросхема FT8U245AM позволяет организовать обмен данными между периферийным устройством и компьютером со скоростью до 1 Мбит/с. Ее можно применять в ISDN и ADSL модемах, в цифровых камерах и МРЗ-проигрывателях, в измерительной аппаратуре. В отличие от FT8U245AM, она не содержит блока UART, выдавая принятые по USB данные из буфера (FIFO) или принимая их туда по восьмиразрядной параллельной двунаправленной шине данных (D0 - D7). Эта микросхема удобно стыкуется с любыми микропроцессорами и микроконтроллерами, используя их каналы прямого доступа к памяти (DMA) или порты ввода-вывода.

Временные диаграммы чтения и записи байта представлены на рис. 5.

О наличии полученных по USB данных (объем буфера приема - 128 байт) свидетельствует низкий уровень сигнала RXF. Данные считывают, пока буфер не опустеет и уровень RXF не станет высоким. После заполнения всех 384 байт буфера передачи остается высоким уровень сигнала ТХЕ и микросхема перестает воспринимать новые данные, пока содержимое буфера не будет переправлено по US В в компьютер. Чтобы не задерживать обмен, предусмотрен таймер на 16 мс. Если в течение этого интервала буфер передачи не заполнен до конца и новые данные не поступают, содержимое буфера автоматически пересылается в компьютер. Аналогичным свойством обладает и микросхема FT8U232AM.

Разработчикам аппаратуры, осваивающим микросхемы FT8U232AM и FT8U245AM, компания GIGATECHNO-LOGY предлагает отладочные модули, один из которых изображен на рис. 6.

Кроме микросхемы на плате установлены все необходимые для ее работы пассивные элементы, кварцевый резонатор и розетка USB типа В. Модуль устанавливают в стандартную 32-контактную "широкую" DIP-панель. Питание модуля - от USB, что позволяет обойтись без дополнительного источника.

Схема законченного преобразователя интерфейса USB-RS-232 показана на рис. 7. С его помощью многие устройства, снабженные интерфейсом RS-232, можно соединить с компьютером по USB. Преобразователь подключают к компьютеру (или хабу) с помощью USB-вилки типа A (CN1), снабженной соединительным кабелем длиной 1,5 м. Увеличивать длину сверх названной не следует, это приведет к сбоям в работе USВ.

(нажмите для увеличения)

Микросхема U3 FT8U232AM включена по стандартной схеме, рекомендованной изготовителем. Узел на транзисторе Q1 в момент подачи питания (подключения преобразователя к сети USВ) формирует импульс, приводящий микросхему U3 в исходное состояние. Напряжение питания поступает на узлы преобразователя через фильтры FB1 и FB2 - обычные провода с надетыми на них ферритовыми шайбами.

Цепь R5C10 создает задержку на время запуска генератора на резонаторе Y1, в качестве которого можно применять импортный HC49U, отечественный РК415 и др. Если резонатор двухвыводный и не содержит встроенных конденсаторов, для надежного запуска генератора, возможно, придется установить внешние конденсаторы емкостью 10...20пФ.

Микросхема U1 содержит приемники и передатчики интерфейсных сигналов, отвечающие стандарту RS-232, а также преобразователи напряжения 5 В в +10 и -10 В, необходимые для их работы. Указанная на схеме микросхема SP213EHCA (Sipex) обеспечивает скорость обмена данными до 460 кБод. Если достаточно скорости 115 кБод, указанную микросхему можно заменить на SP213ECA той же фирмы, MAX213CAI (Maxim) или ADM213EARS (Analog Devices).

Микросхема U1 93С46, как уже было сказано, не обязательна. Если ее решено установить, необходимо предварительно ее запрограммировать, воспользовавшись рекомендациями, имеющимися в приложении к описанию микросхемы FT8U232AM. Этот документ и много другой полезной технической и справочной информации можно найти на Интернет-сайте компании FTDI<ftdichip.com>.

Внешний вид преобразователя показан на рис. 8. Его печатная плата размещена внутри кожуха вилки DB-9M.

Следует отметить, что разработанная плата, чертежи слоев которой показаны на рис. 9, - четырехслойная.

Она рассчитана на установку элементов с обеих сторон, в том числе резисторов и конденсаторов типоразмера 0603 (1,6x0,8 мм) для поверхностного монтажа (SMD).

В любительских условиях подобную плату можно изготовить из двух двусторонних, склеенных вместе через изоляционную прокладку.

Вся документация, необходимая для изготовления платы в заводских условиях

Если применять SMD-элементы и делать многослойную плату не представляется возможным, придется самостоятельно разработать обычную под стандартные элементы.

УСТАНОВКА ДРАЙВЕРОВ ВИРТУАЛЬНОГО СОМ-ПОРТА

Драйвер виртуального СОМ-порта (VCP - Virtual COM Port) для любой интересующей операционной системы можно найти на официальном Интернет-сайте компании FTDI <ftdichip.com> в тематическом разделе Drivers and Utilities.

VCP-драйверы представлены в двух вариантах: для устройств, подключаемых через преобразователь интерфейса и поддерживающих технологию (Plug and Play PnP), и аналогичных устройств без такой поддержки (поп-PnP). Ошибка в выборе драйвера приводит к задержке загрузки операционной системы на 20...30 с.

Процедура установки VCP-драйвера в Windows ничем не отличается от установки драйвера любого другого устройства. Все файлы из архива, в котором поставляется драйвер, необходимо переписать на дискету или в специально созданную папку на жестком диске. Далее, подключив к USB преобразователь интерфейса (или другое устройство на микросхемах FT8U232AM, FT8U245AM), откройте окно "Установка/Удаление оборудования" ("Add/Remove Hardware") и следуйте указаниям "Мастера установки".

Чтобы убедиться в успешной установке драйверов, откройте закладку "Менеджер устройств" ("Device Manager") в окне "Свойства системы" ("System Properties") и найдите в списке USB High Speed Serial Converter. Если ничего похожего там нет, процедуру инсталляции стоит повторить еще раз.

После успешной установки драйверов в пункте USB High Speed Serial Converter появится устройство USB Serial port (COMx), где х - номер виртуального последовательного порта.

Основные параметры СОМх идентичны параметрам и настройкам стандартного последовательного порта. Можно изменить скорость работы UART, число бит в слове, режим проверки четности, длину стоп-бита, способ управления потоком. Единственное отличие - возможность выбрать или изменить номер порта х в окне "Дополнительные настройки порта" ("Advanced Port Settings").

В качестве инструмента программирования виртуального СОМ-порта для Windows 98 можно использовать семейство стандартных функций VCOMM API. Документация и другая полезная информация по их применению содержится в MSDN (Microsoft Developer Network).

Компания FTDI предлагает еще одно решение, не требующее драйверов, эмулирующих последовательный порт. Архитектура, названная ее авторами D2XX, основана на технологии WDM. Программирование устройства ведется через стек USB и динамическую библиотеку драйвера. На сайте компании имеются примеры исходных текстов на некоторых популярных языках программирования, а также руководство по программированию D2XX Programmers Manual.

УСТАНОВКА СКОРОСТИ ОБМЕНА ДАННЫХ

Информация о значениях коэффициента деления тактовой частоты программируемым делителем микросхемы FT8U245AM, необходимых для получения той или иной скорости обмена данными, содержится в файле ftdiport.inf, сопровождающем драйвер. Изменяя эти значения, можно достичь нестандартных значений скорости работы UART. Однако чаще их приходится изменять, чтобы учесть, например, отклонение частоты кварцевого резонатора от номинальных 6 МГц.

Чтобы рассчитать нужное значение коэффициента деления, число, вдвое меньшее частоты кварцевого резонатора (Гц), делят на требуемую скорость передачи (Бод). Частное округляют др ближайшего числа с дробной частью 0,125, 0,25, 0,5 или до целого числа. Полученное значение необходимо преобразовать в 16-разрядный двоичный код. В 14 младших разрядов кода (D0-D13) заносят целую часть коэффициента, а в старшие (D14, D15) - дробную в соответствии с таблицей. Этот код затем преобразуют в двухбайтное шестнадцатиричное число.

Работая в системе Windows 98, в разделе [FtdiPort232.HW.AddReg] упомянутого выше файла ftdiport.inf найдите строку

HKR,,configData,1,01,00,3F.3F,10,27,88,13,C4,09,E2,04,71,02,38,41,9C,£0,4E,CO,34,00,1A,00,0Dt 0,06,40,03, 80,00,00, 00, 00

Учтите, что она разбита на несколько строк условно, а в файле должна быть записана единой, без пробелов. Значения коэффициентов, которые могут быть изменены, для удобства выделены полужирным шрифтом и курсивом поочередно. В файле никакие выделения недопустимы. Младший байт каждого коэффициента записан первым, за ним следует старший. Например, последовательность Е2,04 соответствует числу 4Е2Н. Внеся нужные изменения, отредактированным файлом заменяют исходный.

Работая в системе Windows 2000, аналогичным образом редактируют такую же строку в разделе [FtdiPort232.NT.HW.AddReg] того же файла.

Авторы: А.Лысенко, Р.Назмутдинов, И.Малыгин, г.Екатеринбург

Смотрите другие статьи раздела Компьютеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Ученым удалось синтезировать графин 26.05.2022 Более десятилетия различные группы ученых с переменным успехом пытались синтезировать новый материал, форму углерода, называемую графин (graphyne), который во многих чертах подобен широко известному графену. И лишь недавно исследователи из Колорадского университета в Боулдере разработали методику, позволяющую выполнять синтез графина с гарантией получаемого результата. Данное достижение позволит в ближайшем будущем более тщательно изучить свойства графина, который обладает перспективами его использования в областях электроники, оптики, нанотехнологий и т.п. В природе существует несколько способов, которыми атомы углерода могут связываться друг с другом и формировать различные формы углерода, аллотропы. По возможностям создания химических связей гибриды углерода обозначаются, как sp2, sp3 и sp. К примеру, самый распространенный графит состоит из sp2-углерода, а менее распространенный алмаз - из sp3-углерода. Однако, существующие методы химического синтеза позволяют без всяких проблем синтезировать аллотропы углерода состоящие из одного типа гибридных атомов. Именно так в свое время и были получены графен, фуллерен и некоторые другие углеродные материалы. Получение же графина, материала в котором присутствуют разные типы атомов углерода и углеродных связей, оказалось делом очень и очень сложным, и до последнего времени было получено лишь несколько крошечных частичек этого материала. Ученые из Колорадского университета, синтезировавшие графин, работают в направлении так называемой реверсивной химии, сложных химических реакций, которые позволяют получать молекулярные структуры и кристаллические решетки заданного типа, такие, как синтетические полимеры из молекул, подобных ДНК. И ученые решили попробовать применить весь свой опыт для попытки синтеза графина. После некоторых теоретических исследований ученые решили использовать процесс под названием метатезис алкина (alkyne metathesis). Этот процесс основывается на органической химической реакции, которая влечет за собой перераспределение, сокращение и преобразование алкиновых связей. Рассчитав с высокой точностью термодинамику процесса и обеспечив контроль за кинетикой химической реакции, ученые смогли успешно синтезировать графин, при этом в такой его форме, которую синтезировать не удавалось никогда прежде. Получив в руки работоспособную технологию синтеза графина и первые образцы материала, ученые собираются продолжить работу в направлении обеспечения крупномасштабного промышленного производства. Параллельно с этим будут вестись исследования свойств полученных образцов и методов управления свойствами материала при помощи внешних воздействий различного рода.

Другие интересные новости:

▪ Создан графеновый полупроводник

▪ Искусственная матка для недоношенных детей

▪ Замена кремнию для уменьшения размера транзистора

▪ Серьезный недостаток геотермальной энергетики

▪ Наручный телевизор от NHJ

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Ваши истории. Подборка статей

▪ статья Действие ультрафиолетового излучения. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Можно ли искусственно вызвать дождь? Подробный ответ

▪ статья Инженер по надзору за строительством. Должностная инструкция

▪ статья Разработка проекта строительства ветроэлектрической установки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Два бестрансформаторных блока питания, 220/1,4 вольта 1 миллиампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026