USB接口芯片F(xiàn)T245BM的功能及其應(yīng)用

通用串行總線USB（Universal Serial Bus）由于具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、易于使用、支持熱插拔等特點(diǎn)，越來(lái)越成為一種流行的計(jì)算機(jī)通信接口。FT245BM芯片是由FTDI(Future Technology Devices Intl. Ltd)公司推出的第二代USB接口芯片，與其他USB芯片相比，應(yīng)用FT245BM芯片進(jìn)行USB外設(shè)開(kāi)發(fā)，只需熟悉單片機(jī)（MCU）編程及簡(jiǎn)單的VC或VB 編程，而無(wú)需考慮固件設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)程序的編寫，從而能大大縮短USB外設(shè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。此外，F(xiàn)T245BM支持USB1.1及USB2.0規(guī)范，數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)到1M byte/s。因此，F(xiàn)T245BM是開(kāi)發(fā)USB外設(shè)所需接口芯片的極佳選擇。

FT245BM的結(jié)構(gòu)與功能

FT245BM芯片是一種32腳，LQFP封裝的芯片，管腳定義如下：

D[0-7]（25，24，23，22，21，20，19，18）：雙向數(shù)據(jù)信號(hào)線；

RD#（16）：讀信號(hào)；

WR（15）：寫信號(hào)；

TXE#（14）： FIFO發(fā)送緩沖區(qū)空標(biāo)志信號(hào)；

RXF#（12）： FIFO接收緩沖區(qū)非空標(biāo)志信號(hào)；

USBDP（7），USBDM（8）：USB數(shù)據(jù)信號(hào)正端，USB數(shù)據(jù)信號(hào)負(fù)端；

EECS（32），EESK（1），EEDATA（2）：EEPROM片選線，時(shí)鐘線，數(shù)據(jù)線；

PWREN（10）：電源使能信號(hào)；

SI/MU（11）：立即發(fā)送或喚醒信號(hào)；

RESET（4）：復(fù)位信號(hào)；

RSTOUT（5）：內(nèi)部復(fù)位生成器的輸出信號(hào)； XTIN（27），XTOUT（28）：時(shí)鐘輸入信號(hào)，輸出信號(hào)；

TEST（31）：測(cè)試信號(hào)；

3V3OUT（6）：3.3V輸出信號(hào)；

VCC（3，26），VCCIO（13），AVCC（30）：芯片電源，控制引腳電源，內(nèi)部模擬電源；

GND（9，17），AGND（29）：芯片地，內(nèi)部模擬地。

芯片內(nèi)部由3.3V穩(wěn)壓器，USB收發(fā)器，鎖相環(huán)，串行接口引擎(SIE)，F(xiàn)IFO控制器，USB協(xié)議引擎，F(xiàn)IFO接收緩沖區(qū)，發(fā)送緩沖區(qū)以及6M振蕩器，8倍頻時(shí)鐘倍頻器等組成。

FT245BM芯片可實(shí)現(xiàn)USB接口與并行I/O接口之間數(shù)據(jù)的雙向轉(zhuǎn)換。一方面，當(dāng)USB收發(fā)器從主機(jī)接收USB串行數(shù)據(jù)后，由串行接口引擎將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在FIFO接收緩沖區(qū)， FIFO控制器檢測(cè)到讀信號(hào)RD為低，就把接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送到并行數(shù)據(jù)線D0-D7上；另一方面當(dāng)FIFO控制器檢測(cè)到寫信號(hào)WR為高時(shí)，就從數(shù)據(jù)線D0-D7上讀取并行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在FIFO發(fā)送緩沖區(qū)，并行數(shù)據(jù)經(jīng)串行接口引擎轉(zhuǎn)換成USB串行數(shù)據(jù)，再通過(guò)USB收發(fā)器傳送到主機(jī)。可見(jiàn)FT245BM芯片自身就可完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，而不需要設(shè)計(jì)者考慮硬件設(shè)計(jì)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能如圖1。

圖1　FT245BM芯片功能框圖

硬件接口設(shè)計(jì)

接口電路原理圖見(jiàn)圖2。

設(shè)計(jì)采用USB總線供電，圖2中FT245BM與一片MCU相連，MCU的一個(gè)8位端口用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，另外一個(gè)端口用來(lái)控制和產(chǎn)生FT245BM需要的4根握手信號(hào)線，即RXF#、TXE#、RD#、WR。TXE#為低，表示當(dāng)前FIFO發(fā)送緩沖區(qū)空，這時(shí)WR脈沖由高變低就將數(shù)據(jù)線D0-D7上數(shù)據(jù)寫入FIFO發(fā)送緩沖區(qū)中；當(dāng)TXE#變高時(shí)，表示當(dāng)前FIFO發(fā)送緩沖區(qū)滿或者正在存儲(chǔ)上一個(gè)字節(jié)，禁止向發(fā)送緩沖區(qū)中寫數(shù)據(jù)。RXF#為低，表示當(dāng)前FIFO接收緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)，這時(shí)RD#脈沖由低變高，將從FIFO接收緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)；讀信號(hào)RD#為低時(shí)，把數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)線D0...D7上；當(dāng)RXF#為高時(shí)，禁止從FIFO接收緩沖區(qū)讀數(shù)據(jù)。讀寫時(shí)序見(jiàn)圖3與圖4。

圖2　硬件設(shè)計(jì)原理

圖2中的93C46（93C56或93C66）是一片EEPROM，用于存儲(chǔ)產(chǎn)品的VID、PID、設(shè)備序列號(hào)及一些說(shuō)明性文字等。該EEPROM是可選的，若沒(méi)有EEPROM，F(xiàn)T245BM將使用默認(rèn)的VID、PID、產(chǎn)品描述符和電源描述符，并且沒(méi)有設(shè)備的序列號(hào)。

設(shè)計(jì)時(shí)需在USB接口的電源端連接一個(gè)磁珠，以減少設(shè)備的噪聲和USB電纜輻射對(duì)主機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾；電源端增加了去耦和旁路電容，以提高電路的抗干擾性能。還需注意的是，電路中RSTOUT#用來(lái)提供上電復(fù)位MCU。如果MCU本身有復(fù)位邏輯，那么通常就不需使用RSTOUT#來(lái)復(fù)位設(shè)備，這部分連接與47K下拉電阻就能省略。

軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)外設(shè)連到主機(jī)USB接口時(shí)，主機(jī)會(huì)檢測(cè)到新硬件，這時(shí)需要安裝一個(gè)可從FTDI公司的網(wǎng)站上免費(fèi)下載的虛擬串口（VCP）驅(qū)動(dòng)程序，該驅(qū)動(dòng)程序適用于WINDOWS98/2000/ME/XP等不同操作系統(tǒng)。設(shè)計(jì)者需要完成的是，編寫一個(gè)針對(duì)虛擬串口通信的應(yīng)用程序，把虛擬串口（VCP）當(dāng)作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串口去訪問(wèn)。

設(shè)計(jì)的軟件部分可使用VB或VC語(yǔ)言中提供的串口通信MSComm控件進(jìn)行應(yīng)用程序編寫，下面我們以VC語(yǔ)言為例介紹如何編寫應(yīng)用程序，主要介紹MSComm控件的設(shè)置及串口消息事件MSComm.CommEvent響應(yīng)函數(shù)的編寫。

1）MSComm控件設(shè)置：編程時(shí)通常把虛擬串口設(shè)置為COM3，即將MSComm.SetCommPort置為3， MSComm.SetSettings置為"9600，n，8，1"（該速率為默認(rèn)設(shè)置，實(shí)際上VCP驅(qū)動(dòng)程序總是使數(shù)據(jù)以最快速率傳輸）；通過(guò)MSComm.SetPortOpen設(shè)置COM3的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；通過(guò)MSComm.SetInput和MSComm.SetOutput讀入或輸出數(shù)據(jù)。在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)置MSComm.Rthreshold的值為1。

2）有數(shù)據(jù)傳到PC機(jī)時(shí)，就立即觸發(fā)串口消息事件MSComm.CommEvent，自動(dòng)讀取COM3的數(shù)據(jù)。下面是本文作者編寫的應(yīng)用程序，處理這個(gè)串口消息事件的OnComm函數(shù)，其完成的是從串口接收數(shù)據(jù)并顯示在一個(gè)編輯框中。

發(fā)送數(shù)據(jù)則可自動(dòng)發(fā)送或者手動(dòng)發(fā)送，這由用戶根據(jù)具體情況自己設(shè)定。

void CAaDlg::OnComm()
{
VARIANT variant_inp;
COleSafeArray safearray_inp;
LONG len,k;
BYTE rxdata[2048]; //設(shè)置BYTE數(shù)組 An 8-bit integerthat is not signed.
CString strtemp;
if(MSComm.GetCommEvent()==2)； //事件值為2表示接收緩沖區(qū)內(nèi)有字符
{ / /以下可以根據(jù)通信協(xié)議加入處理代碼
variant_inp= MSComm.GetInput(); //讀緩沖區(qū)
safearray_inp=variant_inp; //VARIANT型變量轉(zhuǎn)換為ColeSafeArray型變量
len=safearray_inp.GetOneDimSize(); //得到有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
for(k=0;ksafearray_inp.GetElement(&k,rxdata+k);

//轉(zhuǎn)換為BYTE型數(shù)組
for(k=0;k{
BYTE bt=*(char*)(rxdata+k); //字符型
strtemp.Format("%c",bt); //將字符送入臨時(shí)變量strtemp存放
m_redit+=strtemp; //加入接收編輯框?qū)?yīng)字符串 }
}
UpdateData(FALSE); //更新編輯框內(nèi)容
}

結(jié)論

上述接口設(shè)計(jì)的硬件與軟件部分作者均已調(diào)試通過(guò)，成功的實(shí)現(xiàn)了外設(shè)與計(jì)算機(jī)的USB接口通信。FT245BM成本不高，使用靈活方便，開(kāi)發(fā)周期短，設(shè)計(jì)者即可用于工程實(shí)踐，如USB接口的工業(yè)控制，也可用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，如數(shù)碼相機(jī)的USB接口等。