基于FT245BM的簡易USB接口開發(fā)

基于FT245BM的簡易USB接口開發(fā)

FT245BM的主要功能是進(jìn)行USB和并行I/O口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。詳細(xì)介紹FT245BM芯片的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳分布及功能;給出基于FT245BM接口電路的典型設(shè)計及驅(qū)動和應(yīng)用軟件的編寫方法。

關(guān)鍵詞 FT245BM USB接口 并行I/O口

1? 概述

　　當(dāng)前,USB外設(shè)的開發(fā)是一個熱點(diǎn)。由于USB總線具有傳輸速度快、占用資源少及真正的即插即用等優(yōu)點(diǎn),越來越受到業(yè)界的青睞?？墒?USB的開發(fā)要求設(shè)計人員對USB的標(biāo)準(zhǔn)、Firmware（固件）編程及驅(qū)動程序的編寫等有較深入的理解,因此限制了USB的開發(fā)人員;而基于FT245BM芯片的USB產(chǎn)品開發(fā),能夠使研發(fā)人員在最短的周期內(nèi)開發(fā)出相應(yīng)的USB產(chǎn)品。該芯片由FTDI （Future Technology Devices Intl. Ltd.）公司推出,使用簡單、性能卓越,只要熟悉單片機(jī)編程及簡單的VB、VC應(yīng)用程序編程,就可很容易地進(jìn)行用戶產(chǎn)品開發(fā)。

2 ?FT245BM芯片功能簡介

　　FT245BM的主要功能是進(jìn)行USB和并行I/O口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。芯片一方面可從主機(jī)接收USB數(shù)據(jù),并將其轉(zhuǎn)換為并行I/O口的數(shù)據(jù)流格式發(fā)送給外設(shè);另一方面外設(shè)可通過并行I/O口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB的數(shù)據(jù)格式傳回主機(jī)。中間的轉(zhuǎn)換工作全部由芯片自動完成,開發(fā)者無須考慮固件的設(shè)計。

　　FT245BM內(nèi)部主要由USB收發(fā)器、串行接口引擎（SIE）、USB協(xié)議引擎和先進(jìn)先出（FIFO）控制器等構(gòu)成,如圖1所示。USB收發(fā)器提供USB1.1/ 2.0的全速物理接口到USB總線,支持UHCI/OHCI主控制器;串行接口引擎主要用于完成USB數(shù)據(jù)的串/并雙向轉(zhuǎn)換,并按照USB1.1規(guī)范來完成USB數(shù)據(jù)流的位填充/位反填充,以及循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC5/CRC16）的產(chǎn)生和檢錯;USB協(xié)議引擎管理來自USB設(shè)備控制端口的數(shù)據(jù)流;FIFO控制器處理外部接口和收發(fā)緩沖區(qū)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

圖1? FT245BM芯片功能框圖

　　FIFO控制器實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)（如AT89C51等）的接口,主要通過8根數(shù)據(jù)線D0~D7及讀寫控制線（、WR、和）來完成和單片機(jī)的數(shù)據(jù)交互。FT245BM內(nèi)含兩個FIFO數(shù)據(jù)緩沖區(qū),一個是128字節(jié)的接收緩沖區(qū),另一個是384字節(jié)的發(fā)送緩沖區(qū)。它們均用于USB數(shù)據(jù)與并行I/O口數(shù)據(jù)的交換緩沖區(qū)。

　　另外,FT245BM還包括1個內(nèi)置的3.3 V的穩(wěn)壓器,1個6 MHz的振蕩器、8倍頻的時鐘倍頻器、USB鎖相環(huán)和EEPROM接口。FT245BM采用32腳的PQFP封裝,體積小巧,易于和外設(shè)做到一塊板上。其外形及引腳分布如圖2所示,各引腳的功能描述如表1所列。

圖2? FT245BM外型及引腳分布

表1? FT245BM引腳功能

3 ?硬件設(shè)計

　　FT245BM的典型硬件電路如圖3所示。該電路采用總線供電模式,同時采用上電復(fù)位方式,通過的輸出使單片機(jī)復(fù)位。時鐘電路可采用4腳的6 MHz晶振模塊或由1個6 MHz的晶體及2個33 pF的電容組成。腳和I/O 24腳相連,用于判斷USB總線是處于掛起狀態(tài)還是正常狀態(tài)。在USB接口的電源端采用一個磁珠,以減少主機(jī)和設(shè)備的干擾;同時,電源端增加了去耦和旁路電容,以提高電路的抗干擾性能。在PCB板的設(shè)計中,數(shù)據(jù)線的走線應(yīng)盡可能短并且長度相等。圖3中的93C46（93C56或93C66）是一片EEPROM,用于存儲產(chǎn)品的VID、PID、設(shè)備序列號及一些說明性文字等。這些需要用戶自己編寫,編寫的應(yīng)用程序由FTDI提供。用戶只須運(yùn)行相應(yīng)的VB應(yīng)用程序,寫入自己相應(yīng)的信息即可。該EEPROM是可選的。若沒有EEPROM,FT245BM將使用默認(rèn)的VID、PID、產(chǎn)品描述符和電源描述符,并且沒有設(shè)備的序列號。

圖3? FT245BM的典型硬件電路

4 ?軟件編程

　　當(dāng)FT245BM的USB接 口連接到主機(jī)后,必須在PC機(jī)上安裝一個由FTDI公司免費(fèi)提供的虛擬串行口VCP（Virtual COM Port）驅(qū)動程序。該驅(qū)動程序兼容Windows 98/ 98 SE、Windows 2000/ME/XP等不同版本。用戶可以在這虛擬串口上進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。該虛擬串口可以像一個標(biāo)準(zhǔn)的物理串口那樣被訪問,可本質(zhì)上所有針對虛擬串口的數(shù)據(jù)通信都是通過USB總線完成的,在設(shè)備端則通過并行I/O口完成。

　　在PC端,應(yīng)用VB對虛擬串口（通常為COM3）進(jìn)行應(yīng)用編程。我們直接應(yīng)用MSComm控件,將MSComm3.CommPort置為3,MSComm3.Seetings置為“9600,n,8,1”（該速率為默認(rèn)設(shè)置,實(shí)際上VCP驅(qū)動程序總是使數(shù)據(jù)以最快速率傳輸）;通過MSComm3.PortOpen設(shè)置COM3的開關(guān)狀態(tài);通過MSComm3.Input和MSComm3.Output讀入或輸出數(shù)據(jù)。在讀取數(shù)據(jù)時,設(shè)置MSComm3.Rthreshold的值為1。只要有數(shù)據(jù)傳到PC機(jī),就立即觸發(fā)MSComm3.CommEvent事件,自動讀取COM3的數(shù)據(jù);而發(fā)送數(shù)據(jù)則可自動或手動發(fā)送,由用戶自己設(shè)置。根據(jù)這些,用戶就可以輕松編寫自己的應(yīng)用程序了。

　　在設(shè)備端,基于萬利的Insight SE-52仿真器進(jìn)行編程。根據(jù)圖4所示接收數(shù)據(jù)時序圖,首先,須采樣到信號為低,若為低,表明有接收到來自PC機(jī)的數(shù)據(jù),允許單片機(jī)通過八位數(shù)據(jù)總線D0~D7讀取數(shù)據(jù)。接著,通過信號由低到高的變化鎖存數(shù)據(jù)（讀入數(shù)據(jù)）。最后,延遲一段時間,重新開始下一字節(jié)的讀取。軟件流程如圖5所示。發(fā)送數(shù)據(jù)過程,可根據(jù)圖6所示發(fā)送數(shù)據(jù)時序圖,同理編寫發(fā)送數(shù)據(jù)的程序。設(shè)備程序可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā),即用戶根據(jù)自己的具體項(xiàng)目進(jìn)行編程。

圖4? 接收數(shù)據(jù)時序圖

圖5? 接收數(shù)據(jù)流程圖

圖6? 發(fā)送數(shù)據(jù)時序圖

5? 結(jié)論

　　利用FT245BM進(jìn)行USB接口的開發(fā),簡單、容易,開發(fā)周期短,易于為工程實(shí)踐所采用;同時,也可以直接用于新產(chǎn)品的開發(fā),如數(shù)碼相機(jī)的USB接口、MP3播放器的USB接口及無線Modem的USB接口等。

參考文獻(xiàn)

1 ?Future Technology Devices Intl Ltd. FT245BM Data Sheet. www.ftdichip.com. 2002-08
2? 張紅兵,等. 利用FT8U232AM實(shí)現(xiàn)的USB/RS232轉(zhuǎn)換器. 國外電子元器件,2002（5）
3? 范逸之編著. Visual Basic 與 RS232串行通訊控制. 中國青年出版社,2000