USB到多路RS422轉換器的電路實(shí)現

摘要：當USB接口與多個(gè)RS422設備進(jìn)行通信時(shí)，由于PC機的USB接口數量有限，這種情況給用戶(hù)帶來(lái)極大的不便。為了解決這個(gè)問(wèn)題，采用FTDI公司的F4232H芯片，結合USB總線(xiàn)供電結構，通過(guò)簡(jiǎn)單的外圍電路設計出一路USB轉4路RS422的轉換器。經(jīng)過(guò)測試和實(shí)踐結果表明，這種方案具有優(yōu)良的性能和很強的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：USB；RS422；FT4232H；轉換器

隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，USB通用串行總線(xiàn)憑借其傳輸速度快、接口靈活、支持熱插熱拔以及具有很強的擴展性等特點(diǎn)在計算機接口以及終端電子產(chǎn)品中占據著(zhù)主導地位，USB接口有逐漸取代其他標準接口的趨勢。然而工業(yè)以及民用大量采用RS422傳輸數據的設備裝置，RS422采用雙平衡差分信號傳輸，所有傳輸距離最大可以達到1 200 m，這給工業(yè)用途帶來(lái)了極大的便利，不足之處在于傳輸速度慢，這給很多傳統的以RS422為通信接口的外圍設備面臨著(zhù)巨大的考驗。而USB卻能彌補這些缺點(diǎn)，因此，結合USB的總線(xiàn)結構設計RS422與USB接口的轉換器勢在必行。
然而，一般計算機提供的串行接口有限，當串行設備數量增加時(shí)，端口的短缺問(wèn)題將給用戶(hù)帶來(lái)極大的不便，針對這種情況，本文結合實(shí)際項目，利用FTDI公司的FT4232H芯片，通過(guò)簡(jiǎn)單的外圍電路來(lái)設計一路USB轉4路RS422的轉換器。

1 總體設計方案
本設計開(kāi)始時(shí)有兩種方案可供選擇：1)在USB前端利用USB HUB芯片，先把單路USB轉換成四路USB信號，再通過(guò)USB到RS422單路轉換器來(lái)實(shí)現：2)直接采用USB到UART接口轉換芯片來(lái)實(shí)現。兩種方案原理上差別不大，各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，前一種各路相對比較獨立，電路調試簡(jiǎn)單，但性能不好，體積大，而且成本要求相對來(lái)說(shuō)高；后一種方案對電路的調試相對比較復雜，而且需要額外的EEPROM，但性能較好、體積小并且成本較低，綜合考慮，本文采用第二種方案。

系統原理框圖如圖1所示。USB的一大優(yōu)點(diǎn)是可以提供500 mA的5 V電源，因此，設計時(shí)可以采用總線(xiàn)供電。信號通過(guò)FT4232H接口芯片，內部處理后轉換成4路接口信號。4路相同的信號，通過(guò)光電隔離后再經(jīng)過(guò)RS422電平轉換芯片轉換為RS422信號。光電隔離芯片是6N137，由于光電隔離左右端電源要求隔離，所以采用DC-DC芯片F0505S-1WR，電平轉換芯片采用的是SP491，8位移位寄存器采用的是SN74HCT595，主要是用來(lái)顯示各路的發(fā)送接收狀態(tài)，而串行EEPROM采用的是93C46B，用來(lái)對數據進(jìn)行一定的存儲。

2 主要芯片介紹
2．1 FT4232H
FF4232H芯片是由FIDI(Future Technology Devices International)公司生產(chǎn)的，專(zhuān)門(mén)用于USB到RS232／RS485／RS422之間的電平轉換芯片，數據收發(fā)和協(xié)議轉換工作全由芯片獨立完成，無(wú)需人工干預，不用編寫(xiě)芯片的固件，給設計者帶來(lái)了極大的便利。利用該芯片只需要加少量的外圍電路就可以實(shí)現相應的轉換。
2．1．1 FT4232H的特點(diǎn)
和同類(lèi)產(chǎn)品相比，FT4232H的主要特點(diǎn)如下：
1)單芯片到4路串口的轉換，整個(gè)接口協(xié)議中芯片內部固化，無(wú)需外加的編程；
2)支持480 Mb／s USB 2．0的高速規范，并可在各種工業(yè)標準的串行或并行接口(例如UART或FIFO)下進(jìn)行配置；
3)提供四種可配置的接口，FT4232H的其中兩個(gè)接口可配置為UART、JTAG、SPI、I2C或帶獨立波特率發(fā)生器的位響應模式串口，FT4232H的另外兩個(gè)接口具有UART功能或位響應功能；
4)配置為RS-232／-422／-485 UART接口時(shí)，這兩個(gè)器件均可支持數據傳輸率達12 MB／s；
5)通過(guò)外接EEPROM，可以提供自己產(chǎn)品的VID、PID、設備序列號以及設備相關(guān)的說(shuō)明文字；
6)雙端口2 k字節的發(fā)送和接收緩沖單元；
7)支持UART7／8 Bit數據位，1／2停止位，奇偶校驗，Mark／Space校驗或無(wú)校驗；
8)支持異步串行UART接口滿(mǎn)硬件握手信號，調制接口信號，硬件及Xon／Xoff流量控制；
9)高集成+1．8 V低壓差線(xiàn)性電壓輸出，以及集成12～480MHz頻率合成；
10)集成了電平轉換器，I／O口電平支持5～3．3 V電平邏輯；
11)具有低功耗、高速度的特性，為工業(yè)級溫度范圍：-40～+85℃。