利用USBUART橋接器實(shí)現單片機在線(xiàn)編程

引 言：

通用串行總線(xiàn)(USB)是一種支持即插即用的新型串行接口，使外設到計算機的連接更加高效便利。這種接口適合于多種設備，不僅具有快速、即插即用、支持熱插拔的特點(diǎn)，還能同時(shí)連接多達127個(gè)設備，解決了如資源沖突、中斷請求和直接數據通道等問(wèn)題。因此,越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)者欲在自己的產(chǎn)品中使用這種標準接口。RS232是單個(gè)設備接入計算機時(shí)常采用的一種接入方式，其硬件和軟件協(xié)議比較簡(jiǎn)單，有很多傳統設備采用了這種通信方式。將USB轉UART技術(shù)應用于單片機與PC機之間的數據通信，在計算機上產(chǎn)生一個(gè)虛擬的COM口，用戶(hù)只需按照通用串行口一樣使用USB口即可。這樣不僅能使單片機具備USB通信的諸多優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了USB編程，同時(shí)還可以利用USB對單片機提供5V的電源(500mA以下)。筆者根據芯片CP2101的USB轉UART技術(shù)特點(diǎn)設計了實(shí)驗電路板，達到了既提供實(shí)驗電路板電源，又實(shí)現計算機與實(shí)驗電路板通信的目的，并結合單片機IAP技術(shù)，可完成單片機的在線(xiàn)編程。

1 CP2101芯片的功能及工作電路圖

芯片CP2101是一種高度集成的USB轉UART橋接器，它包含有USB2.0全速功能控制器、USB收發(fā)器振蕩器和異步串行接口(UART)。該芯片的全部功能集成在一個(gè)5mm×5mm的MLP28封裝的IC中。CP2101內置有與計算機通信的USB協(xié)議，工作時(shí)，會(huì )在計算機上產(chǎn)生一個(gè)虛擬COM 口，用戶(hù)就可以按照通用串行口的控制方式來(lái)使用這個(gè)COM口。

CP2101內集成有多個(gè)模塊，各自完成不同的功能，如圖1所示。

① USB功能控制器是一個(gè)符合USB 2.0的全速器件，集成了收發(fā)器和片內相應的上拉電阻，USB功能控制器管理 USB和 UART間所有的數據傳輸和由 USB主控制器發(fā)出的命令請求以及用于控制 UART功能的命令，USB接口的信號描述如表1所列。

② 異步串行接口(UART)包括TX (發(fā)送) 、RX (接收) 、數據信號以及RTS、 CTS、 DSR、 DTR、 DCD和 RI控制信號。UART支持 RTS/CTS、 DSR/DTR和 XOn/XOff握手協(xié)議，可以通過(guò)編程使UART支持各種數據格式和波特率，波特率的范圍從300～921600不等。從CP2101轉換出來(lái)的 UART信號不是標準的RS232電平，而是TTL電平，其信號描述如表2所列。

③ 內部 EEPROM可以用于存儲由設備原始制造商定義的USB供應商ID、產(chǎn)品ID、產(chǎn)品說(shuō)明、電源參數器件、版本號和器件序列號等信息。

④ 電壓調節器是一個(gè)可以由USB總線(xiàn)驅動(dòng)的器件電源，可在VDD引腳輸出3.0~3.6 V電壓，1~100 mA電流。

2 基于USB轉UART技術(shù)的IAP編程電路設計

2.1CP2101的外圍接口電路

CP2101是USB轉串行口橋接器，它需要設計外接USB接口電路和RS232接口電路。USB接口電路實(shí)現CP2101與計算機之間的通信；RS232接口電路實(shí)現CP2101和外設之間的通信。接口電路如圖2所示。其中RS232電平轉換電路可根據需要選用MAX3243或 MAX232。

圖2CP2101的外圍接口電路