USB-RS 232轉換卡的設計與實(shí)現

摘要：與RS 232總線(xiàn)的數據傳輸速率相比，USB的傳輸速率高達480 Mb／s，因此很多計算機的RS 232串行接口都被USB接口所替換，但是很多儀器儀表、控制終端、遠程終端等設備的接口還是沿用RS 232。為解決兩個(gè)接口之間的轉換，設計并研制了USB-RS 232接口轉換卡。從USB和RS 232通信協(xié)議出發(fā)，詳細介紹USB-RS 232轉換卡的設計原理，并以CH341T芯片為例，設計并制作了USB-RS 232轉換卡。利用研制的USB-RS 232轉換卡連接具有RS 232接口的溫濕度傳感器，在運行監控程序后，傳感器運行穩定，能正確顯示溫濕度數據，且表明該轉換卡可成功地實(shí)現RS 232接口與USB接口的轉換。
關(guān)鍵詞：USB；RS 232；CH341T；MAX232；接口轉換

RS 232自1969年由美國電氣工業(yè)協(xié)會(huì )(EIA)推薦以來(lái)，由于接口和通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，因而在計算機串行通信領(lǐng)域得到了廣泛的應用，開(kāi)發(fā)出了大量的以RS 232為接口的各類(lèi)產(chǎn)品。但隨著(zhù)USB總線(xiàn)規范的推出，使得外設到計算機的連接更加高效、便利，功率不大的外圍設備可以直接通過(guò)USB數據線(xiàn)供電，而不必外接電源。USB總線(xiàn)最大可以提供5 V／500 mA電流，并提供節約能源的掛機和喚醒模式。此外，由于USB用于上行和下行連接頭的機械特性不同，還可以防止非法連接。根據USB協(xié)議，理論上最多可以同時(shí)將127個(gè)外設連接在同一臺計算機上。同時(shí)基于USB的數據通信系統，可使采集系統與計算機之間的數據交換具備廣泛的適用性。USB是目前計算機的標準配置，采用此方案可以使用任何一臺計算機進(jìn)行數據通信。但是目前仍然有許多使用RS 232串行接口的控制設備、儀器儀表、遠程終端等運行在諸多應用領(lǐng)域中，立即將其改造為USB方式顯然存在成本及實(shí)施方面的問(wèn)題。為適應USB廣泛流行的現實(shí)，有必要開(kāi)發(fā)USB-RS 232接口轉換卡，在它的支持下，這些傳統的設備無(wú)須改造，即可通過(guò)其原有的RS 232接口與USB總線(xiàn)接口實(shí)現數據傳輸。

1 USB-RS 232轉換卡的組成及其工作原理
1．1 組成
USB-RS 232轉換卡的設計原理框圖如圖1所示，由USB接口模塊、UART接口模塊、數據緩沖區和協(xié)議控制單元組成。各部分功能如下：
USB接口模塊 主要提供與USB總線(xiàn)的連接，它需要實(shí)現一般USB設備接口的所有功能，以實(shí)現與USB主機的數據傳輸。
UART接口模塊 實(shí)現標準的RS 232接口的所有功能，以實(shí)現與標準RS 232接口的連接。
協(xié)議控制單元 通過(guò)接收USB接口的命令，對UART接口進(jìn)行配置(如配置通信波特率、數據位、校驗位、停止位、數據量控制信號等)。
數據緩沖區 用來(lái)臨時(shí)保存雙方數據傳輸過(guò)程中的數據。

1．2 工作原理
下面以計算機與外設的數據傳輸為例，介紹USB-RS 232轉換卡的工作原理：
當USB-RS 232轉換卡連接到USB總線(xiàn)上時(shí)，計算機檢測到設備的連接后對設備進(jìn)行初始化配置并啟動(dòng)相關(guān)的客戶(hù)驅動(dòng)程序；驅動(dòng)程序給設備發(fā)送配置命令以設置RS 232接口的數據傳輸特性；最后，在數據傳輸時(shí)，計算機上的驅動(dòng)程序首先將數據包傳輸給USB接口，USB接口讀出實(shí)際的有效數據并保存在數據緩沖區中，UART接口則從數據緩沖區中將數據取走并發(fā)送給設備。