基于FT245BM的簡(jiǎn)易USB接口開(kāi)發(fā)
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關(guān)鍵詞：FT245BM USB接口 并行I/O口
引 言
1 概 述
當前，USB外設的開(kāi)發(fā)是一個(gè)熱點(diǎn)。由于USB總線(xiàn)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(lái)越受到業(yè)界的青睞?？墒?，USB的開(kāi)發(fā)要求設計人員對USB的標準、Firmware（固件）編程及驅動(dòng)程序的編寫(xiě)等有較深入的理解，因此限制了USB的開(kāi)發(fā)人員；而基于FT245BM芯片的USB產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，能夠使研發(fā)人員在最短的周期內開(kāi)發(fā)出相應的USB產(chǎn)品。該芯片由FTDI （Future Technology Devices Intl. Ltd.）公司推出，使用簡(jiǎn)單、性能卓越，只要熟悉單片機編程及簡(jiǎn)單的VB、VC應用程序編程，就可很容易地進(jìn)行用戶(hù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
2 FT245BM芯片功能簡(jiǎn)介
FT245BM的主要功能是進(jìn)行USB和并行I/O口之間的協(xié)議轉換。芯片一方面可從主機接收USB數據，并將其轉換為并行I/O口的數據流格式發(fā)送給外設；另一方面外設可通過(guò)并行I/O口將數據轉換為USB的數據格式傳回主機。中間的轉換工作全部由芯片自動(dòng)完成，開(kāi)發(fā)者無(wú)須考慮固件的設計。
FT245BM內部主要由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(xiàn)，支持UHCI/OHCI主控制器；串行接口引擎主要用于完成USB數據的串/并雙向轉換，并按照USB1.1規范來(lái)完成USB數據流的位填充/位反填充，以及循環(huán)冗余校驗碼（CRC5/CRC16）的產(chǎn)生和檢錯；USB協(xié)議引擎管理來(lái)自USB設備控制端口的數據流；FIFO控制器處理外部接口和收發(fā)緩沖區間的數據轉換。
FIFO控制器實(shí)現與單片機（如AT89C51等）的接口，主要通過(guò)8根數據線(xiàn)D0~D7及讀寫(xiě)控制線(xiàn)（、WR、和）來(lái)完成和單片機的數據交互。FT245BM內含兩個(gè)FIFO數據緩沖區，一個(gè)是128字節的接收緩沖區，另一個(gè)是384字節的發(fā)送緩沖區。它們均用于USB數據與并行I/O口數據的交換緩沖區。
另外，FT245BM還包括1個(gè)內置的3.3 V的穩壓器，1個(gè)6 MHz的振蕩器、8倍頻的時(shí)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。
表1 FT245BM引腳功能
| 引腳號 | 引腳名稱(chēng) | 類(lèi) 型 | 引腳功能 |
| 25 | D0 | I/O | 雙向數據總線(xiàn) |
| 24 | D1 | I/O | 雙向數據總線(xiàn) |
| 23 | D2 | I/O | 雙向數據總線(xiàn) |
| 22 | D3 | I/O | 雙向數據總線(xiàn) |
| 21 | D4 | I/O | 雙向數據總線(xiàn) |
| 20 | D5 | I/O | 雙向數據總線(xiàn) |
| 19 | D6 | I/O | 雙向數據總線(xiàn) |
| 18 | D7 | I/O | 雙向數據總線(xiàn) |
| 16 | RD | IN | 由低變高時(shí)，允許從接收數據緩沖區讀取數據 |
| 15 | WR | IN | 由高變低時(shí)，允許將數據發(fā)送到數據緩沖區 |
| 14 | TXE | OUT | 為低時(shí)，允許數據寫(xiě)入發(fā)送數據緩沖區 |
| 12 | RXF | OUT | 為低時(shí)，允許數據緩沖區的數據被讀取 |
| 7 | USBDP | I/O | USB數據信號線(xiàn)D+，接1.5kΩ的上位電阻到3.3V |
| 8 | USBDM | I/O | USB數據信號線(xiàn)D- |
| 32 | EECS | I/O | EEPROM片選線(xiàn) |
| 1 | EESK | OUT | EEPROM時(shí)鐘線(xiàn) |
| 2 | EEDATA | I/O | EEPROM數據線(xiàn) |
| 10 | PWREN | OUT | 電源使能線(xiàn) |
| 11 | SI/WU | IN | 發(fā)送立刻消息或喚醒信號線(xiàn) |
| 4 | RESET | IN | 復位腳 |
| 5 | RSTOUT | OUT | 內部復位生成器的輸出腳 |
| 27 | XTIN | IN | 時(shí)鐘輸入腳 |
| 28 | XTOUT | OUT | 時(shí)鐘輸出腳 |
| 31 | TEST | IN | 測試腳 |
| 6 | 3V3OUT | OUT | 3.3V輸出腳 |
| 3、26 | VCC | PWR | 電池，+4.4～5.25V |
| 13 | VCCIO | PWR | 控制引腳10～12、14～16、18～25的信號電平，+3.0～+5.25V |
| 9、17 | GND | PWR | 電源地 |
| 30 | AVCC | PWR | 內部模擬電源 |
| 29 | AGND | PWR | 內部模擬電源地 |
3 硬件設計
FT245BM的典型硬件電路如圖3所示。該電路采用總線(xiàn)供電模式，同時(shí)采用上電復位方式，通過(guò)的輸出使單片機復位。時(shí)鐘電路可采用4腳的6 MHz晶振模塊或由1個(gè)6 MHz的晶體及2個(gè)33 pF的電容組成。腳和I/O 24腳相連，用于判斷USB總線(xiàn)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(gè)磁珠，以減少主機和設備的干擾；同時(shí)，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板的設計中，數據線(xiàn)的走線(xiàn)應盡可能短并且長(cháng)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、設備序列號及一些說(shuō)明性文字等。這些需要用戶(hù)自己編寫(xiě)，編寫(xiě)的應用程序由FTDI提供。用戶(hù)只須運行相應的VB應用程序，寫(xiě)入自己相應的信息即可。該EEPROM是可選的。若沒(méi)有EEPROM，FT245BM將使用默認的VID、PID、產(chǎn)品描述符和電源描述符，并且沒(méi)有設備的序列號。
圖3 FT245BM的典型硬件電路
4 軟件編程
當FT245BM的USB接 口連接到主機后，必須在PC機上安裝一個(gè)由FTDI公司免費提供的虛擬串行口VCP（Virtual COM Port）驅動(dòng)程序。該驅動(dòng)程序兼容Windows 98/ 98 SE、Windows 2000/ME/XP等不同版本。用戶(hù)可以在這虛擬串口上進(jìn)行應用程序的開(kāi)發(fā)。該虛擬串口可以像一個(gè)標準的物理串口那樣被訪(fǎng)問(wèn)，可本質(zhì)上所有針對虛擬串口的數據通信都是通過(guò)USB總線(xiàn)完成的，在設備端則通過(guò)并行I/O口完成。
在PC端，應用VB對虛擬串口（通常為COM3）進(jìn)行應用編程。我們直接應用MSComm控件，將MSComm3.CommPort置為3，MSComm3.Seetings置為“9600，n，8，1”（該速率為默認設置，實(shí)際上VCP驅動(dòng)程序總是使數據以最快速率傳輸）；通過(guò)MSComm3.PortOpen設置COM3的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；通過(guò)MSComm3.Input和MSComm3.Output讀入或輸出數據。在讀取數據時(shí)，設置MSComm3.Rthreshold的值為1。只要有數據傳到PC機，就立即觸發(fā)MSComm3.CommEvent事件，自動(dòng)讀取COM3的數據；而發(fā)送數據則可自動(dòng)或手動(dòng)發(fā)送，由用戶(hù)自己設置。根據這些，用戶(hù)就可以輕松編寫(xiě)自己的應用程序了。
在設備端，基于萬(wàn)利的Insight SE-52仿真器進(jìn)行編程。根據圖4所示接收數據時(shí)序圖，首先，須采樣到信號為低，若為低，表明有接收到來(lái)自PC機的數據，允許單片機通過(guò)八位數據總線(xiàn)D0~D7讀取數據。接著(zhù)，通過(guò)信號由低到高的變化鎖存數據（讀入數據）。最后，延遲一段時(shí)間，重新開(kāi)始下一字節的讀取。軟件流程如圖5所示。發(fā)送數據過(guò)程，可根據圖6所示發(fā)送數據時(shí)序圖，同理編寫(xiě)發(fā)送數據的程序。設備程序可以在此基礎上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，即用戶(hù)根據自己的具體項目進(jìn)行編程。
5 結 論
利用FT245BM進(jìn)行USB接口的開(kāi)發(fā)，簡(jiǎn)單、容易，開(kāi)發(fā)周期短，易于為工程實(shí)踐所采用；同時(shí)，也可以直接用于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，如數碼相機的USB接口、MP3播放器的USB接口及無(wú)線(xiàn)Modem的USB接口等。
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