Журнал Радио 6 номер 2002 год. КОМПЬЮТЕРЫ

Журнал Радио 6 номер 2002 год. КОМПЬЮТЕРЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНТЕРФЕЙСА USB НА МИКРОСХЕМАХ FT8U232AM, FT8U245AM А. ЛЫСЕНКО, Р. НАЗМУТДИНОВ, И. МАЛЫГИН, г. Екатеринбург   Возможностью подключения к компьютеру USB-устройств сейчас никого не удивишь. По сравнению с традиционными портами ввода—вывода компьютера (последовательный — СОМ, параллельный — LPT) универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus) обеспечивает более высокую скорость обмена данными. Максимальная пропускная способность USB версии 1.1 — 12 Мбит/с, более современной версии 2.0 — 480 Мбит/с. Для низкоскоростных устройств предусмотрена скорость 1,5 Мбит/с. Однако протокол обмена данными по USB сложен и реализовать его до недавнего времени было не под силу не только радиолюбителям, но и многим специалистам. Сегодня, установив в разрабатываемом приборе микросхему FT8U232AM или FT8U245AM, можно преобразовать USB в "виртуальный" последовательный или параллельный порт и вести скоростной обмен данными привычными хорошо известными методами, не учитывая многих особенностей работы USB.

Соединять компьютер с периферийными устройствами с помощью USB очень просто. Разрешено состыковывать и расстыковывать соединители, не выключая компьютер, предусмотрено автоматическое распознавание устройства немедленно после его подключения с последующей установкой необходимых драйверов. Разветвленная топология шины (рис. 1) предусматривает использование концентраторов, чаще называемых "хабами" (англ. hub).

В системном блоке компьютера имеется корневой хаб (root hub), снабженный двумя или четырьмя USB-розетка-ми, к которым непосредственно или через хабы подключают периферийные устройства. Иногда сами USB-устрой-ства (чаще всего ≈ монитор и клавиатуру) оборудуют встроенными хабами, в других случаях для ветвления шины применяют хабы, оформленные как самостоятельные изделия.

Пример подключения к компьютеру обычного комплекта периферийных USB-устройств показан на рис. 2. Их общее число может достигать 127 ≈ более чем достаточно для всех мыслимых приложений. До недавнего времени "хозяин" (host) этой сети (в отличие от обычной локальной) мог быть только один ≈ сам компьютер. Однако опубликованное в конце 2001 г. под названием OTG 1.0 дополнение к стандарту USB 2.0 разрешило и периферийным устройствам выполнять некоторые host-функции. Это позволит, например, соединить USB-сканер непосредственно с USB-принтером, минуя компьютер.

Каждому подключенному к USB-уст-ройству операционная система компьютера присваивает уникальный идентификационный номер, необходимый для конфигурирования системы, управления и обмена данными. Сеансы связи происходят в пакетном режиме.

Все компоненты USB-сети соединяют с помощью кабелей, состоящих из двух витых пар проводов. По одной из них идет двусторонний обмен данными, по другой ≈ постоянное напряжение 5 В, благодаря чему экономичные периферийные устройства могут не содержать собственных источников питания. USB-кабели снабжены соединителями двух несовместимых типов: А ≈ со стороны, обращенной к компьютеру, и В ≈ со стороны, обращенной к периферийному устройству. Это предотвращает ошибочное подключение. Согласно упомянутому выше дополнению OTG 1.0, введено еще два вида соединителей уменьшенных габаритов: mini-A и mini-B, а также универсальная розетка mini-AB, совместимая с вилками обеих типов. Все USB-соединители рассчитаны на быстрое и удобное многократное подключение и отключение.

Область применения USB не ограничена мультимедийными приложениями. Этот скоростной, рассчитанный на обслуживание большого числа устройств интерфейс удобен для аппаратуры связи, сбора и хранения информации, которую традиционно подключают к портам СОМ и LPT компьютеров. К сожалению, замена интерфейса в существующем устройстве довольно сложна. Один из способов решения проблемы ≈ применение преобразователей различных интерфейсов в USB. На российском рынке уже появляются подобные устройства на основе микросхем английской компании FTDI (Future Technology Devices International). В настоящее время компания выпускает три многофункциональные микросхемы: FT8U100AX, FT8U232AM и FT8U245AM. Первая из них позволяет создать семипортовый USB-хаб. Две другие (их внешний вид и назначение выводов показаны на рис. 3) предназначены для сопряжения различных устройств с шиной USB. Размеры корпуса QFP-32 ≈ 7x7 мм, шаг выводов ≈ 0,8 мм.

FT8U232AM ≈ преобразователь USB в традиционный последовательный интерфейс ≈ можно устанавливать в USBмодемах, переходниках СОМ≈USB, сканерах штрих-кода, измерительной аппаратуре ≈ фактически в любых устройствах, ранее использовавших сравнительно медленные интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485. Она способна передавать данные в обе стороны со скоростью до 2000 кбит/с, причем пользователю не требуется никаких знаний об устройстве и работе USB. Поставляемые компанией FTDI программные драйверы создают впечатление, что обмен идет через обычный СОМ-порт.

функциональная схема FT8U232AM представлена на рис. 4. Ее основа ≈ приемопередатчики обоих интерфейсов. Блок UART снабжен полным набором сигнальных цепей стандарта RS-232, приемопередатчик USB ≈ всего двумя информационными выводами USBDP и USBDM, образующими двунаправленный канал передачи данных. Блок SIE преобразует последовательный код в параллельный и обратно, выполняет процедуры битстаффинга, генерирует (для исходящего потока данных) и проверяет (для входящего) контрольные коды.


Увеличить

Обработчик протокола USB нижнего уровня формирует ответы на запросы host-контроллера (компьютера). Через него же управляют режимом работы UART. Предусмотрены два буфера промежуточного хранения данных (FIFO) емкостью 384 байта (на прием) и 128 байт (на передачу). Управление FIFO возложено на соответствующий контроллер.

Задающий генератор микросхемы работает от внешнего кварцевого или керамического резонатора на 6 МГц. Далее его частоту умножают на 8 (до 48 МГц). Тактовую частоту UART получают из 48 МГц в два приема: делением на 16, затем ≈ до нужного значения с помощью программируемого делителя. Контроллер UART может работать со скоростью от 300 Бод до 2 МБод, однако фактически достижимая максимальная скорость зависит от применяемой совместно с FT8U232AM микросхемы-преобразователя уровней интерфейсных сигналов.

Выводы EECS, EESK, EEDATA микросхемы FT8U232AM предназначены для подключения внешней энергонезависимой памяти ≈ микросхемы ЭСППЗУ АТ93С46, в которой хранят идентификаторы изготовителя (VID) и персональный (PID) заводской номер изделия и другие данные. Это необходимо, если по USB с компьютером одновременно связаны несколько устройств на микросхемах FT8U232AM. Особенно важен серийный номер, так как программный драйвер полагается на его уникальность, ассоциируя тот или иной виртуальный СОМ-порт с конкретным устройством. Если ПЗУ отсутствует, к компьютеру можно подключить только одно образующее виртуальный СОМ-порт устройство.

Низким уровнем на входе RESET микросхему FT8U232AM приводят в исходное состояние. К выводу RCCLK должна быть присоединена RC-цепь, задерживающая начало работы микросхемы на время, достаточное для"раскачки" кварцевого резонатора, подключенного к выводам XTIN, XTOUT. Вход TEST используют только в отладочном режиме. При обычной работе он должен быть соединен с общим проводом (GND).

Имеется несколько вспомогательных выходов. Высокий уровень на выходе USBEN сигнализирует о завершении процесса инициализации микросхемы по USB. Если некоторое время обмена данными не происходит, микросхема автоматически переходит в "спящий режим", о чем свидетельствует низкий уровень на выходе SLEEP. Аналогичные уровни на выходах TXLED и RXLED показывают, что идет соответственно передача или прием данных. Сигнал с выхода TXDEN предназначен для управления приемопередатчиком интерфейса RS-485. Его уровень ≈ высокий, когда по линии TXD идет передача данных.

Напряжение питания микросхемы FT8U232AM (VCC) ≈ 4,4...5,25 В, потребляемый ток ≈ не более 50 мА в рабочем и 250 мкА в спящем режимах. Если микросхему питают напряжением, поступающим по USB, ее вывод 14 (PWRCTL) необходимо соединить с общим проводом (GND), если устройство имеет собственный источник питания ≈ с цепью VCC. Логические выходы микросхемы рассчитаны на ток до 4 мА (вытекающий) и до 8 мА (втекающий).

Микросхема FT8U245AM позволяет организовать обмен данными между периферийным устройством и компьютером со скоростью до 1 Мбит/с. Ее можно применять в ISDN и ADSL модемах, в цифровых камерах и МРЗ-проигрывателях, в измерительной аппаратуре. В отличие от FT8U245AM, она не содержит блока UART, выдавая принятые по USB данные из буфера (FIFO) или принимая их туда по восьмиразрядной параллельной двунаправленной шине данных (D0 ≈ D7). Эта микросхема удобно стыкуется с любыми микропроцессорами и микроконтроллерами, используя их каналы прямого доступа к памяти (DMA) или порты ввода≈вывода.

Временные диаграммы чтения и записи байта представлены на рис. 5.

(Продолжение следует)

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 6 номер 2002 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.