Преобразователь usb rs232


Преобразователь usb rs232

Преобразователь usb rs232

Преобразователь usb rs232

Преобразователь usb rs232

> > >

USB - RS-232 преобразователи

Продолжаем разговор про шину USB и ее применение в радиолюбительской практике.

В прошлый раз () мы довольно успешно снабдили ПК десятком дополнительных USB-портов, теперь пришло время начинать использовать все это изобилие.

Естественно, первое, что приходит в голову, применить эти порты для обмена данными с собственными конструкциями на МК. Однако далеко не все МК сейчас имеют периферию для работы непосредственно с USB, а программная реализация этого протокола достаточно сложна и отнимает немало процессорного времени. С другой стороны, подавляющее большинство МК имеет «на борту» модуль универсального асинхронного приемопередатчика, который может работать в режиме, совместимом с протоколом RS-232, т.е. такой микроконтроллер при условии согласования уровней сигналов можно подключать непосредственно к COM-порту компьютера. А при чем здесь USB, спросите вы? Отвечу: производители, как всегда, подсуетились, в результате чего на рынке появилось несколько вариантов преобразователей интерфейсов USB<->RS-232. Т.е. в нашем распоряжении есть устройство, подключаемое к ПК по USB, а на выходе имеющее сигналы, понятные любому МК с модулем USART (или даже с программно реализованным USART'ом). Здорово? Конечно, здорово, особенно с учетом того, что ОС воспринимает такой переходник просто как еще один (виртуальный) СОМ-порт (VCP: Virtual Com Port) и позволяет работать с ним с помощью обычных терминальных средств.

Вот о микросхемах, позволяющих все это реализовывать, у нас и пойдет сегодня речь…

Пожалуй, наиболее распространенными на сегодняшний день являются преобразователи FT232BM от FTDI Ltd (USB 1.1) (ничего от Maxim не напоминает по названию? ;) ), TUSB3410 от Texas Instruments (USB 2.0), а так же PL-2303 от Prolific. Что за звери такие? Будем разбираться…

FT232BM выпускается в 32 выводном корпусе LQFP-32 с шагом выводов 0.8мм.

FT232BM

Микросхема имеет интерфейс для подключения внешней EEPROM памяти (выводы 1,2 и 32), в которой могут храниться уникальные идентификационные коды производителя и типа устройства, а также текстовые строки, содержащие информацию о наименовании, производителе устройства и т.п. Микросхема может питаться либо от шины USB, либо от внешнего стабилизированного источника питания с напряжением 5В. В качестве генератора тактовой частоты используется кварц на 6MHz, подключаемый к выводам 27 и 28.

Микросхема имеет встроенный LDO-стабилизатор с выходным напряжением 3.3В, который служит для питания внутренней логики, но может использоваться и для питания каких-либо внешних устройств (вывод 6: 3V3OUT), правда, максимальный ток – всего 5мА. Уровень логической единицы на выходах модуля UART микросхемы (выводы 16-25) задается напряжением на входе VCCIO (вывод 13) и может изменяться в пределах от 3 до 5В (это нужно для обеспечения совместимости с 3-х вольтовой логикой).

Режим питания микросхемы определяется логическим уровнем на входе PWRCTL: лог.0 – питание от шины USB (Bus-Powered), лог.1 – питание от стороннего источника (Self-Powered). Инверсный вход RESET надо через резистор (а можно даже и без него) подтянуть к плюсу питания микросхемы – этого достаточно для нормальной работы. Выход RSROUT может использоваться для сброса внешних устройств в момент сброса FT232. Кроме того, к этому выводу подключается подтягивающий резистор для линии USB Data+. Сами линии Data+ и Data- - это выводы USBDP и USBDM соответственно.

Замечу, что вход TEST должен быть соединен с землей, в противном случае работа микросхемы нестабильна.

Выходы SLEEP и PWREN могут использоваться для управления внешними устройствами, в частности, SLEEP = 0, если микросхема не активна («спит»), а PWREN = 0 после окончания инициализации микросхемы при подключении и = 1, если микросхема не активна.

На выводах 16-25, как уже отмечалось, присутствуют все сигналы, предусмотренные стандартом RS-232. При подключении к ним соответствующих микросхем-преобразователей уровня возможна конвертация исходных данных, поступающих по USB, в поток байт протоколов RS-232, RS-422 или RS-485.

Прием и передача данных по USB могут отображаться светодиодами, подключенными к выходам RXLED и TXLED соответственно.

Схема, которую я обычно использую, приведена на рисунке:

Схема FT232BM

Как видите, навесных элементов очень немного. Для подключения к МК достаточно использовать сигналы RX и TX, в ряде случаев может понадобиться организовать гальваническую развязку этой схемы с остальным устройством. С учетом того, что преобразователь питается от USB, достаточно добавить на RX и TX по оптрону, причем выход TX может напрямую управлять светодиодом одной из оптопар.

В качестве EEPROM можно использовать микросхемы памяти 93С46/56/66, достаточно и самой маленькой по объему:

EEPROM

С железом немножко разобрались, а что касается софта, то здесь тоже ничего сложного нет. С доступны для скачивания две версии драйвера: VCP Driver (только драйвер виртуального СОМ-порта) и D2XX Driver (дает ряд дополнительных возможностей, например, прямой доступ к USB – более интересен для программистов). Если планируется использование микросхемы памяти – надо ставить D2XX, кроме того, понадобится также специальная утилита для прошивки: , также доступная для скачивания с сайта. В остальном – подключаете устройство к ПК, говорите ОС откуда взять драйверы, наблюдаете за установкой. В «Диспетчере устройств» в разделе «USB» должен появиться «USB Serial Converter», а в «Портах» - следующий по номеру «USB Serial Port». Все, можете с ним работать, как с обычным портом.

Так будет, если ваша FT232 работает без EEPROM (или с пустой) со стандартными VID&PID, присвоенными производителем. Если с помощью MProg прошить в память новые VID&PID, наименование устройства, его серийный номер и т.п., ваше устройство будет определяться уже совсем по-другому. Как – вам виднее, наступает простор для творчества. Хотя я бы все таки не рекомендовал менять стандартные VID&PID, а то получите сканер какой-нибудь… ;)

Я работал с этой микросхемой на скорости порта 115200, хотя драйвер позволяет выставлять максимальную скорость до 921600. В разделе «Port Settings» свойств порта есть кнопка «Advanced». Там в разделе «BM Options» параметр «Latency Timer» стоит поставить поменьше, т.е. 1мс – это увеличит скорость работы.

Если вы всерьез соберетесь использовать эту микросхему, советую ознакомиться с материалами на странице , там действительного много полезного и интересного, а многие моменты объяснены гораздо подробнее, чем в этой статье.

С TUSB3410 все будет несколько сложнее. Дело в том, что эта микросхема по своей сути – микроконтроллер с интегрированным интерфейсным модулем USB. Поэтому, как всякий микроконтроллер, ее придется еще и программировать…

Так получилось, что эта микросхема выпускается в таком же корпусе:

TUSB3410

Функциональная оснащенность примерно та же: полный последовательный порт (выводы 13-21, только RX/TX называются SIN/SOUT), интерфейс для EEPROM (здесь это I2C), кварц, питание, Reset и четыре программируемые линии ввода/вывода общего назначения Р3.0 – Р3.4 – вот их-то у FTDI-ки точно не было… Напряжение питания микросхемы – 3.3В, что не очень удобно, поскольку при питании от USB заставляет использовать LDO-стабилизатор. Зато никаких хитрых режимов питания нет.

Ну что, как всегда, кратенько пробежимся по функциональному назначению выводов? Поехали…

С последовательным портом все вроде бы понятно, скажу лишь, что при соответствующей прошивке он может работать не только по протоколу RS-232, но и как IrDA приемопередатчик. Четыре линии ввода/вывода тоже не экзотика, производитель, в частности, предоставляет пример, где они используются для подключения нескольких кнопок, а устройство определяется ОС как HID-совместимое, что позволяет достаточно легко реализовать опрос этих самых кнопок.

DP, DM – линии Data+ и Data- USB, PUR служит для подключения подтягивающего резистора для линии Data+.

На линию VDD18 надо подать напряжение 1.8В от внешнего источника или, что проще, подать лог.0 на вывод VREGEN, включив тем самым внутренний источник на 1.8В, а на VDD18 добавить конденсатор 0.1мкФ на землю…

На RESET – обычную RC-цепочку, более чем достаточно, TEST0 и TEST1 надо подтянуть через 10кОм к питанию, а выход тактовой частоты CLKOUT мы использовать не будем.

Кварц 12МГц на ноги Х1 и Х2, выход индикатора SUSPEND – по вкусу, вход пробуждения WAKEUP можно оставить неподключенным или подтянуть через резистор к плюсу питания.

К линиям последовательного порта этой микросхемы также можно подключать непосредственно МК, опторазвязки или преобразователи уровней.

Вроде как все необходимое для минимальной конфигурации подключили, схема получилось вот такая:

Схема TUSB3410

Микросхема EEPROM здесь также не является обязательным элементом и лично я ее так ни разу и не использовал…

Итак, собрали мы эту схему, воткнули в комп, ОС нашла некое устройство и попросила ткнуть ее носом в драйвера для него. Вот тут-то самое интересное и начинается.

Как я уже говорил, TUSB3410 на самом деле микроконтроллер, внутри у него 8052-совместимое ядро. Соответственно, функционал нашего устройства определяется залитой прошивкой. Нам требуется пока что – преобразователь интерфейсов.

В принципе, при условии регистрации и предоставлении информации о вашем проекте производитель предоставляет и исходники, и прошивку для применения микросхемы в качестве преобразователя интерфейсов, но можно пойти и по другому пути. Эта микросхема используется в таком качестве в некоторых интерфейсных шнурках для мобильных телефонов, в GSM-модемах, в некоторых других устройствах. А драйвера для них доступны для свободной закачки. Более того, все эти драйвера содержат необходимую прошивку. Это связано с особенностями работы микросхемы.

Дело в том, что при установке драйвера прошивка для микроконтроллера копируется в /System32/drivers. Далее, при включении устройства TUSB проверяет наличие EEPROM и прошивки в ней. Если все в порядке – грузится с нее, если нет – подгружает прошивку с компа и записывает в EEPROM, если она есть. Или не записывает и просто работает. Если EEPROMа нет, при следующем включении процесс повторяется.

В общем, в результате анализа нескольких комплектов драйверов к готовым устройствам методом проб и ошибок, последовательных приближений и высоконаучного тыка был сгенерирован собственный работоспособный комплект. Во всех файлах драйверов и даже внутри прошивок стоят копирайты Texas Instruments, поэтому скажу, что все предпринятые над драйверами действия цели имели исключительно образовательные и некоммерческие, а здесь результат публикуется сугубо для ознакомления.

После подключения к ПК ОС найдет новое устройство «TUSB3410 Device» и потребует установку драйвера, надо указать на файл umpusbXP.inf. В ходе установки в системную директорию будут скопированы файлы umpusbxp.sys и umpf3410.i51 (прошивка). Далее система найдет виртуальный СОМ-порт, для него потребуется драйвер UmpComXP.inf.

В обоих .inf-файлах помечены строки, изменив которые можно отредактировать названия определяемых системой устройств и установленные по умолчанию VID&PID, передаваемые ОС. Однако, как и в прошлый раз, я бы не стал этого делать без полного понимания того, к чему это может привести.

Для чего TUSB3410 нужна EEPROM я уже упоминал. Добавлю, что лично я с ней не экспериментировал, однако на сайте производителя доступны для скачивания утилита для генерации бинарного файла прошивки EEPROM на основе umpf3410.i51 и конфигурационного файла (содержит серийный номер устройства, VID&PID, строковые данный по аналогии с FT232BM) и утилита для непосредственной прошивки полученного файла в микросхему.

На при желании можно найти подробный даташит, ряд аппноутов, документы, описывающие особенности применения, ссылки на исходные коды и утилиты для работы. Настоятельно рекомендую посмотреть.

Результатом всех этих изысканий стало создание двух модулей преобразования протокола USB в RS-232, на FT232BM и TUSB3410 соответственно, которые можно рассмотреть на фотографии:

Фото

Монтаж, как видно, поверхностный, все детали на одной стороне, с изнанки – пара перемычек. Модули рассчитаны на вертикальное впаивание в плату, поэтому на них нет разъемов, а установлены PLS штырьки, которые, собственно, в плату и впаиваются. На дальней от нас стороне платы сделаны контактные площадки RX/TX (на модуле FT232BM их загораживает конденсатор), остальные сигналы последовательного интерфейса не выведены за ненадобностью: эти модули используются для сопряжения исключительно с МК.

Немножко возвращаясь к FT232BM. Ниже вы можете увидеть фото (а в конце статьи - скачать варианты разводки плат) для двух конструкций на FT232BM с полным RS-232 портом.
В первой из них

FT232BM

cигналы RS-232 имеют TTL-уровень и выведены на двухрядный разъем BH-10 (по аналогии с материнскими платами), причем коммутацией входа VCCIO (вывод 13) на 5В или сторонний источник 3.3В (в данном случае применен LDO-стабилизатор, но можно, например, и параметрический использовать или регулируемый на LM317) при помощи джампера можно выбирать соответствующий уровень логической "1" на выводах порта RS-232. Эта конструкция разарабатывалась для отладки устройств, имеющих напряжение питания 3.3В

Еще один вариант модуля с полным RS-232 портом содержит в своем составе микросхему MAX213 - преобразователь уровней - и, таким образом, по уровню напряжений обеспечивает совместимость с последовательными портами ПК.
Схема модуля представлена на рисунке:

А готовое устройство выглядит так:

FT232BM+MAX213

Теперь о PL-2303: микросхема выпускается в 28-выводном SSOP корпусе с шагом выводов 0.65мм:

PL-2303

Микросхема во многом похожа на FT232, но есть и некоторые черты TUSB3410. Для работы требуется кварцевый резонатор на 12 МГц (выводы 27-28), уровень логической единицы последовательного порта определяется напряжением на входе VDD_232 (4), выводы 1-3, 5, 6 и 9-11 - полный последовательный порт. По аналогии с TUSB3410 микросхема имеет пару выводов (13-14) для подключения EEPROM через I2C (память также служит для хранения идентификаторов устройства). Вход 23 определяет режим токовой нагрузки USB-порта ("1" - 500мА, "0" - 100мА), вход TRI-STATE определяет состояние выходов последовательного порта при инициализации микросхемы: "1" - высокий уровень, "0" - высокоимпедансное состояние. Отдельные входы питания для логики (8, 20) и PLL (24) в общем случае могут быть присоединены к шине питания USB, однако желательно в непосредственной близости от них установить керамические конденсаторы на землю. PL-2303 имеет встроенные источник напряжения 3.3В для питания USB-трансивера (вывод 17), который используется также для установки подтягивающего резистора к линии Data+. Как обычно, за более полным, точным и правильным описанием стоит обратиться на . Схема модуля, разработанного на основе этой микросхемы, представлена на рисунке:

Фотографии готового устройства:

Модуль PL-2303Модуль PL-2303Модуль PL-2303

Как видно, этот модуль также содержит в своем сотаве микросхему MAX213 (SP213), поэтому обеспечивает поддержку полнофункционального порта RS-232, совместимого по уровням с портами ПК.
Для полноценой работы этого устройства под управлением ОС семейства Windows понадобятся драйверы, доступные для скачивания на . Поскольку на этих чипах делается достаточно много интерфейсных шнурков для подключения мобильных телефонов к ПК, вполне вероятно, что подойдут драйвера и от них.

Вопросы, как обычно, складываем .

Файлы:







ID: 335

Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

vanish125
PICmaker
leordo
nikartos
yeskela
genkap
KVP
RoboCat
-AnB-
Kan-sama


 Заработало сразу:
vanish125
PICmaker
leordo
nikartos
yeskela
genkap
KVP
RoboCat
-AnB-
Kan-sama


Источник: http://www.radiokot.ru/circuit/digital/pcmod/05/



Преобразователь usb rs232

Преобразователь usb rs232

Преобразователь usb rs232

Преобразователь usb rs232

Преобразователь usb rs232

Преобразователь usb rs232

Преобразователь usb rs232