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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 FT8U232AM, FT8U245AM 칩을 기반으로 하는 USB 인터페이스 변환기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
USB 장치를 컴퓨터에 연결하는 기능은 요즘 누구에게도 놀라운 일이 아닙니다. 기존 컴퓨터 I/O 포트(직렬 - COM, 병렬 - LPT)에 비해 범용 직렬 버스는 더 높은 데이터 교환 속도를 제공합니다. USB 버전 1.1의 최대 대역폭은 12Mbit/s이고 최신 버전 2.0은 480Mbit/s입니다. 저속 장치의 경우 속도는 1,5Mbps입니다. 그러나 USB 데이터 교환 프로토콜은 복잡하고 최근까지 무선 아마추어뿐만 아니라 많은 전문가의 힘을 넘어서는 것이었습니다. 현재 개발 중인 장치에 FT8U232AM 또는 FT8U245AM 초소형 회로를 설치하면 USB를 "가상" 직렬 또는 병렬 포트로 변환하고 많은 기능을 고려하지 않고도 일반적으로 잘 알려진 방법을 사용하여 고속 데이터 교환을 수행할 수 있습니다. USB 작동의 특징. USB를 사용하여 컴퓨터를 주변 장치에 연결하는 것은 매우 쉽습니다. 컴퓨터를 끄지 않고도 커넥터를 도킹 및 도킹 해제할 수 있으며, 장치를 연결한 후 즉시 자동 인식이 제공되고 필요한 드라이버가 설치됩니다. 분기형 버스 토폴로지(그림 1)에는 "허브"라고 불리는 집중 장치가 사용됩니다.
컴퓨터 시스템 장치에는 주변 장치가 직접 또는 허브를 통해 연결되는 XNUMX개 또는 XNUMX개의 USB 소켓이 장착된 루트 허브가 있습니다. USB 장치 자체(주로 모니터와 키보드)에 허브가 내장되어 있는 경우도 있고, 독립 제품으로 설계된 허브를 사용하여 버스를 분기하는 경우도 있습니다. 일반 USB 주변 장치 세트를 컴퓨터에 연결하는 예가 그림 2에 나와 있습니다. 127. 총 개수는 2001개에 달할 수 있습니다. 이는 상상할 수 있는 모든 응용 프로그램에 적용하기에 충분합니다. 최근까지 이 네트워크에는 (일반 로컬 네트워크와 달리) 하나의 "마스터"(호스트), 즉 컴퓨터 자체만 있을 수 있었습니다. 그러나 1.0년 말 OTG 2.0이라는 이름으로 발표된 USB XNUMX 표준에 추가되어 주변 장치가 일부 호스트 기능을 수행할 수 있게 되었습니다. 예를 들어, 컴퓨터를 거치지 않고 USB 스캐너를 USB 프린터에 직접 연결할 수 있습니다.
USB 장치에 연결된 각 컴퓨터에는 컴퓨터 운영 체제에 의해 시스템 구성, 관리 및 데이터 교환에 필요한 고유 식별 번호가 할당됩니다. 통신 세션은 일괄 모드로 발생합니다. USB 네트워크의 모든 구성 요소는 두 개의 꼬인 전선 쌍으로 구성된 케이블을 사용하여 연결됩니다. 그 중 하나는 양방향 데이터 교환을 수행하고 다른 하나는 5V의 정전압을 전달하므로 비용 효율적인 주변 장치에는 자체 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다. USB 케이블에는 호환되지 않는 두 가지 유형의 커넥터가 있습니다. A - 컴퓨터를 향하는 쪽, B - 주변 장치를 향하는 쪽. 이는 잘못된 연결을 방지합니다. 위에서 언급한 OTG 1.0 추가에 따라 미니 A와 미니 B, 두 가지 유형의 플러그와 호환되는 범용 미니 AB 소켓이라는 두 가지 축소된 크기의 커넥터가 추가로 도입되었습니다. 모든 USB 커넥터는 빠르고 쉽게 연결 및 분리할 수 있도록 설계되었습니다. USB의 범위는 멀티미디어 애플리케이션에만 국한되지 않습니다. 다수의 장치에 서비스를 제공하도록 설계된 이 고속 인터페이스는 전통적으로 컴퓨터의 COM 및 LPT 포트에 연결되어 있던 정보를 수집하고 저장하는 통신 장비에 편리합니다. 불행하게도 기존 장치의 인터페이스를 교체하는 것은 매우 어렵습니다. 문제를 해결하는 한 가지 방법은 다양한 인터페이스의 USB 변환기를 사용하는 것입니다. 영국 회사인 FTDI(Future Technology Devices International)의 칩을 기반으로 한 유사한 장치가 이미 러시아 시장에 출시되고 있습니다. 이 회사는 현재 FT8U100AX, FT8U232AM 및 FT8U245AM의 세 가지 다기능 칩을 생산합니다. 첫 번째 기능을 사용하면 3포트 USB 허브를 만들 수 있습니다. 나머지 두 개(외관과 핀 할당은 그림 32에 표시됨)는 다양한 장치를 USB 버스와 페어링하기 위한 것입니다. QFP-7 케이스의 크기는 7x0,8mm이고 핀 피치는 XNUMXmm입니다.
FT8U232AM - USB를 기존 직렬 인터페이스로 변환하는 변환기 - USB 모뎀, COM-USB 어댑터, 바코드 스캐너, 측정 장비에 설치할 수 있습니다. 실제로 이전에 상대적으로 느린 RS-232, RS-422, RS-485를 사용했던 모든 장치에 설치할 수 있습니다. 인터페이스. 최대 2000kbps의 속도로 양방향으로 데이터를 전송할 수 있으며 사용자는 USB 장치 및 작동에 대한 지식이 필요하지 않습니다. FTDI에서 제공하는 소프트웨어 드라이버는 교환이 일반 COM 포트를 통해 발생한다는 인상을 줍니다. FT8U232AM의 기능 다이어그램은 그림 4에 나와 있습니다. 232. 그 기반은 두 인터페이스의 트랜시버입니다. UART 블록에는 RS-XNUMX 표준의 전체 신호 회로 세트가 장착되어 있으며 USB 트랜시버에는 두 개의 정보 핀 USBDP 및 USBDM만 장착되어 양방향 데이터 전송 채널을 형성합니다. SIE 블록은 직렬 코드를 병렬로 또는 그 반대로 변환하고, 비트스태핑 절차를 수행하고, (나가는 데이터 스트림에 대해) 제어 코드를 생성하고 (들어오는 데이터 스트림에 대해) 확인합니다.
하위 수준 USB 프로토콜 처리기는 호스트 컨트롤러(컴퓨터)의 요청에 대한 응답을 생성합니다. UART 작동 모드도 이를 통해 제어됩니다. 384바이트(수신용)와 128바이트(전송용) 용량의 중간 저장(FIFO)용 버퍼가 XNUMX개 있습니다. FIFO 관리는 해당 컨트롤러에 할당됩니다. 마이크로 회로의 마스터 발진기는 6MHz의 외부 석영 또는 세라믹 공진기에서 작동합니다. 다음으로 주파수에 8을 곱합니다(최대 48MHz). UART 클록 주파수는 48MHz에서 두 단계로 얻습니다. 16으로 나눈 다음 프로그래밍 가능한 분배기를 사용하여 원하는 값으로 나눕니다. UART 컨트롤러는 300 Baud ~ 2 MBod의 속도로 작동할 수 있지만 실제 달성 가능한 최대 속도는 FT8U232AM과 함께 사용되는 인터페이스 신호 레벨 변환기 칩에 따라 다릅니다. FT8U232AM 칩의 EECS, EESK, EEDATA 핀은 제품의 제조업체 식별자(VID)와 개인 일련 번호(PID) 및 기타 데이터를 저장하는 외부 비휘발성 메모리인 AT93C46 EEPROM 칩을 연결하기 위한 것입니다. 이는 FT8U232AM 칩의 여러 장치가 USB를 통해 컴퓨터에 동시에 연결된 경우에 필요합니다. 소프트웨어 드라이버는 고유성에 의존하여 하나 또는 다른 가상 COM 포트를 특정 장치와 연결하므로 일련 번호는 특히 중요합니다. ROM이 없으면 하나의 장치만 컴퓨터에 연결하여 가상 COM 포트를 형성할 수 있습니다. RESET 입력의 로우 레벨은 FT8U232AM 칩을 초기 상태로 되돌립니다. RC 회로는 RCCLK 핀에 연결되어야 하며, 이는 XTIN, XTOUT 핀에 연결된 석영 공진기를 "구동"하는 데 충분한 시간 동안 마이크로 회로의 작동 시작을 지연시킵니다. TEST 입력은 디버깅 모드에서만 사용됩니다. 정상 작동 중에는 접지(GND)에 연결해야 합니다. 여러 가지 보조 출력이 있습니다. USBEN 출력의 하이 레벨은 USB를 통한 미세 회로 초기화 프로세스의 완료를 나타냅니다. 일정 시간 동안 데이터 교환이 발생하지 않으면 SLEEP 출력의 낮은 레벨에서 알 수 있듯이 칩은 자동으로 절전 모드로 전환됩니다. TXLED 및 RXLED 출력의 유사한 레벨은 각각 데이터가 전송되거나 수신되고 있음을 나타냅니다. TXDEN 출력의 신호는 RS-485 트랜시버를 제어하기 위한 것입니다. 데이터가 TXD 라인을 통해 전송될 때 레벨이 높습니다. FT8U232AM 마이크로 회로(VCC)의 공급 전압은 4,4...5,25V이고, 전류 소비는 작동 모드에서 50mA, 절전 모드에서 250μA를 넘지 않습니다. 마이크로 회로가 USB를 통해 공급되는 전압으로 전원을 공급받는 경우 장치에 자체 전원 공급 장치가 있는 경우 핀 14(PWRCTL)를 공통 와이어(GND)에 연결해야 합니다(VCC 회로). 마이크로 회로의 논리 출력은 최대 4mA(송신) 및 최대 8mA(유입)의 전류를 위해 설계되었습니다. FT8U245AM 칩을 사용하면 최대 1Mbit/s의 속도로 주변 장치와 컴퓨터 간의 데이터 교환을 구성할 수 있습니다. ISDN 및 ADSL 모뎀, 디지털 카메라, MP8 플레이어, 측정 장비에 사용할 수 있습니다. FT245U0AM과 달리 UART 블록이 포함되어 있지 않으며 USB를 통해 버퍼(FIFO)에서 수신된 데이터를 출력하거나 7비트 병렬 양방향 데이터 버스(DXNUMX - DXNUMX)를 통해 수신합니다. 이 칩은 DMA(직접 메모리 액세스) 채널 또는 I/O 포트를 사용하여 모든 마이크로프로세서 및 마이크로컨트롤러와 편리하게 인터페이스합니다. 바이트 읽기 및 쓰기를 위한 타이밍 차트가 그림 5에 나와 있습니다. XNUMX.
USB(수신 버퍼 크기는 128바이트)를 통해 수신된 데이터의 존재는 RXF 신호의 낮은 레벨로 표시됩니다. 버퍼가 비어 있고 RXF 레벨이 높아질 때까지 데이터를 읽습니다. 384바이트의 전송 버퍼가 모두 채워진 후 TXE 신호 레벨은 높은 상태로 유지되고 버퍼의 내용이 USB B를 통해 컴퓨터로 전송될 때까지 칩은 새 데이터 수신을 중지합니다. 교환을 지연시키지 않기 위해 16ms 타이머가 제공됩니다. 이 간격 동안 전송 버퍼가 완전히 채워지지 않고 새 데이터가 수신되지 않으면 버퍼의 내용이 자동으로 컴퓨터로 전송됩니다. FT8U232AM 칩도 비슷한 특성을 가지고 있습니다. FT8U232AM 및 FT8U245AM 마이크로 회로를 마스터하는 하드웨어 개발자를 위해 GIGATECHNO-LOGY는 그림 6에 표시된 디버깅 모듈을 제공합니다. XNUMX.
마이크로 회로 외에도 보드에는 작동에 필요한 모든 수동 요소, 석영 공진기 및 USB 유형 B 소켓이 포함되어 있습니다. 모듈은 표준 32핀 "와이드" DIP 패널에 설치됩니다. 모듈은 USB로 전원이 공급되므로 추가 소스가 필요하지 않습니다. 완성된 USB-RS-232 인터페이스 변환기의 다이어그램은 그림 7에 나와 있습니다. 232. 이를 사용하면 RS-1 인터페이스가 장착된 많은 장치를 USB를 통해 컴퓨터에 연결할 수 있습니다. 컨버터는 1,5m 길이의 연결 케이블이 장착된 USB 타입 A 플러그(CNXNUMX)를 사용하여 컴퓨터(또는 허브)에 연결됩니다.이 이상 길이를 늘리면 USB가 오작동할 수 있으므로 사용하지 마십시오.
U3 FT8U232AM 칩은 제조업체에서 권장하는 표준 회로에 따라 연결됩니다. 전원 공급 순간(컨버터를 USB 네트워크에 연결) 트랜지스터 Q1의 노드는 U3 칩을 원래 상태로 되돌리는 펄스를 생성합니다. 공급 전압은 필터 FB1 및 FB2(페라이트 와셔가 배치된 일반 와이어)를 통해 컨버터 노드에 공급됩니다. R5C10 회로는 수입 HC1U, 국내 RK49 등으로 사용할 수 있는 Y415 공진기의 발전기 시동 중에 지연을 생성합니다. 공진기가 10단자이고 내장 커패시터가 없는 경우 안정적으로 시작하려면 발전기의 경우 20~XNUMXpF 용량의 외부 커패시터를 설치해야 할 수도 있습니다. U1 칩에는 RS-232 표준을 충족하는 인터페이스 신호의 수신기 및 송신기는 물론 작동에 필요한 5V ~ +10 및 -10V 전압 변환기가 포함되어 있습니다. 다이어그램에 표시된 SP213EHCA(Sipex) 칩은 최대 460kBaud의 데이터 교환 속도를 제공합니다. 115kBaud의 속도가 충분하다면 지정된 칩을 같은 회사의 SP213ECA인 MAX213CAI(Maxim) 또는 ADM213EARS(Analog Devices)로 교체할 수 있습니다. 이미 언급했듯이 U1 93С46 마이크로 회로는 선택 사항입니다. 설치하기로 결정한 경우 먼저 FT8U232AM 칩 설명 부록에 포함된 권장 사항을 사용하여 프로그래밍해야 합니다. 이 문서와 기타 유용한 기술 및 참조 정보는 FTDI 웹사이트에서 확인할 수 있습니다. . 변환기의 모습은 그림 8에 나와 있습니다. 9. 회로 기판은 DB-XNUMXM 플러그 하우징 내부에 있습니다.
개발된 보드의 레이어 도면은 그림 9에 나와 있습니다. XNUMX, - XNUMX층.
표면 실장(SMD)을 위한 크기 0603(1,6x0,8mm)의 저항기와 커패시터를 포함하여 양쪽에 요소를 설치하도록 설계되었습니다. 아마추어 조건에서 이러한 보드는 절연 개스킷을 통해 서로 접착된 두 개의 양면 보드로 만들 수 있습니다. SMD 요소를 사용하여 다층 기판을 만드는 것이 불가능한 경우 표준 요소에 대한 일반 요소를 독립적으로 개발해야 합니다. 가상 COM 드라이버 설치 관심 있는 운영 체제에 대한 가상 COM 포트 드라이버(VCP - 가상 COM 포트)는 공식 FTDI 웹사이트에서 찾을 수 있습니다. 주제별 섹션 드라이버 및 유틸리티에서. VCP 드라이버는 인터페이스 변환기 및 지원 기술을 통해 연결된 장치(플러그 앤 플레이 PnP)와 이러한 지원이 없는 유사한 장치(Pop-PnP)의 두 가지 버전으로 제공됩니다. 드라이버 선택 오류로 인해 운영 체제 로딩이 20~30초 지연됩니다. Windows에 VCP 드라이버를 설치하는 절차는 다른 장치의 드라이버를 설치하는 절차와 다르지 않습니다. 드라이버가 제공되는 아카이브의 모든 파일은 플로피 디스크나 하드 드라이브에 특별히 생성된 폴더에 복사되어야 합니다. 그런 다음 인터페이스 변환기(또는 FT8U232AM, FT8U245AM 칩 기반의 다른 장치)를 USB에 연결한 후 "하드웨어 추가/제거" 창을 열고 "설치 마법사"의 지시를 따릅니다. 드라이버가 성공적으로 설치되었는지 확인하려면 "시스템 속성" 창에서 "장치 관리자" 탭을 열고 목록에서 USB 고속 직렬 변환기를 찾으세요. 비슷한 것이 없으면 설치 절차를 다시 반복해야 합니다. 드라이버를 성공적으로 설치하면 USB 고속 직렬 변환기 항목에 USB 직렬 포트(COMx) 장치가 나타납니다. 여기서 x는 가상 직렬 포트의 번호입니다. COMx의 기본 매개변수는 표준 직렬 포트의 매개변수 및 설정과 동일합니다. UART 속도, 단어당 비트 수, 패리티 모드, 정지 비트 길이 및 흐름 제어 방법을 변경할 수 있습니다. 유일한 차이점은 "고급 포트 설정" 창에서 포트 번호 x를 선택하거나 변경할 수 있다는 것입니다. Windows 98용 가상 COM 포트를 프로그래밍하기 위한 도구로 표준 VCOMM API 함수 제품군을 사용할 수 있습니다. 사용에 대한 설명서 및 기타 유용한 정보는 MSDN(Microsoft Developer Network)에 포함되어 있습니다. FTDI는 직렬 포트를 에뮬레이트하는 드라이버가 필요하지 않은 또 다른 솔루션을 제공합니다. 작성자가 D2XX라고 부르는 이 아키텍처는 WDM 기술을 기반으로 합니다. 장치는 USB 스택 및 동적 드라이버 라이브러리를 통해 프로그래밍됩니다. 회사 웹사이트에는 프로그래밍 가이드인 D2XX 프로그래머 매뉴얼뿐만 아니라 일부 인기 있는 프로그래밍 언어로 된 소스 코드 예제가 포함되어 있습니다. 전송 속도 설정 특정 데이터 교환 속도를 얻는 데 필요한 FT8U245AM 칩의 프로그래밍 가능한 분배기에 의한 클럭 주파수 분할 계수 값에 대한 정보는 드라이버와 함께 제공되는 ftdiport.inf 파일에 포함되어 있습니다. 이러한 값을 변경하면 비표준 UART 속도 값을 얻을 수 있습니다. 그러나 예를 들어 공칭 6MHz에서 석영 공진기 주파수의 편차를 고려하여 변경해야 하는 경우가 더 많습니다. 필요한 분할 계수를 계산하려면 크리스털 주파수(Hz)의 절반을 필요한 전송 속도(Baud)로 나눕니다. 몫은 0,125, 0,25, 0,5의 소수 부분 또는 정수로 가장 가까운 숫자로 반올림됩니다. 결과 값은 16비트 바이너리 코드로 변환되어야 합니다. 표에 따라 계수의 정수 부분은 코드의 하위 14비트(D0-D13)에 입력되고 분수 부분은 상위 비트(D14, D15)에 입력됩니다. 그런 다음 이 코드는 XNUMX바이트 XNUMX진수로 변환됩니다.
Windows 98 시스템에서 작업하는 경우 위에서 언급한 ftdiport.inf 파일의 [FtdiPort232.HW.AddReg] 섹션에서 다음 행을 찾으세요. HKR,,configData,1,01,00,3F.3F,10,27,88,13,C4,09,E2,04,71,02,38,41,9C,£0,4E,CO,34,00,1A,00,0Dt 0,06,40,03, 80,00,00, 00, 00 조건에 따라 여러 줄로 나누어져 있으므로 파일 내에서는 공백 없이 한 줄로 작성해야 한다는 점에 유의하시기 바랍니다. 편의상 변경할 수 있는 계수의 값을 굵은 글씨와 이탤릭체로 번갈아 강조 표시하였습니다. 파일에서는 선택할 수 없습니다. 각 계수의 낮은 바이트가 먼저 기록되고 그 뒤에 높은 바이트가 기록됩니다. 예를 들어, 시퀀스 E2,04는 숫자 4E2H에 해당합니다. 필요한 변경을 수행하면 원본 파일이 편집된 파일로 대체됩니다. Windows 2000에서 작업하는 경우에도 동일한 파일의 [FtdiPort232.NT.HW.AddReg] 섹션에서 동일한 줄을 편집합니다. 저자: A. Lysenko, R. Nazmutdinov, I. Malygin, 예카테린부르크
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