|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Перетворювачі інтерфейсу USB на мікросхемах FT8U232AM, FT8U245AM. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Комп'ютери Можливістю підключення до комп'ютера USB-пристроїв зараз нікого не здивуєш. У порівнянні з традиційними портами введення-виведення комп'ютера (послідовний - СОМ, паралельний - LPT) універсальна послідовна шина (Universal Serial Bus) забезпечує більш високу швидкість обміну даними. Максимальна пропускна спроможність USB версії 1.1 – 12 Мбіт/с, більш сучасної версії 2.0 – 480 Мбіт/с. Для низькошвидкісних пристроїв передбачено швидкість 1,5 Мбіт/с. Однак протокол обміну даними по USB складний і реалізувати його донедавна було не під силу не тільки радіоаматорам, а й багатьом фахівцям. Сьогодні, встановивши в розроблюваному приладі мікросхему FT8U232AM або FT8U245AM, можна перетворити USB на "віртуальний" послідовний або паралельний порт і вести швидкісний обмін даними звичними добре відомими методами, не враховуючи багатьох особливостей роботи USB. З'єднувати комп'ютер із периферійними пристроями за допомогою USB дуже просто. Дозволено зістиковувати та розстиковувати з'єднувачі, не вимикаючи комп'ютер, передбачене автоматичне розпізнавання пристрою негайно після його підключення з наступним встановленням необхідних драйверів. Розгалужена топологія шини (рис. 1) передбачає використання концентраторів, найчастіше званих "хабами" (англ. hub).
У системному блоці комп'ютера є кореневий хаб (root hub), з двома або чотирма USB-розетками, до яких безпосередньо або через хаби підключають периферійні пристрої. Іноді самі USB-пристрої (найчастіше монітор і клавіатуру) обладнують вбудованими хабами, в інших випадках для розгалуження шини застосовують хаби, оформлені як самостійні вироби. Приклад підключення до комп'ютера звичайного комплекту периферійних пристроїв USB показаний на рис. 2. Їх загальна кількість може досягати 127 - більш ніж достатньо всім мислимих додатків. Донедавна "господар" (host) цієї мережі (на відміну від звичайної локальної) міг бути лише один - сам комп'ютер. Однак опублікований наприкінці 2001 р. за назвою OTG 1.0 додаток до стандарту USB 2.0 дозволив і периферійним пристроям виконувати деякі host-функції. Це дозволить, наприклад, з'єднати USB-сканер безпосередньо з USB-принтером, минаючи комп'ютер.
Кожному підключеному до USB-пристрою операційна система комп'ютера надає унікальний ідентифікаційний номер, необхідний для конфігурування системи, управління та обміну даними. Сеанси зв'язку відбуваються у пакетному режимі. Усі компоненти USB-мережі з'єднують за допомогою кабелів, що складаються з двох кручених пар проводів. По одній з них йде двосторонній обмін даними, по іншій - постійна напруга 5, завдяки чому економічні периферійні пристрої можуть не містити власних джерел живлення. USB-кабелі мають з'єднувачі двох несумісних типів: А - з боку, зверненої до комп'ютера, і В - з боку, зверненої до периферійного пристрою. Це запобігає помилковому підключенню. Згідно з вищезазначеним додатком OTG 1.0, введено ще два види з'єднувачів зменшених габаритів: mini-A та mini-B, а також універсальна розетка mini-AB, сумісна з вилками обох типів. Всі USB-з'єднувачі розраховані на швидке та зручне багаторазове підключення та відключення. Область застосування USB не обмежена мультимедійними програмами. Цей швидкісний, розрахований обслуговування великої кількості пристроїв інтерфейс зручний для апаратури зв'язку, збирання та зберігання інформації, яку зазвичай підключають до портів СОМ і LPT комп'ютерів. На жаль, заміна інтерфейсу в існуючому пристрої є досить складною. Один із способів вирішення проблеми - застосування перетворювачів різних інтерфейсів USB. На ринку вже з'являються подібні пристрої на основі мікросхем англійської компанії FTDI (Future Technology Devices International). В даний час компанія випускає три багатофункціональні мікросхеми: FT8U100AX, FT8U232AM та FT8U245AM. Перша з них дозволяє створити семипортовий USB-хаб. Дві інші (їх зовнішній вигляд та призначення висновків показані на рис. 3) призначені для поєднання різних пристроїв із шиною USB. Розміри корпусу QFP-32 – 7x7 мм, крок висновків – 0,8 мм.
FT8U232AM - перетворювач USB в традиційний послідовний інтерфейс - можна встановлювати в USB-модемах, перехідниках СОМ-USB, сканерах штрих-коду, вимірювальній апаратурі - фактично в будь-яких пристроях, які раніше використовували порівняно повільні інтерфейси RS-232, RS-422, RS. Вона здатна передавати дані в обидві сторони зі швидкістю до 485 кбіт/с, причому користувачеві не потрібно знати про пристрій і роботу USB. Програмні драйвери, що поставляються компанією FTDI, створюють враження, що обмін йде через звичайний СОМ-порт. Функціональна схема FT8U232AM представлена на рис. 4. Її основа – прийомопередавачі обох інтерфейсів. Блок UART забезпечений повним набором сигнальних ланцюгів стандарту RS-232, приймач USB - всього двома інформаційними висновками USBDP і USBDM, що утворюють двонаправлений канал передачі даних. Блок SIE перетворює послідовний код на паралельний і назад, виконує процедури бітстафінгу, генерує (для вихідного потоку даних) і перевіряє (для вхідного) контрольні коди.
Обробник протоколу USB нижнього рівня формує відповіді запити host-контролера (комп'ютера). Через нього управляють режимом роботи UART. Передбачено два буфери проміжного зберігання даних (FIFO) ємністю 384 байта (на прийом) та 128 байт (на передачу). Управління FIFO покладено відповідний контролер. Генератор мікросхеми, що задає, працює від зовнішнього кварцового або керамічного резонатора на 6 МГц. Далі його частоту множать на 8 (до 48 МГц). Тактову частоту UART отримують з 48 МГц у два прийоми: розподілом на 16, потім - до потрібного значення за допомогою програмованого дільника. Контролер UART може працювати зі швидкістю від 300 Бод до 2 МБод, проте фактично максимальна швидкість залежить від застосовуваної спільно з FT8U232AM мікросхеми-перетворювача рівнів інтерфейсних сигналів. Висновки EECS, EESK, EEDATA мікросхеми FT8U232AM призначені для підключення зовнішньої енергонезалежної пам'яті - мікросхеми ЕСППЗУ АТ93С46, в якій зберігають ідентифікатори виробника (VID) та персональний (PID) заводський номер виробу та інші дані. Це необхідно, якщо USB з комп'ютером одночасно пов'язані кілька пристроїв на мікросхемах FT8U232AM. Особливо важливим є серійний номер, оскільки програмний драйвер покладається на його унікальність, асоціюючи той чи інший віртуальний СОМ-порт з конкретним пристроєм. Якщо ПЗУ відсутня, до комп'ютера можна підключити лише один пристрій, що утворює віртуальний СОМ-порт. Низьким рівнем на вході RESET мікросхему FT8U232AM наводять у вихідний стан. До висновку RCCLK повинна бути приєднана RC-ланцюг, що затримує початок роботи мікросхеми на час, достатній для "розгойдування" кварцового резонатора, підключеного до висновків XTIN, XTOUT. Вхід TEST використовують тільки в режимі налагодження. При звичайній роботі він має бути з'єднаний із загальним дротом (GND). Є кілька допоміжних виходів. Високий рівень на виході USBEN сигналізує про завершення процесу ініціалізації мікросхеми USB. Якщо деякий час обміну даними не відбувається, мікросхема автоматично переходить у "сплячий режим", що свідчить низький рівень на виході SLEEP. Аналогічні рівні на виходах TXLED та RXLED показують, що йде відповідно передача або прийом даних. Сигнал з виходу TXDEN призначений для керування приймачем інтерфейсу RS-485. Його рівень - високий, коли з лінії TXD йде передача даних. Напруга живлення мікросхеми FT8U232AM (VCC) - 4,4...5,25 В, споживаний струм - не більше 50 мА в робочому та 250 мкА в режимі сну. Якщо мікросхему живлять напругою, що надходить USB, її висновок 14 (PWRCTL) необхідно з'єднати із загальним проводом (GND), якщо пристрій має власне джерело живлення - з ланцюгом VCC. Логічні виходи мікросхеми розраховані на струм до 4 мА (що випливає) і до 8 мА (що втікає). Мікросхема FT8U245AM дозволяє організувати обмін даними між периферійним пристроєм та комп'ютером зі швидкістю до 1 Мбіт/с. Її можна застосовувати в ISDN та ADSL модемах, у цифрових камерах та МРЗ-програвачах, у вимірювальній апаратурі. На відміну від FT8U245AM, вона не містить блоку UART, видаючи прийняті USB дані з буфера (FIFO) або приймаючи їх туди по восьмирозрядній паралельній двонаправленій шині даних (D0 - D7). Ця мікросхема зручно стикується з будь-якими мікропроцесорами та мікроконтролерами, використовуючи їх канали прямого доступу до пам'яті (DMA) або порти вводу-виводу. Тимчасові діаграми читання та запису байта представлені на рис. 5.
Про наявність отриманих USB даних (обсяг буфера прийому - 128 байт) свідчить низький рівень сигналу RXF. Дані зчитують, поки буфер не спорожніє та рівень RXF не стане високим. Після заповнення всіх 384 байт буфера передачі залишається високим рівень сигналу ТХЕ і мікросхема перестає сприймати нові дані, поки вміст буфера не буде переправлено US в комп'ютер. Щоб не затримувати обмін, передбачено таймер на 16 мс. Якщо протягом цього інтервалу буфер передачі не заповнений до кінця і нові дані не надходять, вміст буфера автоматично пересилається на комп'ютер. Аналогічну властивість має і мікросхема FT8U232AM. Розробникам апаратури, що освоюють мікросхеми FT8U232AM та FT8U245AM, компанія GIGATECHNO-LOGY пропонує налагоджувальні модулі, один з яких зображений на рис. 6.
Крім мікросхеми на платі встановлені всі необхідні для її роботи пасивні елементи, кварцовий резонатор та розетка USB типу В. Модуль встановлюють стандартну 32-контактну "широку" DIP-панель. Живлення модуля від USB, що дозволяє обійтися без додаткового джерела. Схема закінченого перетворювача інтерфейсу USB-RS-232 показано на рис. 7. За допомогою багатьох пристроїв, забезпечених інтерфейсом RS-232, можна з'єднати з комп'ютером по USB. Перетворювач підключають до комп'ютера (або хабу) за допомогою USB-вилки типу A (CN1), забезпеченої з'єднувальним кабелем довжиною 1,5 м. Збільшувати довжину понад названої не слід, це призведе до збоїв у роботі USВ.
Мікросхема U3 FT8U232AM включена за стандартною схемою, рекомендованою виробником. Вузол на транзисторі Q1 у момент подачі живлення (підключення перетворювача до мережі USВ) формує імпульс, що приводить мікросхему U3 у вихідний стан. Напруга живлення надходить на вузли перетворювача через фільтри FB1 і FB2 - звичайні дроти з одягненими ними феритовими шайбами. Ланцюг R5C10 створює затримку на час запуску генератора на резонаторі Y1, в якості якого можна застосовувати імпортний HC49U, вітчизняний РК415 та ін. 10пФ. Мікросхема U1 містить приймачі та передавачі інтерфейсних сигналів, що відповідають стандарту RS-232, а також перетворювачі напруги 5 В +10 і -10 В, необхідні для їх роботи. Вказана на схемі мікросхема SP213EHCA (Sipex) забезпечує швидкість обміну даними до 460 кБод. Якщо достатньо швидкості 115 кБод, вказану мікросхему можна замінити на SP213ECA тієї ж фірми, MAX213CAI (Maxim) або ADM213EARS (Analog Devices). Мікросхема U1 93С46, як було зазначено, не обов'язкова. Якщо її вирішено встановити, необхідно попередньо запрограмувати її, скориставшись рекомендаціями, що є в додатку до опису мікросхеми FT8U232AM. Цей документ та багато іншої корисної технічної та довідкової інформації можна знайти на Інтернет-сайті компанії FTDI . Зовнішній вигляд перетворювача показано на рис. 8. Його друкована плата розміщена всередині кожуха вилки DB-9M.
Слід зазначити, що розроблена плата, креслення шарів якої показано на рис. 9, - чотиришарова.
Вона розрахована на встановлення елементів по обидва боки, у тому числі резисторів і конденсаторів типорозміру 0603 (1,6x0,8 мм) для поверхневого монтажу (SMD). У аматорських умовах подібну плату можна виготовити із двох двосторонніх, склеєних разом через ізоляційну прокладку. Вся документація, необхідна виготовлення плати в заводських умовах Якщо застосовувати SMD-елементи і робити багатошарову плату неможливо, доведеться самостійно розробити звичайну під стандартні елементи. ВСТАНОВЛЕННЯ ДРАЙВЕРІВ ВІРТУАЛЬНОГО СОМ-ПОРТУ Драйвер віртуального СОМ-порту (VCP - Virtual COM Port) для будь-якої операційної системи, що цікавить, можна знайти на офіційному Інтернет-сайті компанії FTDI у тематичному розділі Drivers and Utilities. VCP-драйвери представлені у двох варіантах: для пристроїв, що підключаються через перетворювач інтерфейсу та підтримують технологію (Plug and Play PnP), та аналогічних пристроїв без такої підтримки (поп-PnP). Помилка у виборі драйвера призводить до затримки завантаження операційної системи на 20...30 секунд. Процедура встановлення VCP-драйвера в Windows нічим не відрізняється від інсталяції драйвера будь-якого іншого пристрою. Усі файли з архіву, в якому поставляється драйвер, необхідно переписати на дискету або спеціально створену папку на жорсткому диску. Далі, підключивши до USB перетворювач інтерфейсу (або інший пристрій на мікросхемах FT8U232AM, FT8U245AM), відкрийте вікно "Встановлення/Видалення обладнання" ("Add/Remove Hardware") і дотримуйтесь вказівок "Майстра установки". Щоб переконатися в успішному встановленні драйверів, відкрийте закладку "Менеджер пристроїв" ("Device Manager") у вікні "Властивості системи" ("System Properties") і знайдіть у списку USB High Speed Serial Converter. Якщо нічого схожого там немає, процедуру інсталяції варто ще раз повторити. Після успішного встановлення драйверів у USB High Speed Serial Converter з'явиться пристрій USB Serial port (COMx), де х - номер віртуального послідовного порту. Основні параметри СОМх ідентичні параметрам та налаштуванням стандартного послідовного порту. Можна змінити швидкість роботи UART, число біт у слові, режим перевірки парності, довжину стоп-біта, спосіб керування потоком. Єдина відмінність - можливість вибрати або змінити номер порту х у вікні "Додаткові параметри порту" ("Advanced Port Settings"). Як інструмент програмування віртуального СОМ-порту для Windows 98 можна використовувати сімейство стандартних функцій VCOMM API. Документація та інша корисна інформація щодо їх застосування міститься в MSDN (Microsoft Developer Network). Компанія FTDI пропонує ще одне рішення, яке не потребує драйверів, що емулюють послідовний порт. Архітектура, названа її авторами D2XX, ґрунтується на технології WDM. Програмування пристрою ведеться через стек USB та динамічну бібліотеку драйвера. На сайті компанії є приклади вихідних текстів деякими популярними мовами програмування, а також посібник з програмування D2XX Programmers Manual. ВСТАНОВЛЕННЯ ШВИДКОСТІ ОБМІНУ ДАНИХ Інформація про значення коефіцієнта поділу тактової частоти програмованим дільником мікросхеми FT8U245AM, необхідних отримання тієї чи іншої швидкості обміну даними, міститься у файлі ftdiport.inf, що супроводжує драйвер. Змінюючи ці значення можна досягти нестандартних значень швидкості роботи UART. Однак частіше їх доводиться змінювати, щоб врахувати, наприклад, відхилення частоти резонатора кварцового від номінальних 6 МГц. Щоб розрахувати необхідне значення коефіцієнта поділу, число, вдвічі менше частоти кварцового резонатора (Гц), поділяють на потрібну швидкість передачі (Бод). Приватне округляють інші найближчого числа з дробовою частиною 0,125, 0,25, 0,5 або до цілого числа. Отримане значення необхідно перетворити на 16-розрядний двійковий код. У 14 молодших розрядів коду (D0-D13) заносять цілу частину коефіцієнта, а старші (D14, D15) - дробову відповідно до таблиці. Цей код потім перетворять на двобайтне шістнадцяткове число.
Працюючи у системі Windows 98, у розділі [FtdiPort232.HW.AddReg] згаданого вище файлу ftdiport.inf знайдіть рядок 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 Врахуйте, що вона розбита на кілька рядків умовно, а у файлі має бути записана єдиною, без пропусків. Значення коефіцієнтів, які можуть бути змінені, для зручності виділені жирним шрифтом і курсивом по черзі. У файлі виділення неприпустимі. Молодший байт кожного коефіцієнта записаний першим, його слід старший. Наприклад, послідовність Е2,04 відповідає числу 4Е2Н. Внісши потрібні зміни, відредагованим файлом замінюють вихідний. Працюючи в системі Windows 2000, аналогічним чином редагують той самий рядок у розділі [FtdiPort232.NT.HW.AddReg] того ж файлу. Автори: О.Лисенко, Р.Назмутдінов, І.Малигін, м.Єкатеринбург
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Вплив стресу на структуру мозку ▪ 2007 року росіяни будуть під контролем ▪ Компактний прилад для візуалізації активності мозку ▪ Специфікація Cable Power для HDMI кабелів ▪ Мініатюрний модуль збирання даних Diamond Systems DS-MPE-DAQ0804
▪ Розділ сайту Афоризми знаменитих людей. Добірка статей ▪ стаття Стихійні лиха: виникнення, наслідки та прогнозування. Основи безпечної життєдіяльності ▪ стаття Як робиться вершкове масло? Детальна відповідь ▪ стаття Триполозні санки. Особистий транспорт ▪ стаття Електричні джерела світла. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page