Иванов Ю.И., Югай В.Я. Интерфейсы средств автоматизации

Подождите немного. Документ загружается.

131

Изделия FT8U232АМ и FT8U245АМ фирмы FTDI [www.ftdichip.com] и

изделия CP2101 и CP2102 фирмы Silicon Laboratories [www.silabs.com] пред-

назначены для преобразования интерфейса USB в интерфейс RS-232 (UART).

Установив в разрабатываемом приборе микросхему FT8U232AM или

FT8U245AM, можно преобразовать USB в "виртуальный" последовательный

или параллельный порт.

FT8U232AM – преобразователь USB в традиционный последовательный

интерфейс (рис. 3.16). Этот преобразователь можно устанавливать в USB-

модемах, переходниках COM–USB, сканерах штрих-кода, измерительной ап-

паратуре, то есть фактически в любых устройствах, ранее использовавших

сравнительно медленные интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485. Эта микро-

схема способна передавать данные в оба направления со скоростью до 2

Мбит/с, причем пользователю не требуется никаких знаний об устройстве и

работе USB.

Микросхема FT8U245AM (рис. 3.17) позволяет организовать обмен дан-

ными между периферийным устройством и компьютером со скоростью

до 1

Мбит/с. Ее можно применять в ISDN и ADSL модемах, цифровых камерах и

MP3-проигрывателях, в измерительной аппаратуре. В отличие от

FT8U232AM она не содержит блока UART, передавая принятые по USB дан-

ные из буфера FIFO или принимая их в этот буфер по восьмиразрядной па-

раллельной 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. На

рис. 3.18 показан пример подключения микроконтроллера к USB-порту ком-

пьютера с помощью FT8U245AM.

Обе эти микросхемы могут быть подключены к USB-порту компьютера

только при наличии в нем соответствующего драйвера. Драйвер виртуально-

го COM-порта (VCP – Virtual COM Port) для любой интересующей операци-

онной

системы можно найти на официальном Интернет-сайте компании

FTDI в тематическом разделе Drivers and Utilities. VCP-драйверы представ-

лены в двух вариантах: для устройств, подключаемых через преобразователь

интерфейса и поддерживающих технологию PnP (Plug and Play), и аналогич-

ных устройств без такой поддержки (non-PnP). Схему законченного преобра-

зователя интерфейса USB/RS-232 и рисунки печатной платы предлагают на

сайте [www.institute-rt.ru].

132

Рис. 3.16. Структурная схема преобразователя FT8U232AM

133

Рис. 3.17. Структурная схема преобразователя FT8U245AM

134

Рис. 3.18. Схема подключения микроконтроллера к USB-порту

135

Аналогичные по функциональному назначению микросхемы CP2101 и

CP2102 выпускает фирма Silicon Laboratories. Однокристальный преобразо-

ватель интерфейса RS-232/USB CP2101 (рис. 3.19) содержит следующие эле-

менты: интегрированный USB трансивер без дополнительных внешних эле-

ментов; интегрированный генератор (не требуется внешнего кварца); интег-

рированная память EEPROM (512 Байт) для хранения ID, серийного номера и

т.п.; схему сброса на кристалле; интегрированный стабилизатор напряжения

(выход

3.3 В). USB контроллер (Specification 2.0) – полноценный модемный

интерфейс UART со скоростью обмена от 300 бит/с до 921,6 кбит/с, с 2 буфе-

рами приемника и передатчика по 512 байт и драйвером virtual com port de-

vice.

Рекомендуемые применения:

• преобразователь RS-232 в USB;

• USB интерфейсный кабель мобильных телефонов;

• USB интерфейсный кабель PDA;

• преобразователь USB в RS-232.

Возможно использование двух напряжений питания: независимое питание

3.0V – 3.6V,

питание от USB порта 4.0V – 5.25V.

Микросхема СP2102 отличается от CP2101 повышенным объемом памяти

EEPROM, Tx- и Rx-буферов (рис. 3.20).

Уровни сигналов на выводах микросхем CP2101/02 соответствуют уров-

ням UART. В этой связи микроконтроллер или устройство UART могут быть

подключены непосредственно к портам CP2101/02 (рис. 3.21), а для преобра-

зования в уровни сигналов RS-232 потребуется еще одна микросхема (см.п.

1.2).

Так

же как и FT8U232/245 микросхемы CP2101/02 могут быть подключе-

ны к USB-порту компьютера только при наличии в его операционной систе-

ме соответствующего драйвера, который можно найти на официальном сайте

компании Silicon Laboratories [www.silabs.com].

Среди последних разработок в рамках интерфейса USB следует отметить

беспроводные интерфейсные средства с использованием радиоканала для пе-

редачи данных.

136

Рис. 3.19. Функциональная схема ИС CP2101

137

Рис. 3.20. Функциональная схема ИС CP2102

138

Рис. 3.21. Схема подключения ИС CP2101/02

139

Впервые технология WirelessUSB LS была представлена фирмой Cypress

[www.cypress.com] в конце 2002 года, а первые приборы не ее основе появи-

лись в декабре 2003 года. Технология WirelessUSB была разработана для ад-

ресации несетевых сегментов беспроводной компьютерной периферии в при-

ложениях точка – точка и точка – инфраструктура, которые сегодня в основ-

ном используют собственные решения, базирующиеся на беспроводных

тех-

нологиях частотных диапазонов 27МГц, 433 МГц, 868 МГц и 900МГц.

Приборы WirelessUSB LS с трансиверами CYWUSB6934 от Cypress и

ATR2434 от Atmel связываются на расстоянии до 10 метров со средним вре-

менем ожидания менее чем 4 миллисекунды и скоростью передачи данных

62,5 кбит/с. Возможности интегрального трансивера плюс цифровая полоса

частот в одном чипе – это технология, позволяющая разработчику сущест-

венно уменьшить время реализации готового устройства, его стоимость и

энергопотребление.

Данные приборы используют уникальный запатентованный метод, позво-

ляющий уменьшить влияние интерференционной помехи. Благодаря двуна-

правленной передаче данных с использованием модуляции с прямым расши-

рением спектра сигнала (Direct Sequence Spread Spectrum – DSSS) и динами-

ческой перестройке частоты обеспечивается гарантированная доставка сооб-

щений. Оперируя в открытом частотном

диапазоне 2,4ГГц (глобальная поло-

са частот ISM), устройства не требуют лицензирования радиоканала и могут

эксплуатироваться по всему миру без ограничений. В начале 2004 года ком-

пания Cypress представила обновленную версию WirelessUSB LR для связи

на расстоянии до 50 метров для коммерческих и промышленных применений.

Трансивер CYWUSB6934 изготавливается в двух корпусах: SOIC-28 и

QFN-48, его структурная схема показана на рис

. 3.22. С помощью интерфейса

SPI трансивер может быть подключен к микроконтроллеру (рис. 3.23) или к

стандартному USB-порту компьютера (рис. 3.24).

Кроме вышеназванных устройств компания Cypress выпустила еще два

устройства: CYWUSB6941(radio transceiver) и CYWUSB6942 (Baseband IC).

Они позволяют обеспечить высокоскоростной (до 217,6 кбит/с) обмен дан-

ными между периферийными устройствами, используя для этого нелицензи-

руемый диапазон 2,4 ГГц. Работая в общем комплексе,

эти два чипа способ-

ны обеспечить взаимодействие семи устройств, расположенных на расстоя-

нии до десяти метров друг от друга. Несомненным преимуществом данной

технологии перед Bluetooth является отсутствие специальных драйверов для

операционной системы, требуется лишь поддержка USB-интерфейса.

140

Рис. 3.22. Структурная схема трансивера CYWUSB6934