基于FT2232H的USB-RS232转换模块设计

1 前言
    USB是一种应用于PC领域的接口技术，+用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口可支持设备的即插即用和热插拔功能，还可连接多达127种外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。但目前还有大量外围设备和软件使用RS232串口标准，为了充分利用 USB的优势，设计USB-RS232转换器以便通过USB总线传输RS232数据。这里提出一种基于FT2-232H的USB-RS232转换模块设计方案。

2 USB-RS232转换器设计方案
    可供选择的USB-RS232转换器设计方案有：利用通用的USB控制器内置的通用异步收发器(UART)在USB与RS232之间转换信号，如 CY7C68013；采用单独的USB接口收发器，如ISP1581，PDIUSBD1 1／12等。而目前应用最广泛的是采用专用的USB／RS232双向转换器，如FTDI公司的FT232BM，FT2232C，FT232R，该方案将数据收发和协议转换工作全部由转换器独立完成，无需编写器件的固件。

3 FT2232H简介
    FTDI公司推出的第5代USB-to-UART/FIFO器件FT2232H支持480 Mb/s的USB 2．0高速规范，并可在各种工业标准的串行或并行接口(例如UART或FIFO)下配置，可提供两种可配置的接口，每个接口均可配置为UART、 JTAG、SPI、I2C或带独立波特率发生器的位响应模式串口。此外，还可配置为双F1245 FIFO、主机总线仿真模式、CPU接口FIFO模式或光隔离串行接口模式。
3．1 主要特点
    FT2232H可提供2个支持USB 2．0高速规范且可配置的并行／串行接口；内部集成有USB协议引擎，控制通用收发宏单元接口(UTMI)可处理USB 2．0高速接口所有方面：内部集成有+1．8 V低压差(LDO)稳压器和12～480 MHz的PLL；每个接口4 KB TX和RX数据缓冲；内部有效集成整个USB协议，无需任何固件；多协议的同步连续的发动机(MPSSE)的速度可达30 Mbit／s，提供灵活的同步接口配置；当配置为RS-232／-422／-485 UART接口时，FT2232H支持数据传输率达12 Mb／s：当配置为并行FIFO接口时，数据传输率达25 Mb／s。
3．2 功能描述
    FT2232H内部结构图如图1所示。FT2232H有2个独立的UART／FIFO控制器，用于控制异步数据、245 FIFO数据、光电隔离(高速串口)或在安装程序命令时控制Bit-Bang模式；USB协议引擎控制和管理UTMI PHY与FIFO之间的接口，负责电源管理和USB协议规范；双端口FIFO TX缓冲区(4KB)存储来自主机PC的数据，并通过多用途的UART，FIFO控制器使用数据；双端口FIFO RX缓冲区(4KB)存储来自多用途UART/FOFO控制器的数据，然后再将数据送至主机；复位发生器模块上电时为设备内部电路提供可靠的供电复位。 RESETn输入引脚允许外部设备重置FT2232H。如果不使用RESETn，应将其连接到VCCIO(+3．3 V)；独立波特率发生器提供×16或×10的时钟信号给UART，通过1个14位比例因子和4个寄存位提供最佳的波特率调谐，决定UART可编程设置的波特率；+1．8 VLDO稳压器为系统核心，为USB收发器模块提供+1．8 V电压，其输入(VREGIN)必须接+3．3 v外接电源。VREGIN还需外接一只滤波电容器：通用收发器宏单元接口(UTMI)物理层为USBTX／RX数据提供全速／高速SERDES (serialise-deserialise劝能，还可提供时钟；当不使用外部E2PROM时，FT2232H默认为一个USB到双串口设备，添加一个外部93C46(93C56或93C66)E2PROM使每个器件的通道独立配置为一个串行UART(RS232)模式，并行FIFO(245)模式或高速串口(光电隔离)。外部E2PROM也可用于存储FT223-2H的USB VID，PID，设备驱动号和设备说明文字。

4 硬件设计
    图2为FT2232H配置USB-UART R232接口电路。

4．1 RS232 UART模式LED接口
    当配置在异步模式下，FT2232H在每个通道上有2个IO引脚控制LED状态指示灯，分别用于传输和接收数据。传输／接收数据时，各自引脚从三态驱动至低电平，LED上显示数据传输。使用数字计时器，即使数据传输的百分之几也可清楚传输至用户终端。
4．2 USB总线供电配置
    USB总线供电设备从USB总线获得能量。应用中，FT223-2H要求BUS(USB+5 V)调整到+3．3 V(使用一个LDO)供应给VCCIO，VPLL,VPHY和VREGIN。
4．3 振荡器与E2PROM配置
    FT2232H与12 MHz±0．5％晶体振荡器的配置见图2，OSCI，OSCO与GND之间应增加电容器，这将有利于许多晶体振荡器使用。如果使用一个晶体、用平行式切断类型，还可使用一个12 MHz振荡器与FT2232H。在这种情况下，振荡器的输出将驱动OSCI，而OSCO断开。
    如果安装一个外部。E2PROM(93LC46／56／66)可使用MPROG V3．4a或更新版本对USB接口编程。该E2PROM必须是16位或丁作在+3．0～+3．6 V范同内。

5 驱动软件
    当FT2232H转换器连接到主机时，必须在PC机上安装一个由FTDI免费提供的虚拟串行口 (VCP)驱动程序，使得用户能够通过一个PC机串行仿真端口标准与USB接口通信。外部设备的数据经其RS232接口输入到FT2232H转换模块，转换后的数据经PC的USB接口输入到PC中的VCP程序中，Win-dows应用程序通过VCP进行处理。开发人员将所需的产品PID，VID，设备驱动号和设备说明文字写入FT2232H自带的E2PROM，E2PROM中的各种信息必须按照一定的格式存储。FT2232H也提供默认的PID、VID、设备驱动号及设备说明，即使转换器无E2PROM也可正常T作，这时设备描述符是默认FTDI公司提供的信息。
    另一种FTDI的USB驱动程序——D2XX驱动程序，能获得更好的数据传输性能。应用软件可通过一个DLL实现对FT2232H的读写。因此在编写程序时，只需调用FT2232 HDLL中的函数，便可完成对USB接口没备的读写操作。
    用户可根据需要选择不同的驱动程序访问FTDI设备。但需要注意，在应用软件开发使用过程中，同时只能使用一种驱动程序提供的接口，不能混用不同驱动程序提供的接口。

6 与其他方案比较
    目前，在实际应用中，采用专用的USB-RS232双向转换器来实现USB-RS232接口的转换设计方案，是最为简清的一种。尤其FT2232H，在原有专用转换器基础上，进一步优化。(1)FT2232H简单配置即可得到2个RS232串口。这样，通信模块与定位模块即可相互独立工作，完成信息的采集与传递；(2)FT2232H的发送缓冲器和接收缓冲器均达4 KB，是FT232BM，FT2232C等的10～30倍；(3)当配置为RS232 UART接口时，FT2232H数据传输速率大幅提高，可支持数据传输率达12 Mbaud：当配置为并行FIFO接口时，数据传输率高达25 Mb／s。

7 结束语
    采用双向转换器FT2232H设计USB和RS232转换接口，不仅可用于对以RS232为通信通道设备的升级换代，也可直接用于新产品开发。在此基础上，利用FT2232H提供的引脚功能，还可方便设计出USB-RS422、USB-RS485转换器。