USB接口的RS485信號模擬器設(shè)計

摘 要 設(shè)計了基于USB2．O接口的RS485信號模擬器。它通過終端應(yīng)用程序軟件設(shè)置串行通信參數(shù)和數(shù)據(jù)幀發(fā)送格式，并在信號模擬器內(nèi)部形成信號閉環(huán)反饋，即將實際發(fā)送的數(shù)據(jù)通過反饋回路回送給終端應(yīng)用程序軟件并顯示出來。文中詳細介紹了USB接口芯片F(xiàn)T245R的工作原理及應(yīng)用，并在MFC平臺下調(diào)用 FT245R的動態(tài)鏈接庫接口函數(shù)進行終端應(yīng)用程序軟件設(shè)計。
關(guān)鍵詞 USB接口 FT245R RS485 自反饋 MFC信號模擬器

引 言
USB總線是一種高效、快速、價格低、體積小、支持熱插拔的串行通信接口，目前USB這一接口形式在電子產(chǎn)品的設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。本文所設(shè)計的RS485信號模擬器就是采用USB接口總線，可以很方便與PC機進行連接，并且USB接口可以為外界提供電源。 RS485是一種平衡方式傳輸?shù)拇薪涌跇?biāo)準(zhǔn)，它的電氣特性標(biāo)準(zhǔn)中有嚴(yán)格規(guī)定，但它的通信協(xié)議可以由用戶自行定義。本文將詳細討論USB總線信號與 RS485總線信號的相互轉(zhuǎn)換，及PC機終端應(yīng)用軟件對USB接口芯片的各種操作。在此基礎(chǔ)上用戶可以根據(jù)不同需求，在終端應(yīng)用軟件中自行設(shè)計通信協(xié)議。

1 總體設(shè)計
信號模擬器主要包括USB接口芯片、單片機子系統(tǒng)、RS485與TTL電平轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)。它可以實現(xiàn)兩個功能：a．信號模擬器通過應(yīng)用程序軟件設(shè)置串行通信參數(shù)和數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，最終輸出的信號是指定串行通信參數(shù)和數(shù)據(jù)幀格式的RS485總線數(shù)據(jù)，可以為采集器提供標(biāo)準(zhǔn)信號源；b．在信號模擬器內(nèi)部可以實現(xiàn)信號自反饋功能，即將實際發(fā)送給采集器的數(shù)據(jù)通過信號模擬器內(nèi)部回環(huán)電路回送給終端應(yīng)用程序軟件并最終顯示出來，以驗證信號模擬器發(fā)送數(shù)據(jù)是否正確。
USB接口芯片F(xiàn)T245R是將USB接口信號轉(zhuǎn)換成8位并行信號，由MCU讀取8位并行信號數(shù)據(jù)，然后MCU通過全雙工的串口將讀到的數(shù)據(jù)發(fā)送給 RS485電平轉(zhuǎn)換電路1，這樣輸出的信號就是滿足指定要求的標(biāo)準(zhǔn)RS485總線信號。將RS485電平轉(zhuǎn)換電路1輸出端信號反饋給RS485電平轉(zhuǎn)換電路2的輸人端，這樣可以把RS485電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，再通過全雙工的串口進行接收，最終將數(shù)據(jù)回送到終端應(yīng)用程序軟件。信號模擬器的設(shè)計總體框圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計
2．1 USB接口芯片F(xiàn)T245R
FT245R由FTDI(Future Technology Devices Inte-national Ltd．)公司推出，該芯片主要完成USB串行總線和8位并行FIFO接口之間的相互協(xié)議轉(zhuǎn)換。整個USB通信協(xié)議全部由芯片自動完成，開發(fā)者無須考慮底層固件的編程。該芯片利用內(nèi)部集成的時鐘電路進行工作，無須外部提供時鐘；完全兼容USB2．O協(xié)議。它有256字節(jié)的接收緩沖區(qū)和128個發(fā)送緩沖區(qū)，可以進行數(shù)據(jù)的大吞吐量操作。通過8位并行數(shù)據(jù)口D[O：7]和4位讀寫狀態(tài)／控制口RXF、TXE、RD、WR就可實現(xiàn)與微控制器的數(shù)據(jù)交換。
下面介紹讀寫FT245R FIFO操作時序要求。
(1)FT245R FIFO讀操作
讀操作時序如圖2所示。當(dāng)RXF為低，表示當(dāng)前FIFO接收緩沖區(qū)內(nèi)有數(shù)據(jù)，可以執(zhí)行讀操作讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。在RD電平由高變低，F(xiàn)IFO控制器將接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)輸出到8位數(shù)據(jù)端口上，MCU此時只需讀取I／O口就可以將數(shù)據(jù)取到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上來，再將RD信號拉高完成1字節(jié)數(shù)據(jù)的讀取。當(dāng)將 FIFO接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)全部取出后，RXF被拉高表示數(shù)據(jù)為空。在RXF為高時，禁止從FIFO接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。