基于FT245RL的USB接口设计

测控与仪器仪表 《国外电子元器件)2008年第lO期 基于FT245RL的USB接口设计 王留全，焦海恋。安都勋 (中国飞行试验研究院．陕西西安710089) 摘要：为解决USB接口设计中存在的固件编程复杂．产品开发周期长的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，提出了基于FT245RL的USB接口系统 设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。通过应用Fl'245RL和相关的软件开发包．实现了能够快速、可靠地完成USB接口的硬件电路设计和软件 编程。 关键词：控制器；计算机；软件；接口，逻辑器件；通用串行总线；F'r245RL 中图分类号：TP368．2 文献标识码：A 文章编号：1006-6977(2008)lm．0010也 DesignofUSBinterfacebasedonFT245RL WANGLiu-quan，JIAOHai．1ian，ANDu-xun (Chineseni#tTestEstablishment,Xi’肌710089。China) Abstract：Tosolvetheproblemofcomplicatedfirmwareprogrammingandlongsystemdevelopmentcycleinthedesignof USBinterface，toUSBinterfacesystembasedonFT245RLispresentedinthispaper．Atlast，thesystemCallcompletedUSB interfacehardwarecircuitdesignandsoftwareprogrammingbyusingFI'245RLandsoftwaredevelopmentkitsprovidedby chipmanufacttlrera． Keywords：controller；computer；software；interface／logicdevice；universalaerialbus；FI'245RL 1 引言 通用串行总线(UniversalSerialBus，简称USB)是一种 通用、高速、热插拔、即插即用的接口，可使外围设备与计算 机连接更有效、便利，因此可广泛应用于微电子控制系统11l。 常用的USB接口器件有两类：一种是内部集成MCU．其典型 器件有Cypress公司的EZ—USB系列器件，Ateml公司的 AT43USB321等；另一种是纯粹的USB接口器件。典型器件 有Philips公司的PDIUSBDl2，NationalSemiconductor公司的 USBN9602以及兀DI公司的FTr245系列器件等。 在某信号模拟器系统中，依据应用条件要求需要将USB 接口作为模拟系统与计算机通信的接口，而USB接口设计仅 是系统设计的一部分，如果采用传统的设计方法，将耗费时 间和精力，未必能获得理想效果。为了简化常规USB数据接 口设计．加快系统开发进程，提出了基于FT245RL的USB接 I：1设计．大大缩短了系统设计周期。 2 FT245I也简介圆 f3"245RL是FI'DI公司的USB通信接口解决方案．无需 编写片内同件程序，上位PC机可使用FTDI公司提供的驱动 程序。Fr245RL的主要功能是在内部硬件逻辑的控制下实现 USB串行数据格式与并行数据格式的双向转换，PC机通过 USB接口与FI'245RL传输数据。而Fr245RL通过并行方式 与微控制器或处理器进行通信。 FT245RL的主要性能特点：实现USB与并行FIFO缓冲区 收稿日期：2008-07—28稿件编号：200807006 的双向数据传输：内部具有256字节的接收缓冲区和128字节 的发送缓冲区：可使用VCP(虚拟串行口)和D2XX两种驱动程 序，使用D2XX驱动程序时，传输速率可达1M聃；通过简单的 四线握手信号与MCU、DSP、ARM、FPGA等逻辑器件接口．使得 逻辑器件对其操作与对外部存储器操作一样方便；完整的片内 USB协议解决方案，无需复杂的底层同件的编程；完全兼容 USBI．IAISB2．0协议：其内部完全集成了l024字节的EEP- ROM和时钟生成电路，使硬件电路设计更加方便可靠。 3 USB接口的硬件设计 根据USB协议规范可知，USB设备有总线供电和自供电 两种方式。当采用总线供电时．要求设备功耗满足USB接口对 外设电源的限制条件。考虑到该信号模拟器系统主要应用于 航空外场测试。并与笔记本电脑连接．故需通过总线供电方式 向嘣5RL及整个系统工作供电。由于系统设计采用新型的 低功耗器件，并且FT245RL本身耗电量小．因此采用总线供电 方式的基于Frr245RL的USB接口电路原理图如图1所示。 FI'245RL通过8位并行数据口AD[0：71和4个读写状态， 控制口雨行、面面、而、WR与微控制器进行数据传输．而PC 机与f他45RL则通过USB总线传输数据。兀’245RL内部集 成的EEPROM用于存储USB设备的特定信息和用户信息， 它可使用FI'DI提供的MPr093．0软件(安装在上位机)通过 USB接口对EEPROM编程或读取其内部存储数据。此外， 兀245RL内部还集成有时钟振荡电路、时钟倍频器和USB． DM、USBDP接线的串行电阻以及上拉和下拉电阻，简化硬件电 路设计，并具有强抗干扰能力。USB总线供电要求外部设备在 作者简介：王留全(1981一)，男，硕士研究生。研究方向：航空机栽测试。 一lo- 基于兀’245RI．的USB接口设计 仉r．芒 !堕殴旦 时．禁止从FIFO接收缓冲区中读取数据。 厶 cED 1kQ U】 FT245RL 爷一 戮+5Vj，圈：：Hkd．器41卫j亍Fjr 图l FY245RL的电路原理图 挂起模式下供屯电流小于等于500gA，这里使用甩45BL的 雨丽匣可引脚和一个P沟道的MOSFET控制其他逻辑电路的 供电电源．尺：和c4组成的“软启动”电路可防止MOSFET打开 时可能产生的电流冲击。这样避免了MOFSET打开时瞬间电源 冲击造成FT245RL或USBHost／HUB控制器复位。需要注意的 是：控制信号的连接．由于FrI'245RL无片选信号，同时其控制引 脚时序与一般微控制器时序不一致13t，为了在对系统中其他器件 操作时不会产生误操作，rI'245RL的4个控制信号中的面和 WR引脚应不与微控制器的丽和面引脚相连接．而应与微 控制器的通用I／o端口连接。 4USB接口的软件设计 采用USB接口软件与接El硬件相结合方式，USB接口实 现数据高效、快速传输。其中，USB接L]软件设计包括微控制 器和PC机两部分。微控制器的软件设计主要实现微控制器与 兀’245RL数据交换功能；而PC机的软件设计则通过USB接 ElPC机实现与FT245RL数据传输功能．包括驱动和用户两 部分程序。 4．1微控制器软件设计 微控制器通过m45RL提供的8个数据接13和4个控 制接口实现数据交换。图2为VI'245RL的读时序。当雨雨为 低，表示当前FIFO接收缓冲区内有数据．执行读操作读取接 收缓冲区数据；在面由高变低时。FIFO控制器将接收缓冲 区中的数据输出到8位数据端13上，此时微控制器此时只需 读取I／O口就可以将数据传输至内部数据总线，再将而信 号拉高，完成一个字节数据的读取，此时R--g-f会出现很短时 间的高电平，这表示FI'245RL正在处理读操作，随后又变为 低电平，表示可读取下一个字节数据。当全部取出FIFO接收 缓冲区中的数据全部时，拉高RXF表示数据为空。积F为高 1{】cF RD D【7：01 图2兀1245RL的读时序 TXE为低时，表示当前FIFO发送缓冲区为空．可以向发 送缓冲区写入数据。在WR为高电平时，微控制器将8个数 据D[0：7】送到并行I／O13，在WR信号电平由高变低时，数据 写入发送缓冲区。当丽为高时，表示当前FIFO发送缓冲 区已满或者正在写入一个字节，此时禁止向发送缓冲区中写 人数据。微控制器向Vl'245RL写入数据时，必须确保厩F为 低。图3为rI'245RL的写时序。 TxE 张 D【7：0】 图3FT245RL的写时序 4．2PC机软件设计 USB设备的PC机软件设计包括设备驱动程序和用户程序 两部分。f1’DI公司为基于PI'245RL的USB接口设备提供了 VCP和D2XX(动态链接库)两种驱动程序．这样就无需设备驱动 程序，只需选择不同的骄动程序即可，加快了产品的开发周期。 在为基于兀'245RL的USB设备安装VCP驱动程序时。 操作系统将USB接口设备虚拟成串行通信端121，对该虚拟串 行El操作等同于对USB接13设备操作．因此在应用程序中可 以利用串行通信控件来简化PC机软件设计。但是基于VCP 驱动程序的数据传输速率最大只达300KB／s，该系统设计只 在调试时使用。因此．选用数据传送输率高达lMB／s的 D2XX作为USB接口的设备驱动程序。 选用D2XX作为USB接121的设备驱动程序．应用程序通 过FI'D2XX．DLL，FTD2XX．SYS，WindowsUSBDriverStack实 现FT245RL的读写操作。fTD2XX．DLL提供了丰富的接口函 数访问FT245RL．因此在编写用户程序时只需调用FTD2XX． DLL中的函数，便可完成USB接口设备的读写操作．图4给 出上位PC机软件结构图(图4a)和流程图(图4b)。基于 D2XX的软件设计首先调用兀』stDeviees函数获取当前PC 机连接的所有FYDIUSB接口设备信息，然后通过函数 兀’_Open或函数瞳OpenEx打开所要操作的USB设备接口． 再通过甬数几Read从USB接口读取数据(下转第14页) n万瓣] ⑨J LabViewJ 丁 lVisua⋯a“cl陬莉蓐网 L—率一陌栅 “而赢面b 人 SBDrivers￡ac WindowsXP Windows2000 读罂E翌掣豹手入 I开辟读缓冲区I l开辟写缓冲区I —叫读操作I I写操作卜 ／ 幽 (b)流程田 图4上位机软件结构图和流程图 一1l一 帅吖剀翻豹 ∞M盯％盯而丽而非l霍一一肼 叫卯 ●oⅢ， ㈣琵鼢一耋星黜刊鲴 一LL_＼田镰扯ul构¨”吐结前盯一㈨ 《国外电子元器件)2008年第10期 3．1主控制器和PC机通信软件设计 PC与AT89S52的通信采用RS232接口。该接口是专为 PC间的通信而设计。主控制器采用中断方式收发数据【4J．主 控制器AT89S52采用中断方式接收PC机发出的字符，并回 送给PC机。程序清单为： 0RG0000H UMPMAIN 0RG2300H UMPSERVE MAIN：MOVTMOD，舵OH；初始化11 MOV7IHl．加F3H MOVTLl．}}()F3H MOVSCON，#50H；串行12'为方式I,REN--I MOVPCON。#80H：SMOD=I SETBTRl SI汀BEA SETBES HERE：SJMPHERE SERVE：CLREA：中断服务程序 CLRRl PUSHPsW：保护现场 SETBRSO CLRRSl PUSHACC MOVA．SBUF；接收PC机发来的程序 MOVSBUF，A；将字符回送给PC机 WAIT：JNBT1。WAIT；等待发送完毕 CUlTI POPACC：恢复现场 POPPSW SETBEA RETI END 文献【5】给出PC机的通信程序。软件设计中还应注意以 下问题： (1)初始化时．除了初始化各中断外，还应进行堆栈初始 化和数据缓冲Ⅸ清零操作。 (2)考虑到系统的抗干扰要求使用了软件陷阱技术。当 系统受到干扰，PC值变化．程序出现“乱飞”等情况时，可以 采用软件陷阱和看『J狗将程序拉回到复位状态。具体地讲， 可以在RAM中埋一些标志，在每次程序复位时．通过这些标 志．判断复位原因，并根据不同的标志直接跳到相应的程序。 这样既可使程序连续运行，也可使用户在使用时不易察觉到 程序．被重新复位嘲。 (3)应在程序中加入按键去抖程序，保证按键的正常响应。 4结语 考虑到各诊室与主控制器之间的距离较远．由此而产生 的信号干扰和功率放大等问题，实际应用中可采用继电器阵 列代替键盘和光电耦合器．以电流信号传输数据，这样不仅 简化了电路设计，降低系统成本，而且提高了系统的可靠性。 该系统最多可实现16个诊室的叫号和管理。该服务叫号管 理系统基本满足了设计要求。它是在计算机管理系统中加入 了单片机应用，构成智能化终端，具有广泛的实用价值。 参考文献： 【l】李华．MCS-51系列单片机使用接口gY-[M1．北京：北京航 空航天大学出版社．1993． 【2】王福瑞．单片微机测控系统设计大全【M】．北京：北京航空航 天大学出版社．2001． 【3】3 WinbondElectronicCorlaISDl420Datasheet[DlYOL]httlX／／www． winbond．usa．eom／produets／isd—produets／chipeorder／datasheet “140D，lsDl400—Revl．3．#f,2005． 【4】马忠梅，刘滨，戚军，等．单片机C语言Windows环境编程 宝典[MI．北京：北京航空航天大学出版社．2003． 【5】刘学清．微型计算机接口技术及应用【MJ．武汉：华中科技大 学出版社。2000． 【6】徐爱钧，彭秀华．单片机高级语言C5lWINDOWS环境编 程与应用『M】．北京：电子工业出版社，2001． (上接第11页) 或通过函数几Write向USB接口写人数据，调用F3"_Close 函数关闭USB接13。打开USB接口，利用提供的 fLGetQueueStatus得到USB接口队列状态，调用兀’-GetSta- tus获得USB接口信息，以及调用函数F]r-SetTimeouts设置 发送或接收的超时设定等。该系统设计采用美国NI公司的 图形化编程语言LABVIEW进行用户软件开发141。利用f’IDI 公司提供的软件开发包完成Pc机用户程序设计和调试。 5结语 通过论述F1．245RL的软硬件设计，实现信号模拟系统中 USB接口设计，满足信号模拟系统所要求的高速数据传输任 一14一 务。实际应用采用这种USB接13的设计方案表现良好。达到了 预期目的。 参考文献： 【11李英伟．USB2．0原理与工程开发(第2版)【M】．北京：国防 工业出版社．2007． [2】2 FutureTechnologyDevicesIntlLtd．DS-丌245Rdatasheet 【DB／OL]．http：／／www．ftdichip．com／Documents／DataSheets／DS_ FI'245R．越2008． 【3】李华．MCS一5l系列单片机实用接口技术【M】．北京：北京航 空航天大学出版社．2002． 【4】陈锡辉．LabView8．0从入门到精通【M】．北京：清华大学出版 社．2007． 基于FT245RL的USB接口设计 作者： 王留全， 焦海恋， 安都勋， WANG Liu-quan， JIAO Hai-lian， AN Du-xun 作者单位： 中国飞行试验研究院,陕西,西安,710089 刊名： 国外电子元器件 英文刊名： INTERNATIONAL ELECTRONIC ELEMENTS 年，卷(期)： 2008，16(10) 被引用次数： 0次 参考文献(4条) 1.李英伟 USB2.0原理与工程开发 2007 2.Future Technology Devices Intl Ltd DS_FT245R data sheet 2008 3.李华 MCS-51系列单片机实用接口技术 2002 4.陈锡辉 LabView8.0从入门到精通 2007 相似文献(10条) 1.期刊论文 符林军.王孟效 调整系统控制量的模糊PID控制器的计算机设计与仿真 -微计算机信息2004,20(9) 该文提出调整系统控制量的模糊PID控制器的计算机设计与仿真.以碱回收炉的水位控制为例具体论述调整系统控制量的模糊PID控制器的设计、2- D控制表的建立、以及控制器计算机设计与仿真的实现.借助MATLAB模糊控制工具箱和SIMULINK仿真工具进行的仿真实验表明,该控制器既吸收了模糊控制 器良好的动态性能,又克服了模糊控制器静态性能较差的缺点.并且为碱回收炉上汽包水位控制提出了一种新的尝试.该控制器结构简单、参数调整方便、 快捷. 2.学位论文 王秀玲 USB2.0设备控制器IP核的设计与FPGA验证 2009 随着计算机及其外围设备的发展，传统的并行接口和串行接口在灵活性和接口扩展等方面存在的缺陷愈来愈不可回避，并逐渐成为计算机通信的瓶 颈。在这种情况下，通用串行总线(USB)诞生了。USB由于具有传输速率高、价格便宜、使用方便、灵活性高、支持热插拔、接口标准化和易于扩展等优 点，目前已经成为计算机外设接口的主流技术，在计算机外围设备和消费类电子领域正获得越来越多的应用。 本文基于USB2.0协议规范，设计了一款支持高速和全速传输的USB2.0设备控制器IP核。介绍了这款设备控制器IP核的设计和FPGA验证工作，详细研 究并分析了USB2.0规范，根据规范提出了一种USB2.0设备控制器整体构架方案，描述了各个功能子模块硬件电路的功能及实现。从可重用的角度出发 ，对设备控制器模块进行优化设计，增加多个灵活的配置选项，根据不同的应用对硬件进行配置，使其在满足要求的情况下去除冗余电路，以减少占用 面积和功耗，从而使其灵活地应用于各种USB系统。本文还研究了IP核的验证方法，并对所设计的USB2.0设备控制器建立了功能完备的ModelSim仿真验证 环境，搭建了FPGA硬件验证平台，设计了具有AHB接口的设备控制器和带有8051的设备控制器，并分别在FPGA平台上进行了功能验证。本文所设计的 USB2.0设备控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端点的个数以及每个端点类型等，可以集成于多种USB系统中，适于各类USB设备的开发。 本课题所取得的成果为USB2.0设备类的研究和开发积累了经验，并为后来实验室某项目测试芯片的USB数据采集提供了参考方案，也为未来USB3.0接口 IP核的开发和应用奠定了基础。 3.期刊论文 吴修德.徐鸿伟 基于计算机并行口的步进电动机控制器 -石油机械2003,31(5) 针对油田常用步进电动机的情况,提出一种基于计算机并行口经过二次开发,用作步进电动机控制器的新方法.根据步进电动机的运动控制要求,利用 软件实现环行分配, 形成数字序列,通过计算机并行口写入缓冲器中,用同步时钟循环地将缓冲器中数据读出并打入触发器中,触发器输出即可得到所需的 控制脉冲信号.经光电隔离和功率放大后,即可控制步进电动机.在河南和吐哈油田的应用表明,该控制器使用方便、可靠性高、便于实现高速数据采集或 控制. 4.学位论文 冯小勇 燃油(气)真空锅炉直接数字(DDC)控制器的研发、调试及其性能的计算机动态模拟 2001 该文针对燃油(气)真空锅炉的特点,研制开发了基于AT89C52单片机的直接数字(DDC)控制器.利用Protel for windows电路板设计软件,对DDC控制器 的电源及信号处理板、控制显示面板和控制器主板部分进行了设计,其中还加入了硬件抗干扰的设计,并且实际制作了该控制器.在控制器硬件制作完成的 基础上,根据燃油(气)真空锅炉的实际控制方法,设计了DDC控制器的软件.控制器软件包括了多种控制方法和监控手段,并且为控制器提供了强大的串口通 信功能、良好的人机操作方法和多种软件抗干扰 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 .研究人员利用MICROTEK EasyScope 8052F开发机对控制器软件进行了调试.最后,该控制器采用计算 机动态模拟的方法进行了测试. 5.期刊论文 马长林.方华京.Ma Changlin.Fang Huajing 基于IA技术双控制器网络化控制系统可靠性 -华中科技大 学学报（自然科学版）2006,34(4) 在用以太网作为传输媒体的计算机网络化控制系统的基础上,提出了一种基于智能代理技术有双控制器的计算机网络化控制系统.在该系统中,控制系 统的各组件是安装了一定硬件和软件的计算机,它们构成一个个智能代理,多个智能代理通过协同工作来完成整个控制系统的任务,提高了系统的性能.考 虑到系统中计算机控制器的重要作用和状态,建立了系统的可靠性模型,利用Markov过程理论证明了与通常网络化控制系统相比,基于智能代理技术有双控 制器的计算机网络化控制系统具有更高的可靠性和安全性. 6.期刊论文 左树萍.王洪艳 计算机局域网的两种模式工作组和域 -沧州师范专科学校学报2005,21(4) 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备份系统适用于长期工作系统的特点,还可以向下裁减成双机或单机系统.采用基于EDA技术的硬件设计技术,保证了设计的正确性,缩短了研制周期,降低 了研制成本.软件系统采用实时多任务操作系统(RTOS),用C语言和汇编语言进行程序设计,短时间内开发出具有多机同步、数据交换和比对、多任务和多 级中断管理等一系列功能的三机容错管理软件.电路设计的小型化完成了高度集成化的硬件实现,用现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)实现 了过去由很多中小规模器件和分离器件实现的电路功能,整机体积和重量大大减小.该项研究成果通过了鉴定级环境试验,已经应用于我国多种应用卫星 ,具有很高的经济效益和社会效益。 9.学位论文 谢应科 图象并行处理计算机BIPP-II阵列控制器的研究与设计 1997 图象并行处理计算机能提供很高的计算速度,特别适用于那些实时性很强的需要实现复杂算法的图象处理与模式识别任务,在许多领域有着广泛的应 用前景.BIPP-II是课题组正在研制的一个SIMD结构的图象并行处理计算机系统,它具有256个处理单元,论文简要描述了其系统结构、处理机单元和处理机 阵列.该论文详细介绍了图象并行处理计算机BIPP-II的阵列控制器的设计,包括阵列控制器的指令设计、时序系统设计、存储器电路设计、实时图像输入 的实现、程序循环的控制、并对于组装指令、直接向阵列发送微码等问题给出了解决方案.最后,讨论了对如何用EPLD来实现阵列控制器,并给出了一些设 计的实例. 10.会议论文 王鑫 航空发动机数字式电子控制器浅析 2008 本文简要介绍了航空发动机控制器的发展,着重分析了发动机数控系统中的数字式电子控制器的硬件结构、功能和关键技术,并针对数字式电子控制 器的功能发展和飞机控制的结构,提出了发动机控制计算机的概念。最后,就数字式电子控制器在状态监控及故障诊断系统和飞行/推进系统综合控制中的 应用进行了初步分析。 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_gwdzyqj200810004.aspx 授权使用：浙江工业大学图书馆(wfzjgydx)，授权号：c1c38551-f4cf-4874-9977-9ddf01015026 下载时间：2010年8月27日