USB-RS 232轉換卡的設計與實現(xiàn)

摘要：與RS 232總線的數(shù)據(jù)傳輸速率相比，USB的傳輸速率高達480 Mb／s，因此很多計算機的RS 232串行接口都被USB接口所替換，但是很多儀器儀表、控制終端、遠程終端等設備的接口還是沿用RS 232。為解決兩個接口之間的轉換，設計并研制了USB-RS 232接口轉換卡。從USB和RS 232通信協(xié)議出發(fā)，詳細介紹USB-RS 232轉換卡的設計原理，并以CH341T芯片為例，設計并制作了USB-RS 232轉換卡。利用研制的USB-RS 232轉換卡連接具有RS 232接口的溫濕度傳感器，在運行監(jiān)控程序后，傳感器運行穩(wěn)定，能正確顯示溫濕度數(shù)據(jù)，且表明該轉換卡可成功地實現(xiàn)RS 232接口與USB接口的轉換。
關鍵詞：USB；RS 232；CH341T；MAX232；接口轉換

RS 232自1969年由美國電氣工業(yè)協(xié)會(EIA)推薦以來，由于接口和通信協(xié)議比較簡單，因而在計算機串行通信領域得到了廣泛的應用，開發(fā)出了大量的以RS 232為接口的各類產(chǎn)品。但隨著USB總線規(guī)范的推出，使得外設到計算機的連接更加高效、便利，功率不大的外圍設備可以直接通過USB數(shù)據(jù)線供電，而不必外接電源。USB總線最大可以提供5 V／500 mA電流，并提供節(jié)約能源的掛機和喚醒模式。此外，由于USB用于上行和下行連接頭的機械特性不同，還可以防止非法連接。根據(jù)USB協(xié)議，理論上最多可以同時將127個外設連接在同一臺計算機上。同時基于USB的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可使采集系統(tǒng)與計算機之間的數(shù)據(jù)交換具備廣泛的適用性。USB是目前計算機的標準配置，采用此方案可以使用任何一臺計算機進行數(shù)據(jù)通信。但是目前仍然有許多使用RS 232串行接口的控制設備、儀器儀表、遠程終端等運行在諸多應用領域中，立即將其改造為USB方式顯然存在成本及實施方面的問題。為適應USB廣泛流行的現(xiàn)實，有必要開發(fā)USB-RS 232接口轉換卡，在它的支持下，這些傳統(tǒng)的設備無須改造，即可通過其原有的RS 232接口與USB總線接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

1 USB-RS 232轉換卡的組成及其工作原理
1．1 組成
USB-RS 232轉換卡的設計原理框圖如圖1所示，由USB接口模塊、UART接口模塊、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和協(xié)議控制單元組成。各部分功能如下：
USB接口模塊 主要提供與USB總線的連接，它需要實現(xiàn)一般USB設備接口的所有功能，以實現(xiàn)與USB主機的數(shù)據(jù)傳輸。
UART接口模塊 實現(xiàn)標準的RS 232接口的所有功能，以實現(xiàn)與標準RS 232接口的連接。
協(xié)議控制單元 通過接收USB接口的命令，對UART接口進行配置(如配置通信波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位、數(shù)據(jù)量控制信號等)。
數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 用來臨時保存雙方數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)。

1．2 工作原理
下面以計算機與外設的數(shù)據(jù)傳輸為例，介紹USB-RS 232轉換卡的工作原理：
當USB-RS 232轉換卡連接到USB總線上時，計算機檢測到設備的連接后對設備進行初始化配置并啟動相關的客戶驅動程序；驅動程序給設備發(fā)送配置命令以設置RS 232接口的數(shù)據(jù)傳輸特性；最后，在數(shù)據(jù)傳輸時，計算機上的驅動程序首先將數(shù)據(jù)包傳輸給USB接口，USB接口讀出實際的有效數(shù)據(jù)并保存在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，UART接口則從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中將數(shù)據(jù)取走并發(fā)送給設備。