USB接口的RS485信號模擬器設計

摘 要 設計了基于USB2．O接口的RS485信號模擬器。它通過終端應用程序軟件設置串行通信參數和數據幀發送格式，并在信號模擬器內部形成信號閉環反饋，即將實際發送的數據通過反饋回路回送給終端應用程序軟件并顯示出來。文中詳細介紹了USB接口芯片FT245R的工作原理及應用，并在MFC平臺下調用 FT245R的動態鏈接庫接口函數進行終端應用程序軟件設計。
關鍵詞 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品的設計中得到了廣泛應用。本文所設計的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的串行接口標準，它的電氣特性標準中有嚴格規定，但它的通信協議可以由用戶自行定義。本文將詳細討論USB總線信號與 RS485總線信號的相互轉換，及PC機終端應用軟件對USB接口芯片的各種操作。在此基礎上用戶可以根據不同需求，在終端應用軟件中自行設計通信協議。

1 總體設計
信號模擬器主要包括USB接口芯片、單片機子系統、RS485與TTL電平轉換子系統。它可以實現兩個功能：a．信號模擬器通過應用程序軟件設置串行通信參數和數據幀結構，最終輸出的信號是指定串行通信參數和數據幀格式的RS485總線數據，可以為采集器提供標準信號源；b．在信號模擬器內部可以實現信號自反饋功能，即將實際發送給采集器的數據通過信號模擬器內部回環電路回送給終端應用程序軟件并最終顯示出來，以驗證信號模擬器發送數據是否正確。
USB接口芯片FT245R是將USB接口信號轉換成8位并行信號，由MCU讀取8位并行信號數據，然后MCU通過全雙工的串口將讀到的數據發送給 RS485電平轉換電路1，這樣輸出的信號就是滿足指定要求的標準RS485總線信號。將RS485電平轉換電路1輸出端信號反饋給RS485電平轉換電路2的輸人端，這樣可以把RS485電平轉換成TTL電平，再通過全雙工的串口進行接收，最終將數據回送到終端應用程序軟件。信號模擬器的設計總體框圖如圖1所示。

2 硬件電路設計
2．1 USB接口芯片FT245R
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接口之間的相互協議轉換。整個USB通信協議全部由芯片自動完成，開發者無須考慮底層固件的編程。該芯片利用內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協議。它有256字節的接收緩沖區和128個發送緩沖區，可以進行數據的大吞吐量操作。通過8位并行數據口D[O：7]和4位讀寫狀態／控制口RXF、TXE、RD、WR就可實現與微控制器的數據交換。
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RXF為低，表示當前FIFO接收緩沖區內有數據，可以執行讀操作讀取接收緩沖區數據。在RD電平由高變低，FIFO控制器將接收緩沖區中的數據輸出到8位數據端口上，MCU此時只需讀取I／O口就可以將數據取到內部數據總線上來，再將RD信號拉高完成1字節數據的讀取。當將 FIFO接收緩沖區中的數據全部取出后，RXF被拉高表示數據為空。在RXF為高時，禁止從FIFO接收緩沖區讀取數據。