وبلاگ شرکت در مورد مبدل USB 2.0 Full Speed FTDI FT232RL 12Mbps از نوع Slave به سریال UART

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. FTDI را تامین می کندFT23212 مگابیت بر ثانیه با سرعت کامل USB 2.0 تبدیل به سریال UART.

راFT232یک تراشه با کارایی بالا، تک تراشه و با سرعت کامل USB 2.0 به UART سریال ناهمزمان، و یکی از پرکاربردترین راه حل های USB به پورت سریال در توسعه تعبیه شده، ارتباطات صنعتی و اشکال زدایی تجهیزات است. این تراشه به طور بومی از نرخ انتقال USB 2.0 با سرعت کامل 12 مگابیت در ثانیه پشتیبانی می کند و تبدیل داده های دو طرفه شفاف را بین گذرگاه USB و رابط سریال استاندارد TTL/UART امکان پذیر می کند. این به مدارهای پیچیده محیطی نیاز ندارد، دارای یکپارچگی بالا و پایداری قوی است، کاملا جایگزین راه حل سنتی گسسته USB به پورت سریال می شود و فرآیند طراحی سخت افزار را بسیار ساده می کند.

منFT232موقعیت یابی محصول اصلی و پارامترهای اصلی
FT232 به طور خاص برای سناریوهای ارتباطی USB به سریال همه منظوره طراحی شده است. این یک مدل ارتقا یافته از سری FT232 کلاسیک FTDI است که در مقایسه با نیازهای ارتقاء USB دستگاه های پورت سریال سنتی و حل مشکلات ارتباطی دستگاه های پورت سریال سنتی RS232 فاقد رابط USB و پورت های سریال تراشه جاسازی شده که قادر به اتصال مستقیم به رایانه نیستند، می باشد. پارامترهای سخت افزاری اصلی آن دقیقاً با سناریوهای ارتباطی معمولی غیرنظامی و صنعتی با پارامترهای کلیدی زیر تطبیق داده شده است:

- مشخصات USB: سازگار با استاندارد USB 2.0 با سرعت کامل، با حداکثر سرعت انتقال 12 مگابیت در ثانیه، سازگار با پروتکل های USB 1.1 و USB 1.0، وصل و پخش بدون موانع سازگاری.
- مشخصات پورت سریال: رابط استاندارد ناهمزمان UART، از ارتباط پورت سریال سطح TTL، محدوده نرخ باود 300bps ~ 3Mbps پشتیبانی می کند، که تمام سناریوهای اشکال زدایی با سرعت پایین و انتقال داده با سرعت بالا را پوشش می دهد.
- ولتاژ عملیاتی: پشتیبانی از دو حالت منبع تغذیه گذرگاه USB 5 ولت و منبع تغذیه خارجی 3.3 ولت، با یک مدار تنظیم کننده ولتاژ یکپارچه در داخل تراشه.
- مشخصات بسته بندی: بسته بندی مینیاتوری SSOP-28، اندازه فشرده، مناسب برای ماژول های کوچک، دستگاه های قابل حمل و ادغام مادربرد تعبیه شده.
- پیکربندی کش: USB مستقل داخلی بافرهای FIFO را دریافت و ارسال می کند (هر کدام 128 بایت) به طور موثر تاخیر انتقال داده و مشکلات از دست دادن بسته را کاهش می دهد و ثبات انتقال با سرعت بالا را بهبود می بخشد.
- دمای عملیاتی: محدوده دمای درجه صنعتی -40 ℃ ~ 85 ℃، سازگار با محیط های سخت صنعتی و سناریوهای کار تجهیزات در فضای باز.

II.FT232ویژگی های یکپارچه سازی سخت افزار و مزایای طراحی
بزرگترین مزیت اصلی FT232 در طراحی بسیار یکپارچه آن نهفته است، که مدارهای سخت افزاری سخت افزاری پورت USB-to-Serial را به طور کامل ساده می کند و هزینه های تحقیق و توسعه و تولید انبوه را کاهش می دهد. در مقایسه با تراشه های معمولی USB به سریال، این تراشه بسیاری از اجزای اصلی را ادغام می کند و نیازی به پیکربندی خارجی اضافی ندارد:

این تراشه دارای یک مقاومت ترمینال USB، یک مدار نوسانگر ساعت، یک حافظه پیکربندی EEPROM و یک ماژول تنظیم کننده ولتاژ 3.3 ولت LDO است. نیازی به نوسان ساز کریستالی خارجی، تراشه تنظیم کننده ولتاژ یا مقاومت مشابه ندارد. فقط مقدار کمی خازن فیلتر برای تکمیل ساخت مدار سخت افزاری کامل مورد نیاز است. در همین حال، تراشه مجهز به عملکرد رمزگذاری امنیتی انحصاری Chip-ID FTDI است که می تواند برای احراز هویت دستگاه و رمزگذاری سیستم عامل برای جلوگیری از جعل دستگاه و انطباق با الزامات حفاظت از حق چاپ دستگاه های تجاری استفاده شود.

از نظر سازگاری سطح،FT232از تطابق سطح تطبیقی ​​پشتیبانی می‌کند و رابط UART می‌تواند مستقیماً به میکروکنترلرهای 5 ولت (STM8، 51 میکروکنترلر) و تراشه‌های تعبیه‌شده 3.3 ولت (سری STM32، ESP) وصل شود، بدون نیاز به مدارهای تبدیل سطح اضافی، که آن را بسیار متنوع می‌کند. علاوه بر این، تراشه از کنترل جریان خودکار و کنترل جریان دستی پشتیبانی می کند. کنترل جریان سخت‌افزاری CTS و RTS را می‌توان از طریق پین‌های سخت‌افزاری پیکربندی کرد، یا کنترل جریان نرم‌افزار XON/XOFF را می‌توان از طریق نرم‌افزار به دست آورد، و به طور موثر از سرریز داده‌ها و اختلال در انتقال داده با سرعت بالا جلوگیری کرد.

III. اصل کار اصلیFT232
FT232 از معماری تبدیل پروتکل سخت افزاری استفاده می کند، که تبدیل تجزیه دو طرفه بین پروتکل USB و پروتکل پورت سریال UART را به طور کاملا مستقل و بدون اشغال منابع CPU دستگاه کنترل اصلی تکمیل می کند. این دلیل اصلی برتری پایداری آن نسبت به راه حل پورت سریال USB آنالوگ نرم افزار است.
فرآیند آپلینک داده (دستگاه ← رایانه): داده های سریال TTL/UART ارسال شده توسط یک دستگاه سریال خارجی به پین ​​TX/RX تراشه متصل می شود، سپس کنترل کننده پروتکل داخلی قالب داده سریال را تجزیه می کند، آن را در یک بسته داده استاندارد USB 2.0 با سرعت کامل بسته بندی می کند و از طریق گذرگاه USB به سیستم رایانه آپلود می کند. کامپیوتر داده ها را از طریق یک پورت سریال مجازی درایو و شناسایی می کند.
فرآیند downlink داده (کامپیوتر → دستگاه): بسته داده USB ارسال شده توسط رایانه از طریق رابط USB به تراشه منتقل می شود و سخت افزار داخلی به طور خودکار آن را باز می کند، آن را به یک جریان داده سریال استاندارد ناهمزمان UART تبدیل می کند و از طریق پین پورت سریال به دستگاه رایانه پایینی خروجی می دهد.
بافر داخلی FIFO داده‌های ارسالی و دریافتی را در حافظه پنهان نگه می‌دارد، تفاوت نرخ بین انتقال سریع USB و انتقال و دریافت سریال با سرعت پایین را متعادل می‌کند، مشکلات عدم تطابق نرخ باود، از دست دادن بسته‌ها و کاراکترهای مخدوش ناشی از انتقال داده‌های پشت سر هم را به طور کامل حل می‌کند و زمان‌بندی دقیق و پایدار ارتباط را تضمین می‌کند.

IV.FT232حالت کار با عملکرد توسعه یافته
علاوه بر عملکرد اصلی ارتباط سریال USB به UART، FT232 همچنین دارای دو حالت کار توسعه یافته منحصر به فرد برای پاسخگویی به نیازهای توسعه متنوع است:
1. حالت پورت سریال ناهمزمان (حالت پیش فرض)
حالت استاندارد ارتباط UART از ارتباط سریال ناهمزمان تمام دوبلکس پشتیبانی می کند، برای اکثر اشکال زدایی پورت سریال و سناریوهای ارتباطی دستگاه مناسب است، از پیکربندی سفارشی برابری، بیت های توقف و بیت های داده پشتیبانی می کند و با تمام پروتکل های پورت سریال استاندارد سازگار است.

2. حالت عملیات بیت بنگ
این تراشه از حالت های آنالوگ پورت ورودی/خروجی عمومی Bit-Bang ناهمزمان و همزمان پشتیبانی می کند. پایه ارتباطی UART را می توان به عنوان یک پایه GPIO قابل برنامه ریزی معمولی پیکربندی کرد. کاربران می‌توانند مستقیماً سطوح بالا و پایین پین را از طریق نرم‌افزار رایانه‌ای کنترل کنند تا عملکردهایی مانند کنترل ساده ورودی/خروجی، خروجی پالس، و جذب کمیت سوئیچینگ را انجام دهند. نیازی به کمک میکروکنترلر اضافی ندارد و می تواند جایگزین ماژول کنترل ساده I/O شود و سناریوهای کاربردی تراشه را گسترش دهد.

V.FT232درایور نرم افزار و سازگاری
FT232 با چند پلتفرم سازگار است. FTDI رسماً یک درایور قابل انطباق در سراسر سیستم ارائه می دهد که از کل سری ویندوز، لینوکس، macOS، اندروید و سایر سیستم عامل های اصلی پشتیبانی می کند. هنگامی که دستگاه متصل شد، سیستم می تواند به طور خودکار آن را شناسایی و در یک پورت سریال استاندارد COM مجازی سازی کند، بدون نیاز به پیکربندی پیچیده و پلاگین و بازی کردن.

درایورهای اصلی FTDI در مقایسه با تراشه‌های USB به سریال همه منظوره تولید داخل، پایداری قوی‌تری دارند و مشکلاتی مانند صفحه آبی، اتصالات قطع شده و از دست دادن پورت سریال را از بین می‌برند. آنها می توانند به طور مداوم برای دوره های طولانی بدون هیچ گونه ناهنجاری کار کنند، و آنها را برای تجهیزات صنعتی، سیستم های تعبیه شده طولانی مدت و تجهیزات اشکال زدایی دقیق بسیار مناسب می کند. در همین حال، تراشه از پیکربندی بی‌درنگ پارامترهای پورت سریال پشتیبانی می‌کند، با تغییراتی در پارامترهایی مانند نرخ باود، بیت‌های بررسی و بیت‌های داده که بلافاصله بدون نیاز به راه‌اندازی مجدد دستگاه اعمال می‌شوند.

VI. سناریوهای کاربردی معمولی ازFT232
با عملکرد پایدار، طراحی مینیمالیستی و سازگاری گسترده،FT232به طور گسترده در سناریوهای مختلف مانند غیرنظامی، صنعتی و تحقیق و توسعه استفاده می شود. حوزه های کاربردی اصلی آن به شرح زیر است:

- اشکال زدایی دستگاه جاسازی شده: میکروکنترلر، ARM، اشکال زدایی درگاه چاپ سریال برد توسعه FPGA، دانلود برنامه، خروجی ورود به سیستم
- ارتقاء تجهیزات درگاه سریال سنتی: اصلاح رابط USB در ابزارهای قدیمی پورت سریال RS232 و TTL، حسگرها و تجهیزات کنترل صنعتی برای انطباق با تجهیزات کامپیوتری مدرن بدون پورت سریال.
- ارتباط سخت افزاری هوشمند: ماژول بلوتوث، ماژول WiFi، ماژول GPS، تعامل داده های حسگر پورت سریال با کامپیوتر
- سناریوهای کنترل صنعتی: انتقال ارتباط USB برای ماژول های کنترل صنعتی کوچک، رله های سریال و تجهیزات کسب صنعتی.
- آموزش و توسعه ساز: اشکال زدایی و دانلود ابزار برای سخت افزار منبع باز مانند آردوینو و STM32. تجهیزات آموزشی و آموزشی تعبیه شده برای دانشگاه ها.
- توسعه دستگاه رمزگذاری: با تکیه بر عملکرد رمزگذاری Chip-ID، برای ضد جعل دستگاه های تجاری، مجوز سیستم عامل و شناسایی منحصر به فرد دستگاه استفاده می شود.

7. مزایای اصلیFT232محصولات
1. تبدیل پروتکل در سطح سخت افزار، عملکرد پایدار: تجزیه پروتکل USB-UART سخت افزار خالص، منابع CPU را مصرف نمی کند، زمان بندی دقیق دارد و مشکلات تاخیر و از دست دادن بسته راه حل های شبیه سازی نرم افزار را حذف می کند.
2. یکپارچگی فوق العاده بالا، طراحی مینیمالیستی: نوسان ساز کریستالی داخلی، EEPROM، مدار تنظیم کننده ولتاژ، مقاومت منطبق، با اجزای محیطی بسیار کمی، طراحی PCB را بسیار ساده کرده و میزان خرابی را کاهش می دهد.
3. سازگاری و انطباق با سناریو کامل: از سطوح 3.3V/5V، دامنه نرخ باود گسترده، و سازگاری کامل درایور سیستم پشتیبانی می‌کند و حداکثر تطبیق‌پذیری را تضمین می‌کند.
4. قابلیت اطمینان درجه صنعتی: عملیات در دمای گسترده، عملیات پایدار طولانی مدت، قابلیت های قوی ضد تداخل، برای برنامه های کاربردی غیر نظامی و صنعتی.
5. بسیار مقیاس پذیر: از ارتباطات سریال استاندارد و حالت Bit-Bang IO پشتیبانی می کند، با در نظر گرفتن نیازهای ارتباطی و کنترل ساده.

هشتم. خلاصه
به عنوان یک مبدل کلاسیک 12 مگابیت بر ثانیه USB 2.0 به UART، FTDIFT232با معماری سخت افزاری بالغ، طراحی مینیمالیستی محیطی، پایداری نهایی، و توابع توسعه غنی، به محصولی معیار در زمینه پورت USB به سریال تبدیل شده است. چه برای تحقیق و توسعه تعبیه شده و اشکال زدایی، ارتقاء تجهیزات سنتی، اتصالات ارتباطی صنعتی، توسعه سازنده، یا طراحی سخت افزار تجاری، FT232 می تواند راه حل های ارتباطی سریال قابل اعتمادی را ارائه دهد. این یکی از تراشه‌های تبدیل USB-UART با بهترین توازن مقرون‌به‌صرفه و پایداری در بازار است، و همچنین دستگاه ترجیحی در صنعت برای جایگزینی راه‌حل‌های سریال قدیمی و ارتقا دستگاه‌ها به USB است.