串行232接口与USB接口的转接口设计.docx

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1、1绪论1.1USB转RS232应用价值USB自从1994年推出以来，逐渐得到了广泛的应用，现在的计算机都配备有USB接口。USB具有传输速度快，使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、手机等几乎所有的外部设备。正是由于USB的强大功能，使原来流行的RS-232接口逐渐退出了市场，现在很多新型的计算机甚至不带有串口。但是RS-232可以做很多USB无法进行的工作；而且目前尚有很多外围设备，如打印机，Modem,传真机仍是用串口连接的，计算机如果不带串口或者串口数量少就会给使用者带来极大的不便。所以设计出一种USB转RS232的设备是非常

2、具有实用价值的，它可以满足某些没有串口或者串口数量少的计算机对串口通信的需求。USB转RS232通信线可使你在串口和USB接口之间非常容易地建立可靠的连接，通过利用USB接口具有的即插即用和热插拔的功能给串口外围设备提供非常容易使用的环境。它的设计可以轻松实现USB接口到通用串口之间的转换，为没有串口的计算机提供快速的通道，而且其传输速率高达IMbps以上1.1. 2现有USB转RS232专用芯片介绍随着新型的计算机的串口数量逐渐减少，用户对于USB转RS232通信线的要求也在不断的增加。许多芯片制造商陆续推出不同功能的USB转S232专用芯片，用来满足广大用户的需求。一下是现在市面上比较流行

3、的几种USB转RS232专用芯片。(DP12303芯片：台湾玖旺科技公司推出。兼容USB11规格；通信速率最高为1.5Mbps；内含USB1I全双工收发器；支持RS232串行接口。(2)CJSI015芯片：深圳金鑫电子科技公司推出。兼容USB2.0规格；使用USB全速通信(12Mbps)；内含USB2.0全双工收发器，48MHZ晶振。(3)FT232BM芯片：FTD1公司推出。同时兼容USB2.0和USB11规格；适合任意波特率的数据传输；内置EEPROM,可在线编程。2通信基本原理2. 1USB总线2.1.1 USB特点及规范USB的全称是Universa1Seria1Bus,是由Inte1

4、、Microsoft等公司在1994年联合推出的通用串行总线。USB具有以下特点：(1)具有热拔插和即插即用功能。(2)传输速度快,提供低速(1.5Mbps)、全速(12Mbps)、高速(480MbPS)3中数据传输速率。(3)支持异步传输和同步传输两种传输方式。(4)数据传输可靠，具有较强纠错功能。(5)使用方便，易于扩展。理论上可同时接127个外设。(6)可提供最大电压5V,最大电流500mA2。USB有两个版本，USB11和USB2.0。前者最高数据传输速率为12Mbps,后者的最高数据传输速率为480Mbps。二者的物理接口完全一致，数据传输率上的差别完全由PC的USBhost控制器以

5、及USB设备决定。USB2.0规范是由USB11规范演变而来的。它的传输速率足以满足大多数外设的速率要求。USB2.0中的“增强主机控制器接口”(EHCI)定义了一个与USB1.1相兼容的架构。它既可以驱动USB2.0也可以驱动USB11。换言之，所有支持USB11的设备都可以直接在USB2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题。2.1.2USB电气特性USB接口传送信号和电源是通过一种四线的电缆，图2-1中的D-和D+两根线是用来传送差动数据；而VBUS、GND二条线，向设备提供+5V电源。USB引脚编号和导线颜色见表2-1oVbusD+D-GNDVbusD+D-GND管脚号信号分配导线颜色1

6、VBUS（+5V电源）红2D-(反相数据)白3D+(正相数据)绿4GND（地）黑表2-12.2RS-232C总线2.2.1RS-232串口概述。234$678910I11213IS一.一16.一17一18一192021222324一FGTXDRXDRTSCTSDSRSGCDDTRRIRS-232是一种串行通信总线标准，是数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的标准接口，它是1969年由美国电子工业协会(EIA)和BE11等公司一起开发的通信协议。但是这个协议仅仅保证了硬件兼容而没有软件兼容。当用它进行数据传输时，由于线路的损耗和噪声的干扰方面的原因，传输的距离一般都不超过15米。如

7、果在传输终端之间加上Modem,数据可以在世界范围内传播3oRS-232具有以下几个优点：(1)应用广泛，可以做很多USB无法进行的工作。图2-2(2)传输距离长，可以达到12米。(3)对于双向连接，只需要3条导线，节约了成本。RS-232C接口通向外部的连接器是一种标准的“D”型保护壳的25针插头(见图2-2)o25个插脚定义了22个(见表2-2)。这22个信道分为两个信道组：一个主信道组(标有“*”)和一个辅信道组，大多数微机通信系统仅使用主信道组的信号线。表2-2：DB-25插脚功能说明插脚号插脚功能*1保护地(FG)*2发送数据(TXD)*3接收数据(RXD)*4请求发送（RTS）*5

8、允许发送（CTS）*6信号通讯设备（DCE）准备好（DSR）*7信号地（SG）*8数据载体检测（DCD）9（保留供数据通信设备测试）10（保留供数据通信设备测试）11未定义12（辅信道）数据载体检测（DCD）13（辅信道）清除发送（CTS）14（辅信道）发送数据（TXD）*15发送信号单元定时（DCE为源）16（辅信道）接收数据（RXD）*17接收信号单元定时（DCE为源）*18未定义19（辅信道）请求发送（RTS）*20数据终端准备好（DTR）*21信号质量检测*22振铃指示（RI）*23数据信号速率选择（DTE/DCE为源）*24发送信号单元定时（DTE为源）25未定义但是在通信时，并非所

9、有的主信道组的信号脚都要连接上。在微机通信中，通常使用的RS-232接口信号只有9根引脚（如图2-3）,连接上这9根引脚线，便可实现正常的串行通信。这9根引脚的定义见表2-3表2-3：DB-9插脚功能说明引脚号符号方向功能1DCD输入数据载体检测2RXD输入接收数据3TXD输出发送数据4DTR输出数据终端准备好5SG信号地6DSR输入信号通信设备准备好7RTS输出请求发送8CTS输入清除发送9RI输入振铃指示2. 2.2RS-232电气特性在TXD和RXD上：逻辑1=-3V-15V.逻辑0=+3V+15V在RTS、CTSDSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通状态）=+3V+15V信号

10、无效（断开状态）=3V-15V0对于介于-3V+3V之间的电压出于模糊区，即可能会被视为逻辑0,也可能被视为逻辑1,这会使通信时产生大量误码，所以这个范围的电压是不允许出现的。3. 2.3串口通信速率在串行通信中,用“波特率”来描述数据的传输速率.所谓波特率，即每秒钟传送的二进制位数,其单位为“bps”.国际上规定了一个标准波特率系列：110bps、300bps、600bps、1200bps1800bps2400bps、4800bps9600bps14.4Kbps、19.2Kbps28.8Kbps、33.6Kbps56Kbps等。大多数串行接口电路的接收波特率和发送波特率可以分别设置,但接收方

11、的接收波特率必须与发送方的发送波特率相同，这样正确的通信才能建立。2.2.4RS-232串口通信基本接线方法串口之间通信时，若距离小于12米的时候，可以用电缆线直接连接标准RS-232接口；若距离较远时，需要附加调制解调器。最为简单且常用的是三线制接法，即地线，接收数据线和发送数据线。具体连接方法如表2-4所示。表2-4：RS-232串口通信基本接线方法9针-9针25-25针9-25针2323223232335577573总体设计方案3.1通信总图上图是一个简单的以USB转RS232通信线连接计算机USB口和外设的串口进行通信的示意图，其中的USBtoRS232数据转换模块和电平转换模块是本论

12、文需要设计的硬件部分，串口通信程序是本论文需要设计的软件部分。4. 2通信模块介绍计算机：计算机作为通信的主控制器，运行底层串口通信程序和顶层的应用程序（棋盘控制程序等），通过其自身的USB接口传送数据和指令，控制通信的开始和结束。USBtoRS232数据转换模块：由台湾玖旺科技公司的P12303专用转换芯片和一些外围的电阻和电容构成。主要功能是进行USB类型的数据和RS232类型的数据相互转换和双向传输。电平转换模块：由MAX公司的MAX213CAI电平转换芯片和一些外围电容构成。主要工作是将RS232电平和TT1/CM0S电平进行相互的转换，保证电气特性匹配。外围设备：是一些以串行端口作为

13、通信接口的设备，比如像打印机、Modem和传真机等。4硬件设计5. 1P12303芯片介绍P12303是台湾旺玖科技公司推出的一款USB转RS232专用芯片。它完全兼容USB11规范；支持RS-232串行接口；具备自动握手功能；具有双向数据流缓冲器和片上USB收发器；传输速率超过IMbPS4。其内部模块结构如图4-1所示。图4-1：P12303内部结构USBPortP12303芯片有28个引脚，采用SSoP28封装，具有体积小，价格便宜，应用简便等优点。其引脚功能描述如表4-1。表4-1：P12303引脚功能引脚号名称类型描述1TXDO向串口输出数据2DTR_NO数据终端准备好3RTS_NO请

14、求发送4VDD_232PRS-232电源5RXDI从串口榆入数据6R1NI振铃指示7GNDP地信号8VDDP电源信号9DSR_NI数据通信设备准备好10DCD_NI数据载体检测11CTS_NI允许发送12SHTD.N0关闭RS232收发器13EE_C1KI/O串行只读存储器时钟14EE_DATAI/O串行只读存储器数据信号15DPI/OUSB数据加信号16DMI/OUSB数据减信号17VDD_3V3O内部电压调节器3.3伏电压输出18GND_3V3P3.3伏电压地端19RESETI系统重启20VDDP电源21GNDP地22TR1MODEIRS232三态输出控制231D_MODEI负载模式24VDD_P11P锁相环5伏电源25GND_P11P锁相环地端26P11_TESTI