The Function and Application of USB Interface Chip FT245BM
摘 要： FT245BM芯片是FTDI(Future Technology Devices Intl. Ltd)公司生产的一种USB接口芯片，支持USB协议与并行I/O协议之间的转换，文中主要介绍了FT245BM芯片的内部结构、功能、工作原理，以及基于FT245BM芯片的硬件接口设计及软件编程。
关键字：FT245BM；USB
概要
通用串行总线USB（Universal Serial Bus）由于具有数据传输速率高、易于使用、支持热插拔等特点，越来越成为一种流行的计算机通信接口。FT245BM芯片是由FTDI(Future Technology Devices Intl. Ltd)公司推出的第二代USB接口芯片，与其他USB芯片相比，应用FT245BM芯片进行USB外设开发，只需熟悉单片机（MCU）编程及简单的VC或VB 编程，而无需考虑固件设计以及驱动程序的编写，从而能大大缩短USB外设产品的开发周期。此外，FT245BM支持USB1.1及USB2.0规范，数据传输速度可达到1M byte/s。因此，FT245BM是开发USB外设所需接口芯片的极佳选择。
FT245BM的结构与功能
FT245BM芯片是一种32脚，LQFP封装的芯片，管脚定义如下：
D[0-7]（25，24，23，22，21，20，19，18）：双向数据信号线；
RD#（16）：读信号；
WR（15）：写信号；
TXE#（14）： FIFO发送缓冲区空标志信号；
RXF#（12）： FIFO接收缓冲区非空标志信号；
USBDP（7），USBDM（8）：USB数据信号正端，USB数据信号负端；
EECS（32），EESK（1），EEDATA（2）：EEPROM片选线，时钟线，数据线；
PWREN（10）：电源使能信号；
SI/MU（11）：立即发送或唤醒信号；
RESET（4）：复位信号；
RSTOUT（5）：内部复位生成器的输出信号；
XTIN（27），XTOUT（28）：时钟输入信号，输出信号；
TEST（31）：测试信号；
3V3OUT（6）：3.3V输出信号；
VCC（3，26），VCCIO（13），AVCC（30）：芯片电源，控制引脚电源，内部模拟电源；
GND（9，17），AGND（29）：芯片地，内部模拟地。
芯片内部由3.3V稳压器，USB收发器，锁相环，串行接口引擎(SIE)，FIFO控制器，USB协议引擎，FIFO接收缓冲区，发送缓冲区以及6M振荡器，8倍频时钟倍频器等组成。
FT245BM芯片可实现USB接口与并行I/O接口之间数据的双向转换。一方面，当USB收发器从主机接收USB串行数据后，由串行接口引擎将数据转换成并行数据，存储在FIFO接收缓冲区， FIFO控制器检测到读信号RD为低，就把接收缓冲区的数据送到并行数据线D0-D7上；另一方面当FIFO控制器检测到写信号WR为高时，就从数据线D0-D7上读取并行数据，存储在FIFO发送缓冲区，并行数据经串行接口引擎转换成USB串行数据，再通过USB收发器传送到主机。可见FT245BM芯片自身就可完成数据转换，而不需要设计者考虑硬件设计。其内部结构功能如图1。
图1 FT245BM芯片功能框图（略）
硬件接口设计
接口电路原理图见图2。
设计采用USB总线供电，图2中FT245BM与一片MCU相连，MCU的一个8位端口用来传输数据，另外一个端口用来控制和产生FT245BM需要的4根握手信号线，即RXF#、TXE#、RD#、WR。TXE#为低，表示当前FIFO发送缓冲区空，这时WR脉冲由高变低就将数据线D0-D7上数据写入FIFO发送缓冲区中；当TXE#变高时，表示当前FIFO发送缓冲区满或者正在存储上一个字节，禁止向发送缓冲区中写数据。RXF#为低，表示当前FIFO接收缓冲区有数据，这时RD#脉冲由低变高，将从FIFO接收缓冲区中读取数据；读信号RD#为低时，把数据读到数据线D0...D7上；当RXF#为高时，禁止从FIFO接收缓冲区读数据。读写时序见图3与图4。
图2 硬件设计原理（略）
图2中的93C46（93C56或93C66）是一片EEPROM，用于存储产品的VID、PID、设备序列号及一些说明性文字等。该EEPROM是可选的，若没有EEPROM，FT245BM将使用默认的VID、PID、产品描述符和电源描述符，并且没有设备的序列号。
图3 读数据时序（略）
图4 写数据时序（略）
设计时需在USB接口的电源端连接一个磁珠，以减少设备的噪声和USB电缆辐射对主机产生的电磁干扰；电源端增加了去耦和旁路电容，以提高电路的抗干扰性能。还需注意的是，电路中RSTOUT#用来提供上电复位MCU。如果MCU本身有复位逻辑，那么通常就不需使用RSTOUT#来复位设备，这部分连接与47K下拉电阻就能省略。
软件设计
当外设连到主机USB接口时，主机会检测到新硬件，这时需要安装一个可从FTDI公司的网站上免费下载的虚拟串口（VCP）驱动程序，该驱动程序适用于WINDOWS98/2000/ME/XP等不同操作系统。设计者需要完成的是，编写一个针对虚拟串口通信的应用程序，把虚拟串口（VCP）当作一个标准的串口去访问。
设计的软件部分可使用VB或VC语言中提供的串口通信MSComm控件进行应用程序编写，下面我们以VC语言为例介绍如何编写应用程序，主要介绍MSComm控件的设置及串口消息事件MSComm.CommEvent响应函数的编写。
1）MSComm控件设置：编程时通常把虚拟串口设置为COM3，即将MSComm.SetCommPort置为3， MSComm.SetSettings置为"9600，n，8，1"（该速率为默认设置，实际上VCP驱动程序总是使数据以最快速率传输）；通过MSComm.SetPortOpen设置COM3的开关状态；通过MSComm.SetInput和MSComm.SetOutput读入或输出数据。在读取数据时，设置MSComm.Rthreshold的值为1。
2）有数据传到PC机时，就立即触发串口消息事件MSComm.CommEvent，自动读取COM3的数据。下面是本文作者编写的应用程序，处理这个串口消息事件的OnComm函数，其完成的是从串口接收数据并显示在一个编辑框中。
发送数据则可自动发送或者手动发送，这由用户根据具体情况自己设定。
void CAaDlg::OnComm()
{
VARIANT variant_inp;
COleSafeArray safearray_inp;
LONG len,k;
BYTE rxdata[2048]; //设置BYTE数组 An 8-bit integerthat is not signed.
CString strtemp;
if(MSComm.GetCommEvent()==2)； //事件值为2表示接收缓冲区内有字符
{ / /以下可以根据通信协议加入处理代码
variant_inp= MSComm.GetInput(); //读缓冲区
safearray_inp=variant_inp; //VARIANT型变量转换为ColeSafeArray型变量
len=safearray_inp.GetOneDimSize(); //得到有效数据长度
for(k=0;k<len;k )
safearray_inp.GetElement(&k,rxdata k);
//转换为BYTE型数组
for(k=0;k<len;k ) //将数组转换为Cstring型变量
{
BYTE bt=*(char*)(rxdata k); //字符型
strtemp.Format("%c",bt); //将字符送入临时变量strtemp存放
m_redit =strtemp; //加入接收编辑框对应字符串 }
}
UpdateData(FALSE); //更新编辑框内容
}
结论
上述接口设计的硬件与软件部分作者均已调试通过，成功的实现了外设与计算机的USB接口通信。FT245BM成本不高，使用灵活方便，开发周期短，设计者即可用于工程实践，如USB接口的工业控制，也可用于产品开发，如数码相机的USB接口等。