通信与网络:USB通信芯片FT245BM的应用

摘要：FT245BM的主要功能是进行USB和并行I/O口之间的协议转换。详细介绍FT245BM芯片的工作原理、内部结构、引脚分布及功能；给出基于FT245BM接口电路的典型设计及驱动和应用软件的编写方法。

关键词：FT245BM USB接口并行I/O口

引言
1 概述

　　当前，USB外设的开发是一个热点。由于USB总线具有传输速度快、占用资源少及真正的即插即用等优点，越来越受到业界的青睐。可是，USB的开发要求设计人员对USB的标准、Firmware（固件）编程及驱动程序的编写等有较深入的理解，因此限制了USB的开发人员；而基于FT245BM芯片的USB产品开发，能够使研发人员在最短的周期内开发出相应的USB产品。该芯片由FTDI （Future Technology Devices Intl. Ltd.）公司推出，使用简单、性能卓越，只要熟悉单片机编程及简单的VB、VC应用程序编程，就可很容易地进行用户产品开发。

2 FT245BM芯片功能简介

　　FT245BM的主要功能是进行USB和并行I/O口之间的协议转换。芯片一方面可从主机接收USB数据，并将其转换为并行I/O口的数据流格式发送给外设；另一方面外设可通过并行I/O口将数据转换为USB的数据格式传回主机。中间的转换工作全部由芯片自动完成，开发者无须考虑固件的设计。

　　FT245BM内部主要由USB收发器、串行接口引擎（SIE）、USB协议引擎和先进先出（FIFO）控制器等构成，如图1所示。USB收发器提供USB1.1/ 2.0的全速物理接口到USB总线，支持UHCI/OHCI主控制器；串行接口引擎主要用于完成USB数据的串/并双向转换，并按照USB1.1规范来完成USB数据流的位填充/位反填充，以及循环冗余校验码（CRC5/CRC16）的产生和检错；USB协议引擎管理来自USB设备控制端口的数据流；FIFO控制器处理外部接口和收发缓冲区间的数据转换。

　　 FIFO控制器实现与单片机（如AT89C51等）的接口，主要通过8根数据线D0~D7及读写控制线（、WR、和）来完成和单片机的数据交互。FT245BM内含两个FIFO数据缓冲区，一个是128字节的接收缓冲区，另一个是384字节的发送缓冲区。它们均用于USB数据与并行I/O口数据的交换缓冲区。

　　另外，FT245BM还包括1个内置的3.3 V的稳压器，1个6 MHz的振荡器、8倍频的时钟倍频器、USB锁相环和EEPROM接口。FT245BM采用32脚的PQFP封装，体积小巧，易于和外设做到一块板上。其外形及引脚分布如图2所示，各引脚的功能描述如表1所列。

表1 FT245BM引脚功能

引脚号引脚名称类型引脚功能
25 D0 I/O 双向数据总线
24 D1 I/O 双向数据总线
23 D2 I/O 双向数据总线
22 D3 I/O 双向数据总线
21 D4 I/O 双向数据总线
20 D5 I/O 双向数据总线
19 D6 I/O 双向数据总线
18 D7 I/O 双向数据总线
16 RD IN 由低变高时，允许从接收数据缓冲区读取数据
15 WR IN 由高变低时，允许将数据发送到数据缓冲区
14 TXE OUT 为低时，允许数据写入发送数据缓冲区
12 RXF OUT 为低时，允许数据缓冲区的数据被读取
7 USBDP I/O USB数据信号线D+，接1.5kΩ的上位电阻到3.3V
8 USBDM I/O USB数据信号线D-
32 EECS I/O EEPROM片选线
1 EESK OUT EEPROM时钟线
2 EEDATA I/O EEPROM数据线
10 PWREN OUT 电源使能线
11 SI/WU IN 发送立刻消息或唤醒信号线
4 RESET IN 复位脚
5 RSTOUT OUT 内部复位生成器的输出脚
27 XTIN IN 时钟输入脚
28 XTOUT OUT 时钟输出脚
31 TEST IN 测试脚
6 3V3OUT OUT 3.3V输出脚
3、26 VCC PWR 电池，+4.4～5.25V
13 VCCIO PWR 控制引脚10～12、14～16、18～25的信号电平，+3.0～+5.25V
9、17 GND PWR 电源地
30 AVCC PWR 内部模拟电源
29 AGND PWR 内部模拟电源地

3 硬件设计

　　FT245BM的典型硬件电路如图3所示。该电路采用总线供电模式，同时采用上电复位方式，通过的输出使单片机复位。时钟电路可采用4脚的6 MHz晶振模块或由1个6 MHz的晶体及2个33 pF的电容组成。脚和I/O 24脚相连，用于判断USB总线是处于挂起状态还是正常状态。在USB接口的电源端采用一个磁珠，以减少主机和设备的干扰；同时，电源端增加了去耦和旁路电容，以提高电路的抗干扰性能。在PCB板的设计中，数据线的走线应尽可能短并且长度相等。图3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。这些需要用户自己编写，编写的应用程序由FTDI提供。用户只须运行相应的VB应用程序，写入自己相应的信息即可。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。

4 软件编程

　　当FT245BM的USB接口连接到主机后，必须在PC机上安装一个由FTDI公司免费提供的虚拟串行口VCP（Virtual COM Port）驱动程序。该驱动程序兼容Windows 98/ 98 SE、Windows 2000/ME/XP等不同版本。用户可以在这虚拟串口上进行应用程序的开发。该虚拟串口可以像一个标准的物理串口那样被访问，可本质上所有针对虚拟串口的数据通信都是通过USB总线完成的，在设备端则通过并行I/O口完成。

　　在PC端，应用VB对虚拟串口（通常为COM3）进行应用编程。我们直接应用MSComm控件，将MSComm3.CommPort置为3，MSComm3.Seetings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MSComm3.PortOpen设置COM3的开关状态；通过MSComm3.Input和MSComm3.Output读入或输出数据。在读取数据时，设置MSComm3.Rthreshold的值为1。只要有数据传到PC机，就立即触发MSComm3.CommEvent事件，自动读取COM3的数据；而发送数据则可自动或手动发送，由用户自己设置。根据这些，用户就可以轻松编写自己的应用程序了。

在设备端，基于万利的Insight SE-52仿真器进行编程。根据图4所示接收数据时序图，首先，须采样到信号为低，若为低，表明有接收到来自PC机的数据，允许单片机通过八位数据总线D0~D7读取数据。接着，通过信号由低到高的变化锁存数据（读入数据）。最后，延迟一段时间，重新开始下一字节的读取。软件流程如图5所示。发送数据过程，可根据图6所示发送数据时序图，同理编写发送数据的程序。设备程序可以在此基础上进一步开发，即用户根据自己的具体项目进行编程。

5 结论

　　利用FT245BM进行USB接口的开发，简单、容易，开发周期短，易于为工程实践所采用；同时，也可以直接用于新产品的开发，如数码相机的USB接口、MP3播放器的USB接口及无线Modem的USB接口等。