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USB接口芯片F(xiàn)T245AM的原理
摘要:介紹了一種USB總線接口芯片F(xiàn)T245AM及其在航空ARINC429總線測(cè)試儀中的應(yīng)用方法,同時(shí)介紹了FT245AM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳說明以及與微處理器的接口電路,給出了航空ARINC429總線測(cè)試儀的總體框圖、部分原理和接口邏輯的Verilog HDL源代碼及仿真時(shí)序。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛就算,與計(jì)算機(jī)通信的方式也越來越多,對(duì)通信速度和易用性要求也越來越高,這使得USB通信方式顯得越來越突出,應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。因此,在鼠標(biāo)、鍵盤、游戲桿、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦中都有USB的應(yīng)用。
FT245AM是美國(guó)FTDI公司生產(chǎn)的一種USB專用芯片。它具有功能強(qiáng)、體積小、傳輸速度快、符合USB1.1技術(shù)規(guī)范、易于一微處理器接口等特點(diǎn),因而倍受用戶的青睞。筆者采用FT245AM成功地開發(fā)了航空ARINC429總線測(cè)試儀。
FT245AM集成了USB1.1通信協(xié)議和外設(shè)接口,可以方便地實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)與外設(shè)MCU、CPLD的接口,其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1MB/s。FT245AM內(nèi)部128字節(jié)的接收FIFO和384字節(jié)的發(fā)送FIFO大大提高了USB主機(jī)與外設(shè)的通信質(zhì)量。另外,F(xiàn)T245AM還具備3.3V的LDO調(diào)整器、8位頻器、USB數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)PLL、USB數(shù)據(jù)收發(fā)器,且EEPROM接口邏輯單元可外接串行存儲(chǔ)器93C46,以實(shí)現(xiàn)USB VID、PID、序列號(hào)和設(shè)備說明字符串的存儲(chǔ)。使用FT245AM可大大簡(jiǎn)化其外圍電路,使用戶設(shè)備更趨于小型化。
1 FT245AM簡(jiǎn)介
1.1 FT245AM內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能
FT245AM芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。該芯片采用QFP32封裝,其各管腳說明如下:
USBDP(7腳):USB差分?jǐn)?shù)據(jù)正端;
EEDATA(2腳):串行存儲(chǔ)器數(shù)據(jù);
USBDM(8腳):USB差分?jǐn)?shù)據(jù)負(fù)端;
TEST(5腳):廠商測(cè)試管腳;
3V3OUT(6腳):3.3V電源輸出;
D[7:0](25~18腳):外設(shè)接口數(shù)據(jù)總線;
XTIN(27腳):晶體振蕩器輸入;
RD(16腳):外設(shè)讀數(shù)據(jù)信號(hào)輸入;
XTOUT(28腳):晶體振蕩器輸出;
WR(15腳):外設(shè)寫數(shù)據(jù)信號(hào)輸入;
RCCLK(31腳):RC定時(shí)器;
TXE(14腳):發(fā)送FIFO空標(biāo)志輸出;
RESET(4腳):芯片復(fù)位輸入;
RXF(12腳):接收FIFO非空標(biāo)志輸出;
EECS(32腳):串行存儲(chǔ)器片選;
EEREQ(11腳):串行存儲(chǔ)器讀取請(qǐng)求;
EESK(1腳):串行存儲(chǔ)器時(shí)鐘;
EEGNT(10腳):串行存儲(chǔ)器讀取允許;
VCC,AVCC(3、13、26、30腳):分別為芯片電源和電路模擬電源;
GND,AGND(9、19、29腳):芯片地和模擬地。
1.2 FT246AM與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸方法
FT245AM具有外設(shè)接口控制單元,可以方便地與MCU、CPLD接口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
當(dāng)外設(shè)從FT245AM中讀取USB主機(jī)數(shù)據(jù)時(shí),如果FT245AM的管腳RXF為高電平,則表明FT245AM沒有接收到USB主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù),此時(shí)外圍MCU(CPLD)不能讀取數(shù)據(jù)。而當(dāng)MCU(CPLD)檢測(cè)到RXF為低電平時(shí),表明FT245AM的接收FIFO中已有USB主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù),此時(shí)外圍MCU(CPLD)便可以通過外設(shè)數(shù)據(jù)總線讀取數(shù)據(jù)。外設(shè)通過FT245AM讀取USB主機(jī)數(shù)據(jù)的時(shí)序圖如圖2所示。
當(dāng)外設(shè)通過FT245AM寫數(shù)據(jù)到USB主機(jī)時(shí),如果FT245AM的管腳TXE為高電平,則表示FT245AM內(nèi)部正忙,外圍MCU(CPLD)不能向FT245AM的發(fā)送FIFO中寫數(shù)據(jù)。而當(dāng)外圍MCU(CPLD)檢測(cè)到TXE為低電平時(shí),則表明FT245AM的發(fā)送FIFO空閑,外圍MCU(CPLD)可以向FT245AM中寫數(shù)據(jù)到USB主機(jī)。圖3所示是外設(shè)通過FT245AM向USB主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)序圖。
2 在ARINC429總線測(cè)試儀中應(yīng)用
ARINC429總線在航空領(lǐng)域有著廣泛的使用,該總線采用差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方式,支持12.5kbps和100kbps兩種傳輸速率。由于ARINC429總線設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域比較特殊,因此需要較高的可靠性,同時(shí)其測(cè)試設(shè)備也顯得尤為重要。為了方便該總線設(shè)備的測(cè)試,擺脫專用測(cè)試設(shè)備的不靈活性,急需一種方便快捷的通信方式來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與該總線設(shè)備的互連,使該總線設(shè)備的測(cè)試可以在計(jì)算機(jī)中自動(dòng)完成,從而提供測(cè)試設(shè)備的靈活性和通用性。因此,提出了基于USB總線的ARINC429總線測(cè)試儀。
2.1 基于USB的ARINC429總線測(cè)試儀結(jié)構(gòu)
考慮到USB總線為自供電試,最大可驅(qū)動(dòng)500mA電流,故ARINC429測(cè)試儀選取4路接收、2路發(fā)送的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然,如果允許外接電源,還可以實(shí)現(xiàn)更多的收發(fā)路數(shù),但這樣會(huì)降低USB總線的方便性。由于ARINC429總線的傳輸速率最大為100kbps,而USB1.1的通信能力可達(dá)12Mbps。,考慮到協(xié)議的額外開銷,一路USB總線同時(shí)完成2路ARINC429總線的發(fā)送和4路接收。
為了提高ARINC429總線測(cè)試儀的實(shí)時(shí)性,可選用高速M(fèi)CU控制USB接口芯片F(xiàn)T245AM,但MCU沒有足夠的I/O數(shù),無(wú)法滿
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