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串口升级为USB总线接口 USB微控制器功不可没

串口升级为USB总线接口 USB微控制器功不可没

 

随着资讯时代的来临,身边到处可见日新月异的科技产品,如手机、电脑、DVD播放器等,这些电子商品如雨后春笋般的出现及发明,不仅改变了周遭的生活和习惯,也带来许多的便利性。在如此多的电子商品,资讯的交换、分享显得格外重要,如手机和个人电脑(PC)之间可分享音乐、照片等资料,DVD播放器可藉由外部的储存设备读取影片等。

 

目前广泛应用的资讯交换方式,包括透过有线或无线网路、通用序列汇流排(USB)、记忆卡等,其中USB最常被用于与电脑之间的沟通。因为其随插随拔和传输速度快的特性,使得目前USB被大量广泛的使用。 

USB的出现,虽然试着统一并取代早期最常见的并列传输(LPT)及RS232串列传输等周边介面,但是目前仍然可见不少串列传输介面的机器设备、装置和仪器,例如最常见的血压血糖计、体温计、电子量测仪器等,这些大都是因为成本、软体和应用的考量,所以仍然保留串列传输的设计,如仪器所搭配操作应用软体的成本考量、开发时程或者毋须再重新设计软体等因素。再者,USB软体和硬体技术性较通用非同步收发传输器(UART)複杂,开发时有一定的困难度,因此串列介面的装置或仪器在目前来说,仍有不少的巿占率。因此,若可以将串列介面的装置改为USB的方式,对许多使用者而言,将带来更大的便利性,值得一提的是,目前笔记型电脑已经取消LPT及RS232,取而代之的是USB。若可将串列的装置改为USB,则对产品的推广和使用有不少帮助。 

 

市面上有推出USB to UART的桥接器(Bridge)IC,为USB和人机介面装置(HID)提供低成本且精巧的USB连接方桉,这些应用包括个人医疗装置、手机和无线电话、智慧卡和记忆卡的读卡机(Card Reader)、个人数位助理(PDA)、MP3播放器、条码读取器、无线数据机以及工业控制系统等。而盛群的HT82A525R也可实现此应用,但不同的是,其使用现有的全速(Full Speed)USB微控制器(MCU)去实现,对使用者而言,可直接下载网站上的应用范例,直接将一次性编程(OTP)烧录在微控制器上,显得更方便。 

 

USB优势明显

 

USB是一种标准的连接介面,以下列出USB的优点:

.USB介面统一各种周边设备的连接头

.即插即用(Plug-and-Play)

 能自动侦测与配置系统的资源。

.具热插拔(Hot Attach & Detach)特性

 在作业系统的已开机的状态中,随时插入或拔离USB装置,毋须再关闭电源。

.传输速度快

 USB规格1.1中,传送速度可达到12Mbit/s;USB 2.0最快可达到480Mbit/s。

.USB最多可以连接一百二十七个周边设备 

 

表1为USB传输介面与传统介面装置的相关规格比较。 

 

而旧有UART介面的产品,可以使用USB微控制器经由USB传输与个人电脑沟通。採用盛群微控制器HT82A525R和标准RS-232装置(Device)连接,是取代传统RS-232传输的一个解决方桉。UART的资料由微控制器的韧体(F/W)处理,并透过USB传输协定,由个人电脑的应用程式处理资料,方块图如图1所示。 

 

 

 

图1 USB to UART硬件功能方块图

 

微控制器采用12MHz振荡器,输入输出(I/O)埠(Port)PA0、PA1分别连接RS232的RXD及TXD接脚。除了选择外挂晶体振荡器,也可选择内建的12MHz振盪电路作为系统频率,并减少印刷电路板(PCB)上使用的零件及降低成本。图2为本设计之应用电路图。 

图2 USB to UART应用电路图

 

USB微控制器透过微控制器的I/O埠与UART介面的装置沟通,由韧体处理I/O埠来自UART装置的资料。 

 

UART的串列传输方式是在传送八个位元资料之前加上一个起始位元,并在传送八个位元资料后加上一个停止位元,于是原先传送一个位元组要传送八次就增为十次。图3是UART串列传输的示意图,传输时间顺序由左至右。 

图3 UART协定图

 

在UART的传输结构中,起始位元固定为0,停止位元固定为1,所以接收端的动作是一直不断地检查传输线的状态。 

 

串列传输协定的传输速度,通常以速率(Baud Rate),即每秒传输的位元数来衡量,一般UART常使用的速率有1,200、2,400、4,800、9,600及19,200等。两种装置在进行串列传输时,必须决定以何种速率来进行资料传输,当两种装置使用同一速率才能确保资料传输正确无误。 

 

USB微控制器将UART资料处理后,主机与装置间的底层都各有一个串列介面引擎(Serial Interface Engine, SIE),使用USB通讯协定彼此进行沟通。HT82A525R微控制器也整合USB SIE,由于微控制器本身只有处理主控端(Host)送来的资料部分,其于信号处理的部分皆由SIE来完成。有SIE单元后,USB韧体工程师只须专注于装置的韧体部分与主机的应用程式。

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