探索UM232H單通道USB高速FT232H開發(fā)模塊：特性、應(yīng)用與配置全解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，USB接口的應(yīng)用無處不在，而UM232H單通道USB高速FT232H開發(fā)模塊為我們提供了一個強大且靈活的解決方案。今天，我們就來深入探討這個模塊的特點、應(yīng)用場景以及不同的配置方式。

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一、UM232H模塊概述

UM232H是FTDI產(chǎn)品系列中的一款USB轉(zhuǎn)串口/FIFO開發(fā)模塊，它采用了FT232H USB高速（480Mb/s）單端口橋接芯片來處理USB信號和協(xié)議。該模塊設(shè)計用于插入標(biāo)準(zhǔn)的0.6英寸寬28引腳DIP插座，通過迷你B USB連接器與主機系統(tǒng)進(jìn)行USB連接。而且，模塊中使用的所有組件，包括FT232H芯片，都是無鉛的（符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)）。

1.1 FT232H芯片特性

FT232H是一款單通道USB 2.0高速（480Mb/s）轉(zhuǎn)串口/FIFO集成電路。它可以配置為多種串行或并行接口，如UART、FIFO或FTDI的MPSSE模式，該模式又可配置為JTAG、SPI和I2C接口。在MPSSE模式下，除了四個接口線外，還有14個位操作線可用。此外，F(xiàn)T232H還支持CPU風(fēng)格的FIFO模式和快速串行接口模式，并引入了半雙工FT1248接口，為FT232H設(shè)備與外部邏輯之間提供靈活的數(shù)據(jù)通信和高性能接口。

二、典型應(yīng)用場景

UM232H模塊主要用于使用FT232H的應(yīng)用程序的原型設(shè)計和評估，其應(yīng)用場景十分廣泛：

• 快速USB集成：可將USB快速集成到現(xiàn)有的和新的電子系統(tǒng)中。
• 多接口轉(zhuǎn)換：實現(xiàn)USB到多端口JTAG、SPI和I2C接口的轉(zhuǎn)換，以及USB到FT1248接口的轉(zhuǎn)換。
• 通信轉(zhuǎn)換：用于USB到RS232 / RS422 / RS485轉(zhuǎn)換器。
• 工業(yè)控制與儀器：在USB儀器儀表、USB工業(yè)控制和USB電子銷售點控制等領(lǐng)域發(fā)揮作用。
• 設(shè)備升級與數(shù)據(jù)傳輸：可用于將傳統(tǒng)外設(shè)升級到USB，以及實現(xiàn)手機、PDA等設(shè)備的USB數(shù)據(jù)傳輸。
• 多媒體與存儲：支持USB音頻和低帶寬視頻數(shù)據(jù)傳輸，以及USB智能卡讀卡器、USB MP3播放器接口和USB閃存卡讀寫器等。
• 其他應(yīng)用：還可用于機頂盒PC - USB接口、USB數(shù)碼相機接口、USB硬件調(diào)制解調(diào)器、USB無線調(diào)制解調(diào)器、USB條形碼閱讀器、USB軟件/硬件加密狗和USB醫(yī)療應(yīng)用等。

2.1 驅(qū)動支持

UM232H開發(fā)模塊需要USB設(shè)備驅(qū)動程序，可從FTDI網(wǎng)站免費獲取。其中，虛擬串口（VCP）驅(qū)動程序可使UM232H看起來像一個串口，允許傳統(tǒng)的串口應(yīng)用程序通過USB運行；另一個FTDI USB驅(qū)動程序D2XX驅(qū)動程序，則可與應(yīng)用程序軟件配合使用，通過DLL直接訪問UM232H上的FT232H。支持的平臺包括當(dāng)前的Microsoft Windows操作系統(tǒng)、Linux版本2.6.39或更高版本（VCP驅(qū)動）、Linux版本2.6.32或更高版本（D2XX驅(qū)動）、Mac OS和Microsoft Windows CE版本4.2及以后版本。

2.2 產(chǎn)品型號

UM232H模塊的產(chǎn)品型號為UM232H，它是FT232H的開發(fā)模塊。

2.3 模塊特性

UM232H具有以下一系列出色的特性：

• 高速兼容性：支持USB 2.0高速（480Mbits/秒）和全速（12Mbits/秒）。
• 簡化開發(fā)：芯片處理整個USB協(xié)議，無需進(jìn)行特定的USB固件編程。
• 接口小巧：采用常見的小型USB Type B連接器。
• 供電靈活：提供USB總線或自供電選項。
• 數(shù)據(jù)傳輸率高：異步UART傳輸數(shù)據(jù)速率高達(dá)12Mbaud，UART接口支持7或8個數(shù)據(jù)位、1或2個停止位以及奇/偶/標(biāo)記/空格/無校驗。
• 握手方式多樣：支持完全輔助的硬件或X - On / X - Off軟件握手，以及RS485應(yīng)用的自動發(fā)送緩沖區(qū)控制。
• 半雙工接口：支持半雙工FT1248接口，具有雙向數(shù)據(jù)總線（1、2、4或8位寬）。
• 同步串行數(shù)據(jù)速率快：在JTAG、SPI和I2C上的同步串行（MPSSE）數(shù)據(jù)速率高達(dá)30Mbps。
• 低功耗與兼容性：支持USB掛起和恢復(fù)，與UHCI / OHCI / EHCI主機控制器兼容。
• 驅(qū)動便利：FTDI的免版稅VCP和D2XX驅(qū)動程序在大多數(shù)情況下消除了USB驅(qū)動開發(fā)的需求。
• 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大：擁有1kByte的接收和發(fā)送緩沖區(qū)，以實現(xiàn)高數(shù)據(jù)吞吐量。
• 信號指示：提供發(fā)送和接收LED驅(qū)動信號，以及可調(diào)節(jié)的接收緩沖區(qū)超時。
• 接口模式豐富：支持同步和異步位操作模式接口選項，帶有RD#和WR#選通信號。
• 電平轉(zhuǎn)換：集成3.3V電平轉(zhuǎn)換器，用于USB I/O。
• 工作溫度范圍廣：工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，可降低開發(fā)時間，快速集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。

三、FT232H芯片的特性與增強功能

3.1 關(guān)鍵特性

• 高速接口：提供USB 2.0高速（480Mbits/s）到靈活且可配置的UART/FIFO接口。
• 功能集成：集成了USB協(xié)議引擎，控制物理通用收發(fā)器宏單元接口（UTMI），處理USB 2.0高速接口的各個方面。還包括一個集成的 + 1.8V/3.3V低壓差（LDO）穩(wěn)壓器和1Kbytes的Tx和Rx數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并且無需固件即可在芯片上集成整個USB協(xié)議。
• MPSSE模式：多協(xié)議同步串行引擎（MPSSE）能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)30 Mbits/s的速度，提供靈活的同步接口配置。
• FT1248接口：支持半雙工FT1248接口，具有雙向數(shù)據(jù)總線接口，可配置為1、2、4或8位寬，為FT232H FT1248從設(shè)備和外部FT1248主設(shè)備之間提供靈活的數(shù)據(jù)通信。該接口由四個信號組成，可通過EEPROM設(shè)置使用免費的FT_Prog實用程序進(jìn)行配置。
• 數(shù)據(jù)傳輸率：在配置為RS232/RS422/RS485 UART接口時，支持高達(dá)12 Mbaud的數(shù)據(jù)傳輸率；在同步245并行FIFO接口上可達(dá)40 Mbytes/秒；在異步245 FIFO接口上可達(dá)8 Mbyte/秒。
• 延遲定時器：驅(qū)動程序的一個特性，用作將短數(shù)據(jù)包傳輸回PC的超時時間，默認(rèn)值為16ms，但可在0ms至255ms之間更改。
• 總線（ACBUS）功能：有11個可配置的ACBUS I/O引腳，可配置為多種功能，如TXDEN、PWREN#、TXLED#、RXLED#等，還可單獨配置為GPIO引腳，在UART接口使用時，可提供多達(dá)4個通用I/O引腳。
• 多功能控制器：擁有一個獨立的串行/FIFO控制器，可控制UART數(shù)據(jù)、245 FIFO數(shù)據(jù)、快速串行（光隔離）或位操作模式，每個多功能UART/FIFO控制器還包含一個MPSSE，可通過軟件命令配置為MPSSE接口（SPI、I2C和JTAG）。
• USB協(xié)議引擎和FIFO控制：控制和管理UTMI PHY與芯片F(xiàn)IFOs之間的接口，處理電源管理和USB協(xié)議規(guī)范。
• 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：包括1Kbytes的端口FIFO TX緩沖區(qū)和1Kbytes的端口FIFO RX緩沖區(qū)，分別用于存儲來自主機PC的數(shù)據(jù)和來自多功能串行/FIFO控制器的數(shù)據(jù)。
• 復(fù)位發(fā)生器：集成的復(fù)位發(fā)生器單元在電源開啟時為設(shè)備內(nèi)部電路提供可靠的上電復(fù)位，RESET#輸入引腳允許外部設(shè)備復(fù)位FT232H。
• 波特率發(fā)生器：從120MHz參考時鐘為UART提供x16或x10時鐘輸入，由14位預(yù)分頻器和4個寄存器位組成，可對波特率進(jìn)行微調(diào)，波特率可在183波特至12 Mbaud之間編程。
• EEPROM接口：如果安裝了外部EEPROM，F(xiàn)T232H可配置為異步串行UART（默認(rèn)模式）、并行FIFO（245）模式、FT1248、快速串行（光隔離）或CPU風(fēng)格的FIFO。EEPROM應(yīng)為16位寬配置，如93LC56B或等效芯片，可通過FTDI網(wǎng)站提供的FT_Prog實用程序在電路中進(jìn)行編程。
• LDO穩(wěn)壓器：+3.3/+1.8V LDO穩(wěn)壓器為核心和USB收發(fā)器單元生成 + 1.8V電壓，為IO和內(nèi)部PLL以及USB PHY電源提供 + 3.3V電壓。
• UTMI PHY：通用收發(fā)器宏單元接口（UTMI）物理接口單元，處理USB TX/RX數(shù)據(jù)的全速/高速SERDES（串行化 - 反序列化）功能，提供芯片其余部分的時鐘，需要連接12 MHz晶體或12 MHz振蕩器。其功能包括支持480 Mbit/s“高速”（HS）/ 12 Mbit/s“全速”（FS）、SYNC/EOP生成和檢查、數(shù)據(jù)和時鐘恢復(fù)、位填充/去填充、位填充錯誤檢測、管理USB恢復(fù)、喚醒和掛起功能以及通過片上PLL生成更高速度的串行數(shù)據(jù)時鐘。

四、UM232H引腳輸出和信號描述

4.1 引腳輸出

UM232H的每個引腳的信號標(biāo)簽和引腳標(biāo)識符在文檔中有詳細(xì)說明，可參考相關(guān)圖示。

4.2 信號描述

文檔中提供了UM232H引腳在不同配置下的功能表，包括串行（RS232）異步、同步245 FIFO、異步245 FIFO、異步位操作、同步位操作、MPSSE、快速串行接口、CPU風(fēng)格FIFO和FT1248等模式。同時，還對每個引腳的類型和描述進(jìn)行了詳細(xì)說明，如J1和J2連接器的各個引腳的功能。需要注意的是，部分引腳默認(rèn)配置為上拉或下拉輸入，并且在USB掛起時可通過EEPROM設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

4.3 ACBUS信號選項

ACBUS I/O引腳可使用FT_PROG軟件實用程序進(jìn)行EEPROM配置，其默認(rèn)EEPROM配置在文檔中有詳細(xì)說明。ACBUS信號選項包括TXDEN、PWREN#、TXLED#、RXLED#、TX&RXLED#、SLEEP#、CLK30、CLK15、CLK7.5、TriSt - PU、DRIVE 1、DRIVE 0和I/O模式等，每個選項都有其特定的功能和應(yīng)用場景。

五、模塊尺寸與特性

UM232H模塊的尺寸在文檔中有圖示說明，所有尺寸單位為毫米。該模塊使用的組件均為無鉛組件，完全符合歐盟指令2002/95/EC。

六、FT232H設(shè)備特性與額定值

6.1 DC特性

I/O信號電平為 + 3.3V，所有IO引腳（除USB PHY引腳外）均為 + 5V耐受。文檔中提供了DC特性表，包括VCCIO工作電源電壓、VREGIN電壓調(diào)節(jié)器輸入、調(diào)節(jié)器輸出電流、UM232H在 + 5V和 + 3.3V電源下的電流消耗等參數(shù)。需要注意的是，未能連接所有VCCIO引腳可能會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)不可預(yù)測的行為。

七、模塊配置

UM232H模塊可以配置為USB總線供電或USB自供電，以下是不同配置方式的詳細(xì)說明：

7.1 總線供電配置

在總線供電配置中，模塊的 + 5V電源由USB總線提供，3V3穩(wěn)壓器輸出為FT232H的核心供電。典型的USB總線供電設(shè)計配置包括J1 - 2到J1 - 3的連接和J2 - 2到J2 - 3的連接。USB總線供電設(shè)備的基本規(guī)則包括插入USB時電流不超過100mA、USB掛起時電流不超過500μA等。在與微控制器或其他邏輯進(jìn)行接口時，與自供電設(shè)計的方式基本相同，只是MCU或外部邏輯從USB總線獲取電源。

7.2 USB總線供電與電源切換配置

USB總線供電電路需要在USB掛起模式下能夠斷電，以滿足總USB掛起電流不超過500μA的要求。對于無法自行斷電的外部邏輯，F(xiàn)T232H提供了一種簡單有效的方法，可在USB掛起期間關(guān)閉外部電路的電源。可以使用離散的P溝道邏輯電平MOSFET來控制外部邏輯電路的電源，同時建議使用“軟啟動”電路來限制MOSFET開啟時的電流浪涌。另外，也可以使用具有內(nèi)置“軟啟動”功能的專用電源開關(guān)IC。在進(jìn)行電源控制設(shè)計時，需要注意邏輯的復(fù)位電路、EEPROM中的下拉選項設(shè)置、ACBUS引腳的配置、設(shè)備功率消耗的設(shè)置以及3.3V電源控制電路的電源供應(yīng)等問題。

7.3 自供電配置

7.3.1 3V3 I/O且使用 + 5V外部電源的自供電配置

在這種配置中，外部 + 5.0V電源連接到模塊的5V0引腳，J2 - 2（VIO）連接到J2 - 3（3V3）以從板載穩(wěn)壓器獲取VCCIO電源。USB自供電設(shè)備從自身的電源獲取電力，不從USB總線吸取電流。為了避免在USB主機或集線器控制器斷電時向USB總線強制供電，需要使用USB電源控制FT232H設(shè)備的RESET#引腳。此外，還可以使用PWRSAV#功能來防止電流回流到USB總線，并在USB主機斷電時將FT232H置于睡眠模式，但在MPSSE模式下使用該功能時需要注意與GPIO模式的沖突。

7.3.2 3V3 I/O且使用 + 3.3V外部電源的自供電配置

這種配置與上述 + 5V外部電源的自供電配置類似，只是UM232H模塊由外部3.3V電源供電，連接到模塊的5V0、VIO和3V3引腳。同樣，也可以實現(xiàn)利用PWRSAV#的替代配置。

八、模塊電路原理圖

文檔中提供了M232H模塊的電路原理圖，可用于進(jìn)一步的電路分析和設(shè)計。

九、EEPROM配置

FT232H使用外部EEPROM（在UM232H模塊上），可通過FT_Prog在USB上進(jìn)行編程。文檔中列出了EEPROM的默認(rèn)設(shè)置，包括USB廠商ID、產(chǎn)品ID、設(shè)備版本、序列號、I/O引腳在USB掛起時的下拉選項、制造商名稱、產(chǎn)品描述、最大總線功率電流、電源來源、設(shè)備類型、USB版本、遠(yuǎn)程喚醒、高電流I/O、加載VCP驅(qū)動以及ACBUS引腳的默認(rèn)配置等。

十、聯(lián)系信息

文檔提供了Future Technology Devices International Limited的總部和分支機構(gòu)的聯(lián)系信息，包括地址、電話、傳真和電子郵件地址，以及公司的網(wǎng)站。

綜上所述，UM232H單通道USB高速FT232H開發(fā)模塊是一款功能強大、應(yīng)用廣泛的開發(fā)工具，通過合理的配置和使用，可以為電子工程師在USB接口設(shè)計和開發(fā)中提供極大的便利。你在使用UM232H模塊的過程中遇到過哪些問題呢？又有哪些獨特的應(yīng)用經(jīng)驗可以分享呢？歡迎在評論區(qū)留言討論。