UM245R USB - 并行FIFO開發(fā)模塊：特性、配置與應(yīng)用解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，USB與并行FIFO接口的開發(fā)模塊是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效傳輸?shù)年P(guān)鍵組件。今天，我們就來深入探討Future Technology Devices International Ltd推出的UM245R USB - 并行FIFO開發(fā)模塊。

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一、UM245R模塊簡(jiǎn)介

UM245R是一款采用FTDI的FT245RL芯片的開發(fā)模塊。FT245R作為USB到并行FIFO的接口，具備新的FTDIChip - ID?安全加密狗功能，同時(shí)支持異步和同步位操作模式。該模塊將外部EEPROM、時(shí)鐘電路和USB電阻完全集成到設(shè)備中，簡(jiǎn)化了USB到并行的設(shè)計(jì)。而且，F(xiàn)T245R相比前代產(chǎn)品增加了新功能，在某些應(yīng)用領(lǐng)域可視為“二合一”芯片。每個(gè)設(shè)備在制造過程中會(huì)燒錄一個(gè)唯一的FTDIChip - ID?，可通過USB讀取，為保護(hù)客戶應(yīng)用程序軟件不被復(fù)制提供了安全保障。

UM245R模塊采用PCB設(shè)計(jì)，可插入標(biāo)準(zhǔn)的15.0mm（0.6”）寬24引腳DIP插座，所有組件（包括FT245RL）均為無鉛（符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)）。

二、典型應(yīng)用場(chǎng)景

UM245R模塊的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域：

1. 傳統(tǒng)外設(shè)升級(jí)：將傳統(tǒng)外設(shè)升級(jí)為支持USB接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。
2. 通信設(shè)備：用于蜂窩和無繩電話的USB數(shù)據(jù)傳輸電纜和接口。
3. MCU/PLD/FPGA設(shè)計(jì)：將基于MCU、PLD或FPGA的設(shè)計(jì)與USB接口連接。
4. 多媒體數(shù)據(jù)傳輸：支持USB音頻和低帶寬視頻數(shù)據(jù)傳輸。
5. 移動(dòng)設(shè)備連接：實(shí)現(xiàn)PDA與USB的數(shù)據(jù)傳輸。
6. 智能卡與儀器儀表：用于USB智能卡讀卡器、USB儀器儀表和USB工業(yè)控制。
7. 消費(fèi)電子設(shè)備：如USB MP3播放器接口、USB閃存卡讀寫器、機(jī)頂盒PC - USB接口、USB數(shù)碼相機(jī)接口等。
8. 通信調(diào)制解調(diào)器：包括USB硬件調(diào)制解調(diào)器、USB無線調(diào)制解調(diào)器和USB條形碼閱讀器。
9. 軟件加密：作為USB軟件/硬件加密狗使用。

三、驅(qū)動(dòng)支持

UM245R模塊提供了豐富的驅(qū)動(dòng)支持，包括免費(fèi)的VIRTUAL COM PORT (VCP)驅(qū)動(dòng)和D2XX Direct驅(qū)動(dòng)，支持多種操作系統(tǒng)，如Windows系列（包括Windows 10、8/8.1、7、Vista、XP等不同版本）、Windows CE.NET、MAC OS和Linux等。這些驅(qū)動(dòng)均可從www.ftdichip.com免費(fèi)下載，此外還有各種第三方驅(qū)動(dòng)適用于其他操作系統(tǒng)。

四、UM245R模塊特性

（一）數(shù)據(jù)傳輸與接口特性

1. 單芯片雙向傳輸：實(shí)現(xiàn)USB到并行FIFO的雙向數(shù)據(jù)傳輸，芯片處理整個(gè)USB協(xié)議，無需進(jìn)行特定的USB固件編程。
2. 簡(jiǎn)單接口設(shè)計(jì)：通過4線握手接口與MCU/PLD/FPGA邏輯實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單連接。
3. 高速數(shù)據(jù)傳輸：使用D2XX Direct驅(qū)動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1MB/秒；使用VCP驅(qū)動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)300KB/秒。

（二）功能特性

1. 安全特性：具備FTDIChip - ID?功能，用于軟件授權(quán)保護(hù)。
2. FIFO緩沖：FIFO接收和發(fā)送緩沖區(qū)確保高數(shù)據(jù)吞吐量。
3. 可調(diào)接收緩沖區(qū)超時(shí)：可根據(jù)需求調(diào)整接收緩沖區(qū)超時(shí)時(shí)間。
4. 位操作模式：支持同步和異步位操作模式，RD#和WR strobes使數(shù)據(jù)總線可作為通用I/O端口使用。
5. EEPROM存儲(chǔ)：集成1024位內(nèi)部EEPROM，用于存儲(chǔ)USB VID、PID、序列號(hào)和產(chǎn)品描述字符串，且設(shè)備預(yù)編程有唯一的USB序列號(hào)。
6. 電源管理：支持USB掛起/恢復(fù)功能，通過PWREN#引腳和喚醒引腳實(shí)現(xiàn)。
7. 事件字符支持：內(nèi)置對(duì)事件字符的支持。
8. 多種電源配置：支持總線供電、自供電和高功率總線供電的USB配置。
9. 電平轉(zhuǎn)換：集成3.3V電平轉(zhuǎn)換器用于USB I/O，F(xiàn)IFO接口和控制引腳集成電平轉(zhuǎn)換器，可與5V - 1.8V邏輯接口。
10. 輸出驅(qū)動(dòng)：提供真正的5V/3.3V/2.8V/1.8V CMOS驅(qū)動(dòng)輸出和TTL輸入，I/O引腳具有高輸出驅(qū)動(dòng)選項(xiàng)。
11. 集成組件：集成USB終端電阻和上電復(fù)位電路，完全集成時(shí)鐘，無需外部晶體、振蕩器或諧振器，集成AVCC電源濾波。
12. 低功耗與兼容性：支持USB批量傳輸模式，3.3V - 5.25V單電源操作，低工作電流和USB掛起電流，低USB帶寬消耗，與UHCI/OHCI/EHCI主機(jī)控制器兼容，支持USB 2.0全速模式。
13. 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，適用于汽車和工業(yè)應(yīng)用。
14. 封裝設(shè)計(jì)：提供兩種封裝選項(xiàng)，28引腳SSOP（FT245RL）和5mm x 5mm無引腳QFN - 32封裝（FT245RQ），均為無鉛封裝，符合歐盟指令2002/95/EC。

五、FT245RL芯片特性與改進(jìn)

（一）集成設(shè)計(jì)

1. 時(shí)鐘電路：集成時(shí)鐘電路，無需外部晶體或陶瓷諧振器，但VCC需在4.0 - 5.25V之間，必要時(shí)也可使用外部12MHz晶體作為時(shí)鐘源。
2. EEPROM：集成EEPROM，用戶可更改產(chǎn)品描述字符串，內(nèi)部EEPROM可通過USB編程，無需額外電壓，且預(yù)編程有唯一序列號(hào)。
3. USB電阻：集成USB電阻，減少了外部組件數(shù)量。
4. AVCC濾波：集成AVCC濾波，取消了單獨(dú)的AVCC引腳和外部R - C濾波器。

（二）功能增強(qiáng)

1. 位操作模式增強(qiáng)：增強(qiáng)了異步位操作模式，RD#和WR strobes可用于外部邏輯時(shí)鐘；支持同步位操作模式，使控制程序更易測(cè)量輸出刺激的響應(yīng)。
2. 低電源電壓：VCC供電范圍為4.0V - 5V，降低了電源要求。
3. 電平轉(zhuǎn)換集成：FIFO接口和控制信號(hào)集成電平轉(zhuǎn)換器，VCCIO引腳供電范圍為1.8V - 5V，可直接與不同邏輯電平接口。
4. 上電復(fù)位電路：集成上電復(fù)位（POR）電路，RESET#引腳可用于外部邏輯復(fù)位。
5. 喚醒功能：USB掛起模式下，若啟用遠(yuǎn)程喚醒功能，RXF#引腳可用于喚醒USB主機(jī)。
6. 低功耗設(shè)計(jì)：降低了工作電流和掛起電流，分別為15mA和70μA左右，滿足USB掛起電流限制。
7. 低帶寬消耗：USB接口設(shè)計(jì)盡量減少了USB帶寬消耗。
8. 高輸出驅(qū)動(dòng)：并行FIFO接口和FIFO握手輸出引腳可提供三倍標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電平。
9. 電源管理控制：PWREN#信號(hào)可用于控制外部電路的電源開關(guān)，內(nèi)部EEPROM可配置設(shè)備在電源關(guān)閉時(shí)使FIFO接口線輕輕下拉。
10. FTDIChip - ID?：唯一的序列號(hào)用于軟件授權(quán)，可實(shí)現(xiàn)可再生的授權(quán)方案。
11. EMI性能改進(jìn)：降低的工作電流和改進(jìn)的片上VCC去耦提高了PCB設(shè)計(jì)的EMI性能。
12. 可編程FIFO TX緩沖區(qū)超時(shí)：FIFO TX緩沖區(qū)超時(shí)可通過USB編程，范圍為1ms - 255ms，優(yōu)化短數(shù)據(jù)包協(xié)議的響應(yīng)時(shí)間。

六、UM245R引腳與信號(hào)描述

（一）引腳輸出

UM245R模塊的引腳輸出和跳線位置有明確的定義，各引腳具有不同的功能，如數(shù)據(jù)總線引腳（DB0 - DB7）用于數(shù)據(jù)傳輸，VIO引腳用于提供FIFO接口和控制引腳的電源，PWE#引腳用于控制外部邏輯的電源等。

（二）信號(hào)描述

不同引腳的信號(hào)具有特定的功能和時(shí)序要求。例如，RD#引腳用于使能當(dāng)前FIFO數(shù)據(jù)字節(jié)，WR引腳用于將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送FIFO緩沖區(qū)，TXE#和RXF#引腳分別用于指示FIFO的發(fā)送和接收狀態(tài)。

（三）跳線配置

通過跳線J1和J2可實(shí)現(xiàn)不同的配置，如選擇VIO引腳的供電電壓（3.3V或5V），以及模塊的供電方式（總線供電或自供電）。

（四）時(shí)序圖

文檔中還提供了FT245 FIFO控制接口的讀取和寫入周期時(shí)序圖，明確了各信號(hào)的時(shí)間參數(shù)，如RD#和WR的脈沖寬度、數(shù)據(jù)建立和保持時(shí)間等。

七、模塊配置

（一）總線供電配置

默認(rèn)情況下，UM245R模塊采用總線供電配置，通過連接跳線J2實(shí)現(xiàn)?？偩€供電設(shè)備需遵循一定規(guī)則，如插入U(xiǎn)SB時(shí)電流不超過100mA，USB掛起時(shí)電流不超過500μA（啟用遠(yuǎn)程喚醒時(shí)為2.5mA）等。

（二）自供電配置

自供電配置中，需移除跳線J2，并連接外部電源到模塊的VCC引腳。自供電設(shè)備不依賴USB總線供電，但需注意避免向USB總線注入電流。

（三）帶電源開關(guān)的總線供電配置

對(duì)于需要在USB掛起時(shí)關(guān)閉外部電路電源的應(yīng)用，可使用離散的P - 通道邏輯電平MOSFET或?qū)Ｓ秒娫撮_關(guān)IC控制外部電路的電源。

（四）3.3V邏輯驅(qū)動(dòng)/IO供電電壓配置

通過跳線開關(guān)可使FT245R與3.3V或5V邏輯設(shè)備接口，VCCIO引腳可選擇5V或3.3V供電。同時(shí)，需注意在USB掛起時(shí)控制外部邏輯的電源，以及選擇合適的調(diào)節(jié)器。

八、內(nèi)部EEPROM配置

FT245R的內(nèi)部EEPROM存儲(chǔ)了USB配置描述符，默認(rèn)值包括USB Vendor ID、Product ID、序列號(hào)、制造商名稱等。用戶可使用FT_PROG工具通過USB對(duì)內(nèi)部EEPROM進(jìn)行編程，若沒有自己的USB Vendor ID，可向FTDI申請(qǐng)免費(fèi)的唯一Product ID塊。

九、總結(jié)

UM245R USB - 并行FIFO開發(fā)模塊憑借其豐富的功能、靈活的配置和高效的數(shù)據(jù)傳輸能力，為電子工程師在USB與并行FIFO接口設(shè)計(jì)方面提供了強(qiáng)大的支持。無論是傳統(tǒng)外設(shè)升級(jí)、通信設(shè)備開發(fā)還是工業(yè)控制應(yīng)用，UM245R都能發(fā)揮重要作用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們需根據(jù)具體需求合理選擇模塊配置和驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和穩(wěn)定性。你在使用類似模塊時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。