USB总线接口芯片FT245AM

摘要 介绍了一种摘要 介绍了一种 USBUSB 总线接口芯片总线接口芯片 FT245AMFT245AM 及其在航空及其在航空 ARINC429ARINC429 总线测试仪中的应用方法 同时介绍了总线测试仪中的应用方法 同时介绍了 FT245AMFT245AM 的内部结构 管脚的内部结构 管脚 说明以及与微处理器的接口电路 给出了航空说明以及与微处理器的接口电路 给出了航空 ARINC429ARINC429 总线测试仪总线测试仪 的总体框图 部分原理和接口逻辑的的总体框图 部分原理和接口逻辑的 VerilogVerilog HDLHDL 源代码及仿真时源代码及仿真时 序 序 关键词 关键词 USBUSB 总线总线 ARINC429ARINC429 总线总线 FT245AMFT245AM CPLDCPLD MCUMCU 随着计算机的广泛就算 与计算机通信的方式也越来越多 对通信随着计算机的广泛就算 与计算机通信的方式也越来越多 对通信 速度和易用性要求也越来越高 这使得速度和易用性要求也越来越高 这使得 USBUSB 通信方式显得越来越突通信方式显得越来越突 出 应用领域也越来越广泛 因此 在鼠标 键盘 游戏杆 数据出 应用领域也越来越广泛 因此 在鼠标 键盘 游戏杆 数据 采集卡 数码相机 掌上电脑中都有采集卡 数码相机 掌上电脑中都有 USBUSB 的应用 的应用 FT245AMFT245AM 是美国是美国 FTDIFTDI 公司生产的一种公司生产的一种 USBUSB 专用芯片 它具有功能强专用芯片 它具有功能强 体积小 传输速度快 符合 体积小 传输速度快 符合 USB1 1USB1 1 技术规范 易于一微处理器接技术规范 易于一微处理器接 口等特点 因而倍受用户的青睐 笔者采用口等特点 因而倍受用户的青睐 笔者采用 FT245AMFT245AM 成功地开发了成功地开发了 航空航空 ARINC429ARINC429 总线测试仪 总线测试仪 FT245AMFT245AM 集成了集成了 USB1 1USB1 1 通信协议和外设接口 可以方便地实现通信协议和外设接口 可以方便地实现 USBUSB 主机与外设主机与外设 MCUMCU CPLDCPLD 的接口 其数据传输速率可达的接口 其数据传输速率可达 1MB s1MB s FTFT 245AM245AM 内部内部 128128 字节的接收字节的接收 FIFOFIFO 和和 384384 字节的发送字节的发送 FIFOFIFO 大大提高大大提高 了了 USBUSB 主机与外设的通信质量 另外 主机与外设的通信质量 另外 FT245AMFT245AM 还具备还具备 3 3V3 3V 的的 LDOLDO 调整器 调整器 8 8 位频器 位频器 USBUSB 数据时钟恢复数据时钟恢复 PLLPLL USBUSB 数据收发器 且数据收发器 且 EEEE PROMPROM 接口逻辑单元可外接串行存储器接口逻辑单元可外接串行存储器 93C4693C46 以实现 以实现 USBUSB VIDVID PIDPID 序列号和设备说明字符串的存储 使用 序列号和设备说明字符串的存储 使用 FT245AMFT245AM 可大大简化其外可大大简化其外 围电路 使用户设备更趋于小型化 围电路 使用户设备更趋于小型化 1 1 FT245AMFT245AM 简介简介 1 11 1 FT245AMFT245AM 内部结构和引脚功能内部结构和引脚功能 FT245AMFT245AM 芯片的内部结构如图芯片的内部结构如图 1 1 所示 该芯片采用所示 该芯片采用 QFP32QFP32 封装 其封装 其 各管脚说明如下 各管脚说明如下 USBDPUSBDP 7 7 脚 脚 USBUSB 差分数据正端 差分数据正端 EEDATAEEDATA 2 2 脚 串行存储器数据 脚 串行存储器数据 USBDMUSBDM 8 8 脚 脚 USBUSB 差分数据负端 差分数据负端 TESTTEST 5 5 脚 厂商测试管脚 脚 厂商测试管脚 3V3OUT3V3OUT 6 6 脚 脚 3 3V3 3V 电源输出 电源输出 D 7 0 25D 7 0 25 1818 脚脚 外设接口数据总线 外设接口数据总线 XTINXTIN 2727 脚 晶体振荡器输入 脚 晶体振荡器输入 RDRD 1616 脚 外设读数据信号输入 脚 外设读数据信号输入 XTOUTXTOUT 2828 脚 晶体振荡器输出 脚 晶体振荡器输出 WRWR 1515 脚 外设写数据信号输入 脚 外设写数据信号输入 RCCLKRCCLK 3131 脚 脚 RCRC 定时器 定时器 TXETXE 1414 脚 发送脚 发送 FIFOFIFO 空标志输出 空标志输出 RESETRESET 4 4 脚 芯片复位输入 脚 芯片复位输入 RXFRXF 1212 脚 接收脚 接收 FIFOFIFO 非空标志输出 非空标志输出 EECSEECS 3232 脚 串行存储器片选 脚 串行存储器片选 EEREQEEREQ 1111 脚 串行存储器读取请求 脚 串行存储器读取请求 EESKEESK 1 1 脚 串行存储器时钟 脚 串行存储器时钟 EEGNTEEGNT 1010 脚 串行存储器读取允许 脚 串行存储器读取允许 VCCVCC AVCCAVCC 3 3 1313 2626 3030 脚 分别为芯片电源和电路模拟电源脚 分别为芯片电源和电路模拟电源 GNDGND AGNDAGND 9 9 1919 2929 脚 芯片地和模拟地 脚 芯片地和模拟地 1 21 2 FT246AMFT246AM 与外设的数据传输方法与外设的数据传输方法 FT245AMFT245AM 具有外设接口控制单元 可以方便地与具有外设接口控制单元 可以方便地与 MCUMCU CPLDCPLD 接口来接口来 实现数据交换 实现数据交换 当外设从当外设从 FT245AMFT245AM 中读取中读取 USBUSB 主机数据时 如果主机数据时 如果 FT245AMFT245AM 的管的管 脚脚 RXFRXF 为高电平 则表明为高电平 则表明 FT245AMFT245AM 没有接收到没有接收到 USBUSB 主机发送的数据主机发送的数据 此时外围 此时外围 MCUMCU CPLDCPLD 不能读取数据 而当 不能读取数据 而当 MCUMCU CPLDCPLD 检测到 检测到 R R XFXF 为低电平时 表明为低电平时 表明 FT245AMFT245AM 的接收的接收 FIFOFIFO 中已有中已有 USBUSB 主机发送的主机发送的 数据 此时外围数据 此时外围 MCUMCU CPLDCPLD 便可以通过外设数据总线读取数据 便可以通过外设数据总线读取数据 外设通过外设通过 FT245AMFT245AM 读取读取 USBUSB 主机数据的时序图如图主机数据的时序图如图 2 2 所示 所示 当外设通过当外设通过 FT245AMFT245AM 写数据到写数据到 USBUSB 主机时 如果主机时 如果 FT245AMFT245AM 的管脚的管脚 TXTX E E 为高电平 则表示为高电平 则表示 FT245AMFT245AM 内部正忙 外围内部正忙 外围 MCUMCU CPLDCPLD 不能向 不能向 F F T245AMT245AM 的发送的发送 FIFOFIFO 中写数据 而当外围中写数据 而当外围 MCUMCU CPLDCPLD 检测到 检测到 TXETXE 为为 低电平时 则表明低电平时 则表明 FT245AMFT245AM 的发送的发送 FIFOFIFO 空闲 外围空闲 外围 MCUMCU CPLDCPLD 可 可 以向以向 FT245AMFT245AM 中写数据到中写数据到 USBUSB 主机 图主机 图 3 3 所示是外设通过所示是外设通过 FT245AMFT245AM 向向 USBUSB 主机发送数据的时序图 主机发送数据的时序图 2 2 在在 ARINC429ARINC429 总线测试仪中应用总线测试仪中应用 ARINC429ARINC429 总线在航空领域有着广泛的使用 该总线采用差分数据传总线在航空领域有着广泛的使用 该总线采用差分数据传 输方式 支持输方式 支持 12 5kbps12 5kbps 和和 100kbps100kbps 两种传输速率 由于两种传输速率 由于 ARINC429ARINC429 总线设备的应用领域比较特殊 因此需要较高的可靠性 同时其测总线设备的应用领域比较特殊 因此需要较高的可靠性 同时其测 试设备也显得尤为重要 为了方便该总线设备的测试 摆脱专用测试设备也显得尤为重要 为了方便该总线设备的测试 摆脱专用测 试设备的不灵活性 急需一种方便快捷的通信方式来实现计算机与试设备的不灵活性 急需一种方便快捷的通信方式来实现计算机与 该总线设备的互连 使该总线设备的测试可以在计算机中自动完成该总线设备的互连 使该总线设备的测试可以在计算机中自动完成 从而提供测试设备的灵活性和通用性 因此 提出了基于 从而提供测试设备的灵活性和通用性 因此 提出了基于 USBUSB 总总 线的线的 ARINC429ARINC429 总线测试仪 总线测试仪 2 12 1 基于基于 USBUSB 的的 ARINC429ARINC429 总线测试仪结构总线测试仪结构 考虑到考虑到 USBUSB 总线为自供电试 最大可驱动总线为自供电试 最大可驱动 500mA500mA 电流 故电流 故 ARINC429ARINC429 测试仪选取测试仪选取 4 4 路接收 路接收 2 2 路发送的结构 当然 如果允许外接电源路发送的结构 当然 如果允许外接电源 还可以实现更多的收发路数 但这样会降低 还可以实现更多的收发路数 但这样会降低 USBUSB 总线的方便性 总线的方便性 由于由于 ARINC429ARINC429 总线的传输速率最大为总线的传输速率最大为 100kbps100kbps 而 而 USB1 1USB1 1 的通信的通信 能力可达能力可达 12Mbps12Mbps 考虑到协议的额外开销 一路 考虑到协议的额外开销 一路 USBUSB 总线同时完总线同时完 成成 2 2 路路 ARINC429ARINC429 总线的发送和总线的发送和 4 4 路接收 路接收 为了提高为了提高 ARINC429ARINC429 总线测试仪的实时性 可选用高速总线测试仪的实时性 可选用高速 MCUMCU 控制控制 USBUSB 接口芯片接口芯片 FT245AMFT245AM 但 但 MCUMCU 没有足够的没有足够的 I OI O 数 无法满足与数 无法满足与 ARINC42ARINC42 9 9 控制芯片连接的控制芯片连接的 I OI O 管脚 因此 可选用管脚 因此 可选用 CPLDEPM7128SCPLDEPM7128S 来完成来完成 FTFT 245AM245AM 的控制和数据传输 的控制和数据传输 基于基于 USBUSB 的的 ARINC429ARINC429 总线测试仪结构如图总线测试仪结构如图 4 4 所示 图所示 图 5 5 所示是所示是 FT2FT2 45AM45AM 部分的外围电路 部分的外围电路 在谝测试仪电路中 在谝测试仪电路中 EPM7128SEPM7128S 用于完成用于完成 ARINC429ARINC429 总线控制芯片总线控制芯片 DEIDEI 10161016 与与 USBUSB 控制芯片控制芯片 FT245AMFT245AM 的逻辑变换 以使的逻辑变换 以使 USBUSB 主机可以实时主机可以实时 发送数据到发送数据到 ARINC429ARINC429 总线设备 并实时接收设备返回的数据 以供总线设备 并实时接收设备返回的数据 以供 主机中的测试软件进行记录和检测 从而满足设备故障的诊断和定主机中的测试软件进行记录和检测 从而满足设备故障的诊断和定 位之需 位之需 2 22 2 EPM7128SEPM7128S 与与 FT245AMFT245AM 的接口实现的接口实现 EPM7128SEPM7128S 与与 FT245AMFT245AM 的接口电路主要完成从的接口电路主要完成从 FT245AMFT245AM 的接收的接收 FIFOFIFO 中读数据和向中读数据和向 FT245AMFT245AM 的发送的发送 FIFOFIFO 中写数据 采用纯硬件实现方式中写数据 采用纯硬件实现方式 可使可使 FT245AMFT245AM 的接口延时和整个测试仪通信环节的延时达到最小 的接口延时和整个测试仪通信环节的延时达到最小 EPM7128SEPM7128S 可与可与 FT245AMFT245AM 共享工作时钟 它使用共享工作时钟 它使用 1212 条条 I OI O 与与 FT245AMFT245AM 相连 分别对应于相连 分别对应于 FT245AMFT245AM 的的 D0D0 D7D7 TXETXE RXFRXF RDRD WRWR 等 等 对对 EPM7128SEPM7128S 的编程可采用的编程可采用 VerilogHDLVerilogHDL 语言 并采用语言 并采用 SynplifySynplify 综合综合 最后使用 最后使用 MAXPlusMAXPlus IIII 进行布线和仿真 与进行布线和仿真 与 FT245AMFT245AM 的接口设计代的接口设计代 码如下 码如下 产生产生 FT245AMFT245AM 读信号读信号 always posedgealways posedge clkclk oror negedgenegedge reset reset beginbegin if resetif reset 1 b0 1 b0 usb rd 1 b1usb rd 1 b1 elseelse if usb rxf if usb rxf 1 b1 1 b1 usb rd 1 b1 usb rd 1 b1 elseelse if usb rd if usb rd 1 b0 1 b0 usb rd 1 b1 usb rd 1 b1 elseelse if usb rxfif usb rxf 1 b0 usb rd endend 计数器 控制计数器 控制 FT245AMFT245AM 读写时序读写时序 always posedgealways posedge clkclk oror negedgenegedge reset reset beginbegin if resetif reset 1 b0 1 b0 cnt 2 d0 cnt 2 d0 elseelse if cntif cnt 2 d0 2 d0 cnt cnt 1 b1 cnt cnt 1 b1 elseelse if usb txeif usb txe 1 b0 ent cnt 1 b1 endend 产生产生 FT245AMFT245AM 写信号写信号 always posedgealways posedge clkclk oror negedgenegedge reset reset beginbegin if reset if reset 1 b0 1 b0 usb wr 1 b0 usb wr 1 b0 elseelse usb wr cnt usb wr cnt 2 d1 2 d1 endend 读取读取 USBUSB 主机数据主机数据 always posedgealways posedge clkclk oror negedgenegedge reset reset beginbegin if reset if reset 1 b0 1 b0 rx data 8 b00 rx data 8 b00 elseelse if usb rdif usb rd 1 b0 1 b0 rxdata usb data rxdata usb data endend 向向 USBUSB 主机写数据主机写数据 always posedgealways posedge clkclk oror negedgenegedge reset reset beginbegin if resetif reset 1 b0 1 b0 tx data 8 h00 tx data 8 h00 elseelse if cnt 0 if cnt 0 1 b1 tx data data 429 1 b1 tx data data 429 endend FT245Amgn FT245Amgn EPM7128SEPM7128S 的数据三态接口的数据三态接口 assignassign usb data cnt 1 usb data cnt 1 1 b1 tx data 8 hzz 1 b1 tx data 8 hzz 图图 5 5 FT245AMFT245AM 外围电路图外围电路图 3 3 结束语结束语 本文介绍了本文介绍了 USBUSB 接口芯片接口芯片 FT245AMFT245AM 的原理和在航空的原理和在航空 ARINC429ARINC429 总线测总线测 试仪中的具体应用实例方法 笔者将试仪中的具体应用实例方法 笔者将 EPM7128EPM7128 与与 FT245AMFT245AM 的接口逻的接口逻 辑在辑在 MAXplusMAXplus IIII 环境下进行了仿真 结果表明 使用该设计完全可环境下进行了仿真 结果表明 使用该设计完全可 满足实际要求 因此 使用满足实际要求 因此 使用 USBUSB 通信接口的航空通信接口的航空 ARINC429ARINC429 总线测试总线测试 仪 大大便利了仪 大大便利了 429429 总线设备与计算机的通信 有效提高了总线设备与计算机的通信 有效提高了 429429 总总 线设备的检测效率 线设备的检测效率 USB1 1 CH375 有 HOST 和 SLAVE 两种方式 即可以当主机去控制别的 USB 设备 如 U 盘等 又可以被 PC 控制 CH372 只有设备模式 不能控制别的 USB 设备 USB2 0 内部不含单片机核的 USB 芯片 CY7C68001 CYPRESS FT245BM FTDI 内部含有单片机核的 USB 芯片 CY7C68013 CYPRESS 有 3 种 56 针 100 针 128 针 USB OTG CY7C67200 CY7C67300 内含 16 位的 RISC MCU 输出 16 位的数据 为全速的 USB 接口 TD1120 集成全速主机高速从机 TransDimension 公司生产 GL824 没有下到 DATASHEET 不过网上都有资料 应该是高速的 USB HUB AT43301 一个上行 4 个下行 为 USB1 1 接口 GL850A 一个上行 4 个下行 为 USB2 0 接口 以下这些 HUB 是网上弄来的 还没有查过 有要用到的去查查看吧 Alcor Micro AU2916 AU9412 AtmEl AT43301 AT43311 FDTI FT8U2100AX Intel 8x930Hx 8x931Hx KC TecHnology KC82C160 KC82C169 Motorola MC141555 MC141556 PHilips PDIUSBH11 PDIUSBH12 Sola Electronics MSE9701 MSE9712 TI TUSB204613 USAR Systems UR3HCGNH Winbond W81C180 W82C620 PS 1 USB 协议规 USB 通信遵守严格的主从模式 即必须是主 从 不能主 主或从 从 很多人都知 道 但考虑设计的时候没有注意到 2 USB HUB 是 USB 设备 只能接 USB 主机 比如以上的 OTG 的芯片 不能接非 USB 主机的芯片 比如 CY7C68013 但是 HUB 接主机芯片以后 该芯片直接确定为主机模式 不能再设为从机 转二 主机控制器主机控制器 公司名称产品举例 CMD USB0670 USB0673 CypressCY7C670 xx Intel 440BX AGP 440LX AGP LucentUSS 302 Motorola MPC850 MPC823 OPTi82C861 ScanLogic SL811H SL11H SymbiosSYM60800 TransDimensionUH1000 集线器集线器 Alcor MicroAU2916 AU9412 AtemlAT43301 AT43311 FDTIFT8U2100AX Intel8x930Hx 8x931Hx KC TechnologyKC82C160 KC82C169 MotorolaMC141555 MC141556 PhilipsPDIUSBH11 PDIUSBH12 Sola ElectronicsMSE9701 MSE9712 TITUSB204613 USAR SystemsUR3HCGNH WinbondW81C180 W82C620 USBUSB 接口器件接口器件 AKMAK4170 LucentUSS 820 USS 620 MicrelMIC2550 NationalUSBN9602 NetChipNET2888 NET2890 OKIMSM60851 PhilipsPDUSBD11 PDUSBD12 ScanLogicSL11 SL16 ThesysTH6501 TH6503 SipexSP5301 USBUSB 控制器控制器 AMDAM186CC AM186CU AnchorEZ USB AtemlAT43USB321 AT43320 CypressCY7C63xxx CY7C64xxx CY7C65xxx InfineonC161U C167UTAH C541U Intel8x930Ax 8x931Ax Kawasiki LSIUSB1 USB2 USB3 MicrochipPIC16C745 PIC16C765 MitsubishiM7532 M7536 MotorolaMC68HC05JB3 MC68HC05JB4 PhilipsP8xCx90 P8xCx95 ScanLogicSL