USB總線接口芯片F(xiàn)T245AM

1、.摘要：介紹了一種USB總線接口芯片F(xiàn)T245AM及其在航空ARINC429總線測試儀中的應(yīng)用方法，同時介紹了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源代碼及仿真時序。     關(guān)鍵詞：USB總線 ARINC429總線 FT245AM CPLD MCU隨著計算機(jī)的廣泛就算，與計算機(jī)通信的方式也越來越多，對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

2、USB的應(yīng)用。FT245AM是美國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)時鐘恢

3、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器93C46，以實(shí)現(xiàn)USB VID、PID、序列號和設(shè)備說明字符串的存儲。使用FT245AM可大大簡化其外圍電路，使用戶設(shè)備更趨于小型化。1 FT245AM簡介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）：串行存儲器數(shù)據(jù)；USBDM（8腳）：USB差分?jǐn)?shù)據(jù)負(fù)端；TEST（5腳）：廠商測試管腳；3V3OUT（6腳）：3.3V電源輸出；D7:0(2518腳)：外設(shè)接口數(shù)據(jù)總線；XTIN（27腳

4、）：晶體振蕩器輸入；RD（16腳）：外設(shè)讀數(shù)據(jù)信號輸入；XTOUT（28腳）：晶體振蕩器輸出；WR（15腳）：外設(shè)寫數(shù)據(jù)信號輸入；RCCLK（31腳）：RC定時器；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）：串行存儲器片選；EEREQ（11腳）：串行存儲器讀取請求；EESK（1腳）：串行存儲器時鐘；EEGNT（10腳）：串行存儲器讀取允許；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)

5、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，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)，此時外圍MCU（CPLD）不能讀取數(shù)據(jù)。而當(dāng)MCU（CPLD）檢測到RXF為低電平時，表明FT245AM的接收FIFO中已有USB主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，此時外圍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，如果FT245AM的管

6、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）檢測到TXE為低電平時，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)的時序圖。2 在ARINC429總線測試儀中應(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，同時其測試設(shè)備也顯得尤為重要。為了方便

7、該總線設(shè)備的測試，擺脫專用測試設(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)計算機(jī)與該總線設(shè)備的互連，使該總線設(shè)備的測試可以在計算機(jī)中自動完成，從而提供測試設(shè)備的靈活性和通用性。因此，提出了基于USB總線的ARINC429總線測試儀。2.1 基于USB的ARINC429總線測試儀結(jié)構(gòu)考慮到USB總線為自供電試，最大可驅(qū)動500mA電流，故ARINC429測試儀選取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

8、路USB總線同時完成2路ARINC429總線的發(fā)送和4路接收。為了提高ARINC429總線測試儀的實(shí)時性，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)，無法滿足與ARINC429控制芯片連接的I/O管腳，因此，可選用CPLDEPM7128S來完成FT245AM的控制和數(shù)據(jù)傳輸?；赨SB的ARINC429總線測試儀結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖5所示是FT245AM部分的外圍電路。在諞測試儀電路中，EPM7128S用于完成ARINC429總線控制芯片DEI1016與USB控制芯片F(xiàn)T245AM的邏輯變換，以使USB主機(jī)可以實(shí)時發(fā)送數(shù)據(jù)到ARINC429總線設(shè)備，并實(shí)時接收設(shè)

9、備返回的數(shù)據(jù)，以供主機(jī)中的測試軟件進(jìn)行記錄和檢測，從而滿足設(shè)備故障的診斷和定位之需。    2.2 EPM7128S與FT245AM的接口實(shí)現(xiàn)EPM7128S與FT245AM的接口電路主要完成從FT245AM的接收FIFO中讀數(shù)據(jù)和向FT245AM的發(fā)送FIFO中寫數(shù)據(jù)。采用純硬件實(shí)現(xiàn)方式可使FT245AM的接口延時和整個測試儀通信環(huán)節(jié)的延時達(dá)到最小。EPM7128S可與FT245AM共享工作時鐘，它使用12條I/O與FT245AM相連，分別對應(yīng)于FT245AM的D0D7、TXE、RXF、RD、WR等。對EPM7128S的編程可采用VerilogHDL語言，并采用

10、Synplify綜合，最后使用MAXPlus II進(jìn)行布線和仿真。與FT245AM的接口設(shè)計代碼如下：/-/產(chǎn)生FT245AM讀信號always(posedge clk or negedge reset)beginif(reset = =1b0)usb_rd<=1b1；else if(usb_rxf= =1b1)usb_rd<=1b1;else if(usb_rd= =1b0)usb_rd<=1b1;else if(usb_rxf = = 1b0)&&(usb_rden= =1b1)&&（cnt= =2d0）)usb_rd<=usb_rd

11、;end/-/計數(shù)器，控制FT245AM讀寫時序always(posedge clk or negedge reset)beginif(reset = =1b0)cnt<=2d0;else if(cnt !=2d0)cnt<=cnt+1b1;else if(usb_txe = =1b0)&&(data_valid = =1b1)&&(usb_rden= =1b0)ent<=cnt+1b1;end/-/產(chǎn)生FT245AM寫信號always(posedge clk or negedge reset)beginif(reset= =1b0)usb_w

12、r<=1b0;elseusb_wr<=(cnt= =2d1);end/-/讀取USB主機(jī)數(shù)據(jù)always(posedge clk or negedge reset)beginif(reset= =1b0)rx_data<=8b00;else if(usb_rd = = 1b0)rxdata<=usb_data;end/-/向USB主機(jī)寫數(shù)據(jù)always(posedge clk or negedge reset)beginif(reset = =1b0)tx_data<=8h00;else if(cnt0 = =1b1)tx_data<=data_429;en

13、d/-/FT245Amgn EPM7128S的數(shù)據(jù)三態(tài)接口assign usb_data=(cnt1 = =1b1)?tx_data:8hzz;/-圖5 FT245AM外圍電路圖3 結(jié)束語本文介紹了USB接口芯片F(xiàn)T245AM的原理和在航空ARINC429總線測試儀中的具體應(yīng)用實(shí)例方法。筆者將EPM7128與FT245AM的接口邏輯在MAXplus II環(huán)境下進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明：使用該設(shè)計完全可滿足實(shí)際要求，因此，使用USB通信接口的航空ARINC429總線測試儀，大大便利了429總線設(shè)備與計算機(jī)的通信，有效提高了429總線設(shè)備的檢測效率。 USB1.1:  CH375&

14、#160;    有HOST和SLAVE兩種方式，即可以當(dāng)主機(jī)去控制別的USB設(shè)備，如U盤等，又可以被PC控制。 CH372      只有設(shè)備模式，不能控制別的USB設(shè)備    USB2.0: 內(nèi)部不含單片機(jī)核的USB芯片：CY7C68001       CYPRESS              

15、                              FT245BM          FTDI 內(nèi)部含有單片機(jī)核的USB芯片：CY7C68013     

16、0; CYPRESS     有3種（56針,100針,128針）                                          

17、              USB OTG: CY7C67200、CY7C67300, 內(nèi)含16位的RISC MCU，輸出16位的數(shù)據(jù)。為全速的USB接口 TD1120    集成全速主機(jī)高速從機(jī)，TransDimension公司生產(chǎn) GL824      沒有下到DATASHEET，不過網(wǎng)上都有資料，應(yīng)該是高速的 USB HUB: AT43301  

18、60; 一個上行4個下行，為USB1.1接口 GL850A     一個上行4個下行，為USB2.0接口 以下這些HUB是網(wǎng)上弄來的，還沒有查過，有要用到的去查查看吧： Alcor Micro          AU2916,AU9412 AtmEl          AT43301,AT43311 FDTI      

19、;    FT8U2100AX Intel          8x930Hx,8x931Hx KC TecHnology          KC82C160,KC82C169 Motorola          MC141555,MC141556 PHilips   &

20、#160;      PDIUSBH11,PDIUSBH12 Sola Electronics          MSE9701,MSE9712 TI          TUSB204613 USAR Systems          UR3HCGNH Winbond 

21、         W81C180,W82C620 PS:1、USB協(xié)議規(guī)USB通信遵守嚴(yán)格的主從模式，即必須是主從，不能主主或從從。（很多人都知道，但考慮設(shè)計的時候沒有注意到）        2、USB HUB是USB設(shè)備，只能接USB主機(jī)，比如以上的OTG的芯片，不能接非USB主機(jī)的芯片，比如CY7C68013.但是HUB接主機(jī)芯片以后，該芯片直接確定為主機(jī)模式，不能再設(shè)為從機(jī)。轉(zhuǎn)二主機(jī)控制器公司名稱產(chǎn)品舉例CMDUSB0670、USB0673Cypre

22、ssCY7C670xxIntel440BX AGP、440LX AGPLucentUSS-302MotorolaMPC850、MPC823OPTi82C861ScanLogicSL811H、SL11HSymbiosSYM60800TransDimensionUH1000集線器Alcor MicroAU2916,AU9412AtemlAT43301,AT43311FDTIFT8U2100AXIntel8x930Hx,8x931HxKC TechnologyKC82C160,KC82C169MotorolaMC141555,MC141556PhilipsPDIUSBH11,PDIUSBH12Sol

23、a ElectronicsMSE9701,MSE9712TITUSB204613USAR SystemsUR3HCGNHWinbondW81C180,W82C620USB接口器件AKMAK4170LucentUSS-820,USS-620MicrelMIC2550NationalUSBN9602NetChipNET2888,NET2890OKIMSM60851PhilipsPDUSBD11,PDUSBD12ScanLogicSL11,SL16ThesysTH6501,TH6503SipexSP5301USB控制器AMDAM186CC,AM186CUAnchorEZ-USBAtemlAT43US

24、B321,AT43320CypressCY7C63xxx,CY7C64xxx,CY7C65xxxInfineonC161U,C167UTAH,C541UIntel8x930Ax,8x931AxKawasiki LSIUSB1,USB2,USB3MicrochipPIC16C745,PIC16C765MitsubishiM7532,M7536MotorolaMC68HC05JB3,MC68HC05JB4PhilipsP8xCx90,P8xCx95ScanLogicSL11RSTMicroeletronicsST7277,ST7271NTStandard MicrosystemsUSB97C100,USB97C1