USB到多路RS422轉換器的電路實現(xiàn)

摘要：當USB接口與多個RS422設備進行通信時，由于PC機的USB接口數(shù)量有限，這種情況給用戶帶來極大的不便。為了解決這個問題，采用FTDI公司的F4232H芯片，結合USB總線供電結構，通過簡單的外圍電路設計出一路USB轉4路RS422的轉換器。經(jīng)過測試和實踐結果表明，這種方案具有優(yōu)良的性能和很強的實用價值。
關鍵詞：USB；RS422；FT4232H；轉換器

隨著社會的發(fā)展，USB通用串行總線憑借其傳輸速度快、接口靈活、支持熱插熱拔以及具有很強的擴展性等特點在計算機接口以及終端電子產品中占據(jù)著主導地位，USB接口有逐漸取代其他標準接口的趨勢。然而工業(yè)以及民用大量采用RS422傳輸數(shù)據(jù)的設備裝置，RS422采用雙平衡差分信號傳輸，所有傳輸距離最大可以達到1 200 m，這給工業(yè)用途帶來了極大的便利，不足之處在于傳輸速度慢，這給很多傳統(tǒng)的以RS422為通信接口的外圍設備面臨著巨大的考驗。而USB卻能彌補這些缺點，因此，結合USB的總線結構設計RS422與USB接口的轉換器勢在必行。
然而，一般計算機提供的串行接口有限，當串行設備數(shù)量增加時，端口的短缺問題將給用戶帶來極大的不便，針對這種情況，本文結合實際項目，利用FTDI公司的FT4232H芯片，通過簡單的外圍電路來設計一路USB轉4路RS422的轉換器。

1 總體設計方案
本設計開始時有兩種方案可供選擇：1)在USB前端利用USB HUB芯片，先把單路USB轉換成四路USB信號，再通過USB到RS422單路轉換器來實現(xiàn)：2)直接采用USB到UART接口轉換芯片來實現(xiàn)。兩種方案原理上差別不大，各有各的優(yōu)缺點，前一種各路相對比較獨立，電路調試簡單，但性能不好，體積大，而且成本要求相對來說高；后一種方案對電路的調試相對比較復雜，而且需要額外的EEPROM，但性能較好、體積小并且成本較低，綜合考慮，本文采用第二種方案。

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。USB的一大優(yōu)點是可以提供500 mA的5 V電源，因此，設計時可以采用總線供電。信號通過FT4232H接口芯片，內部處理后轉換成4路接口信號。4路相同的信號，通過光電隔離后再經(jīng)過RS422電平轉換芯片轉換為RS422信號。光電隔離芯片是6N137，由于光電隔離左右端電源要求隔離，所以采用DC-DC芯片F(xiàn)0505S-1WR，電平轉換芯片采用的是SP491，8位移位寄存器采用的是SN74HCT595，主要是用來顯示各路的發(fā)送接收狀態(tài)，而串行EEPROM采用的是93C46B，用來對數(shù)據(jù)進行一定的存儲。

2 主要芯片介紹
2．1 FT4232H
FF4232H芯片是由FIDI(Future Technology Devices International)公司生產的，專門用于USB到RS232／RS485／RS422之間的電平轉換芯片，數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議轉換工作全由芯片獨立完成，無需人工干預，不用編寫芯片的固件，給設計者帶來了極大的便利。利用該芯片只需要加少量的外圍電路就可以實現(xiàn)相應的轉換。
2．1．1 FT4232H的特點
和同類產品相比，F(xiàn)T4232H的主要特點如下：
1)單芯片到4路串口的轉換，整個接口協(xié)議中芯片內部固化，無需外加的編程；
2)支持480 Mb／s USB 2．0的高速規(guī)范，并可在各種工業(yè)標準的串行或并行接口(例如UART或FIFO)下進行配置；
3)提供四種可配置的接口，F(xiàn)T4232H的其中兩個接口可配置為UART、JTAG、SPI、I2C或帶獨立波特率發(fā)生器的位響應模式串口，F(xiàn)T4232H的另外兩個接口具有UART功能或位響應功能；
4)配置為RS-232／-422／-485 UART接口時，這兩個器件均可支持數(shù)據(jù)傳輸率達12 MB／s；
5)通過外接EEPROM，可以提供自己產品的VID、PID、設備序列號以及設備相關的說明文字；
6)雙端口2 k字節(jié)的發(fā)送和接收緩沖單元；
7)支持UART7／8 Bit數(shù)據(jù)位，1／2停止位，奇偶校驗，Mark／Space校驗或無校驗；
8)支持異步串行UART接口滿硬件握手信號，調制接口信號，硬件及Xon／Xoff流量控制；
9)高集成+1．8 V低壓差線性電壓輸出，以及集成12～480MHz頻率合成；
10)集成了電平轉換器，I／O口電平支持5～3．3 V電平邏輯；
11)具有低功耗、高速度的特性，為工業(yè)級溫度范圍：-40～+85℃。