利用USBUART橋接器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)在線編程

引 言：

通用串行總線(USB)是一種支持即插即用的新型串行接口，使外設(shè)到計(jì)算機(jī)的連接更加高效便利。這種接口適合于多種設(shè)備，不僅具有快速、即插即用、支持熱插拔的特點(diǎn)，還能同時(shí)連接多達(dá)127個(gè)設(shè)備，解決了如資源沖突、中斷請(qǐng)求和直接數(shù)據(jù)通道等問(wèn)題。因此,越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)者欲在自己的產(chǎn)品中使用這種標(biāo)準(zhǔn)接口。RS232是單個(gè)設(shè)備接入計(jì)算機(jī)時(shí)常采用的一種接入方式，其硬件和軟件協(xié)議比較簡(jiǎn)單，有很多傳統(tǒng)設(shè)備采用了這種通信方式。將USB轉(zhuǎn)UART技術(shù)應(yīng)用于單片機(jī)與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，在計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生一個(gè)虛擬的COM口，用戶(hù)只需按照通用串行口一樣使用USB口即可。這樣不僅能使單片機(jī)具備USB通信的諸多優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了USB編程，同時(shí)還可以利用USB對(duì)單片機(jī)提供5V的電源(500mA以下)。筆者根據(jù)芯片CP2101的USB轉(zhuǎn)UART技術(shù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)電路板，達(dá)到了既提供實(shí)驗(yàn)電路板電源，又實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)電路板通信的目的，并結(jié)合單片機(jī)IAP技術(shù)，可完成單片機(jī)的在線編程。

1 CP2101芯片的功能及工作電路圖

芯片CP2101是一種高度集成的USB轉(zhuǎn)UART橋接器，它包含有USB2.0全速功能控制器、USB收發(fā)器振蕩器和異步串行接口(UART)。該芯片的全部功能集成在一個(gè)5mm×5mm的MLP28封裝的IC中。CP2101內(nèi)置有與計(jì)算機(jī)通信的USB協(xié)議，工作時(shí)，會(huì)在計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生一個(gè)虛擬COM 口，用戶(hù)就可以按照通用串行口的控制方式來(lái)使用這個(gè)COM口。

CP2101內(nèi)集成有多個(gè)模塊，各自完成不同的功能，如圖1所示。

① USB功能控制器是一個(gè)符合USB 2.0的全速器件，集成了收發(fā)器和片內(nèi)相應(yīng)的上拉電阻，USB功能控制器管理 USB和 UART間所有的數(shù)據(jù)傳輸和由 USB主控制器發(fā)出的命令請(qǐng)求以及用于控制 UART功能的命令，USB接口的信號(hào)描述如表1所列。

② 異步串行接口(UART)包括TX (發(fā)送) 、RX (接收) 、數(shù)據(jù)信號(hào)以及RTS、 CTS、 DSR、 DTR、 DCD和 RI控制信號(hào)。UART支持 RTS/CTS、 DSR/DTR和 XOn/XOff握手協(xié)議，可以通過(guò)編程使UART支持各種數(shù)據(jù)格式和波特率，波特率的范圍從300～921600不等。從CP2101轉(zhuǎn)換出來(lái)的 UART信號(hào)不是標(biāo)準(zhǔn)的RS232電平，而是TTL電平，其信號(hào)描述如表2所列。

③ 內(nèi)部 EEPROM可以用于存儲(chǔ)由設(shè)備原始制造商定義的USB供應(yīng)商ID、產(chǎn)品ID、產(chǎn)品說(shuō)明、電源參數(shù)器件、版本號(hào)和器件序列號(hào)等信息。

④ 電壓調(diào)節(jié)器是一個(gè)可以由USB總線驅(qū)動(dòng)的器件電源，可在VDD引腳輸出3.0~3.6 V電壓，1~100 mA電流。

2 基于USB轉(zhuǎn)UART技術(shù)的IAP編程電路設(shè)計(jì)

2.1CP2101的外圍接口電路

CP2101是USB轉(zhuǎn)串行口橋接器，它需要設(shè)計(jì)外接USB接口電路和RS232接口電路。USB接口電路實(shí)現(xiàn)CP2101與計(jì)算機(jī)之間的通信；RS232接口電路實(shí)現(xiàn)CP2101和外設(shè)之間的通信。接口電路如圖2所示。其中RS232電平轉(zhuǎn)換電路可根據(jù)需要選用MAX3243或 MAX232。

圖2CP2101的外圍接口電路