USB-RS to 232轉(zhuǎn)換卡的設(shè)計與實現(xiàn)

2 USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡的設(shè)計

2．1 協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計
根據(jù)原理框圖，選擇恰當(dāng)?shù)膮f(xié)議轉(zhuǎn)換模塊是設(shè)計該卡的關(guān)鍵。設(shè)計轉(zhuǎn)換卡的方法有好幾種：一種方法是采用通用的USB控制器，利用其內(nèi)置的通用異步收發(fā)器(UART)在USB與RS 232之間進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，例如EZ-USB，PIC16C745，CY7C63001等，若沒有內(nèi)置UART，也可以利用通用I／O接口模擬RS 232的收發(fā)過程；另外還可以采用單獨的USB接口收發(fā)器芯片，如ISP1581，PDI-USBD11／12等，但這種方法需要另配微控制器才能工作；第三種就是采用專用的USB與RS 232轉(zhuǎn)換芯片，如CH341芯片，這種芯片的優(yōu)點是數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的協(xié)議轉(zhuǎn)換工作全部由芯片獨立完成，無需干預(yù)，也不用編寫芯片的固件。本文采用CH341的簡裝版CH341T來設(shè)計USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡。圖2是一個利用CH341T和MAX232進(jìn)行USB接口設(shè)計的硬件框圖。如圖所示，該硬件系統(tǒng)由4部分組成：USB接口、CH341T、MAX232和RS 232接口。其中，USB接口用于連接USB主機，在此選用USB總線接口的A型連接頭；CH341T用于完成USB接口轉(zhuǎn)RS 232接口的所有硬件功能；MAX232用于完成RS 232與TLL／CMOS的電平轉(zhuǎn)換；RS 232接口用于連接RS 232設(shè)備。根據(jù)實際需要，選擇目前廣泛應(yīng)用的DB9連接器。

2．2 硬件電路設(shè)計
設(shè)計USB轉(zhuǎn)RS 232串口的硬件連接圖如圖3所示。USB總線包括一對5 V電源線和一對數(shù)據(jù)信號線。通常，+5 V電源線為紅色；接地線為黑色；D+信號線為綠色；D-信號線為白色。USB總線提供的電源電流最大可以達(dá)到500 mA，CH341T芯片可以直接使用USB總線提供的5 V電源。C3和C4是高頻瓷片電容，C3容量一般為4 700 pF～0．02 μF，用于CH341T內(nèi)部電源節(jié)點的退耦；G容量為0．1μF，用于外部電源的退耦。晶振X1、電容C1和C2用于時鐘振蕩電路。X1的頻率是12 MHz，C1和C2是容量為15～30 pF的高頻瓷片電容。MAX232提供電平轉(zhuǎn)換。

2．3 驅(qū)動程序
連接USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡的計算機，必須安裝CH341T的驅(qū)動程序CH341SER．EXE，當(dāng)模塊首次連接到計算機的USB端口時，計算機提示找到新硬件，按照提示完成驅(qū)動程序的安裝。
安裝完驅(qū)動程序后，可以通過計算機的USB接口提供仿真串口。在邏輯功能方面，使用方法與普通計算機串口完全相同，支持大多數(shù)常用的串口監(jiān)控及調(diào)試工具程序，應(yīng)用程序可以不做任何修改，可以像存取一個標(biāo)準(zhǔn)的物理串口一樣訪問這個虛擬串口，在保持軟硬件兼容的前提下，將原串口產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為USB接口。

3 板卡性能測試方法及其結(jié)果

3．1 設(shè)備驅(qū)動層通信功能測試
USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡的性能需要借助可靠的工具來進(jìn)行測試。利用CH341芯片制造商提供的USB測試程序進(jìn)行調(diào)試，點擊搜索CH341串口，出現(xiàn)CH341的串口號為“COM3”的字樣(因為目前電腦上已經(jīng)有兩個串口)，這說明USB-RS 232設(shè)備已經(jīng)成功連接到計算機上。