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USB接口芯片FT245AM的原理
摘要：介紹了一種USB總線(xiàn)接口芯片FT245AM及其在航空ARINC429總線(xiàn)測試儀中的應用方法，同時(shí)介紹了FT245AM的內部結構、管腳說(shuō)明以及與微處理器的接口電路，給出了航空ARINC429總線(xiàn)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(shí)序。隨著(zhù)計算機的廣泛就算，與計算機通信的方式也越來(lái)越多，對通信速度和易用性要求也越來(lái)越高，這使得USB通信方式顯得越來(lái)越突出，應用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。因此，在鼠標、鍵盤(pán)、游戲桿、數據采集卡、數碼相機、掌上電腦中都有USB的應用。
FT245AM是美國FTDI公司生產(chǎn)的一種USB專(zhuān)用芯片。它具有功能強、體積小、傳輸速度快、符合USB1.1技術(shù)規范、易于一微處理器接口等特點(diǎn)，因而倍受用戶(hù)的青睞。筆者采用FT245AM成功地開(kāi)發(fā)了航空ARINC429總線(xiàn)測試儀。
FT245AM集成了USB1.1通信協(xié)議和外設接口，可以方便地實(shí)現USB主機與外設MCU、CPLD的接口，其數據傳輸速率可達1MB/s。FT245AM內部128字節的接收FIFO和384字節的發(fā)送FIFO大大提高了USB主機與外設的通信質(zhì)量。另外，FT245AM還具備3.3V的LDO調整器、8位頻器、USB數據時(shí)鐘恢復PLL、USB數據收發(fā)器，且EEPROM接口邏輯單元可外接串行存儲器93C46，以實(shí)現USB VID、PID、序列號和設備說(shuō)明字符串的存儲。使用FT245AM可大大簡(jiǎn)化其外圍電路，使用戶(hù)設備更趨于小型化。
1 FT245AM簡(jiǎn)介
1.1 FT245AM內部結構和引腳功能
FT245AM芯片的內部結構如圖1所示。該芯片采用QFP32封裝，其各管腳說(shuō)明如下：
USBDP（7腳）：USB差分數據正端；
EEDATA（2腳）：串行存儲器數據；
USBDM（8腳）：USB差分數據負端；
TEST（5腳）：廠(chǎng)商測試管腳；
3V3OUT（6腳）：3.3V電源輸出；
D[7:0](25～18腳)：外設接口數據總線(xiàn)；
XTIN（27腳）：晶體振蕩器輸入；
RD（16腳）：外設讀數據信號輸入；
XTOUT（28腳）：晶體振蕩器輸出；
WR（15腳）：外設寫(xiě)數據信號輸入；
RCCLK（31腳）：RC定時(shí)器；
TXE（14腳）：發(fā)送FIFO空標志輸出；
RESET（4腳）：芯片復位輸入；
RXF（12腳）：接收FIFO非空標志輸出；
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(shí)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與外設的數據傳輸方法
FT245AM具有外設接口控制單元，可以方便地與MCU、CPLD接口來(lái)實(shí)現數據交換。
當外設從FT245AM中讀取USB主機數據時(shí)，如果FT245AM的管腳RXF為高電平，則表明FT245AM沒(méi)有接收到USB主機發(fā)送的數據，此時(shí)外圍MCU（CPLD）不能讀取數據。而當MCU（CPLD）檢測到RXF為低電平時(shí)，表明FT245AM的接收FIFO中已有USB主機發(fā)送的數據，此時(shí)外圍MCU（CPLD）便可以通過(guò)外設數據總線(xiàn)讀取數據。外設通過(guò)FT245AM讀取USB主機數據的時(shí)序圖如圖2所示。
當外設通過(guò)FT245AM寫(xiě)數據到USB主機時(shí)，如果FT245AM的管腳TXE為高電平，則表示FT245AM內部正忙，外圍MCU（CPLD）不能向FT245AM的發(fā)送FIFO中寫(xiě)數據。而當外圍MCU（CPLD）檢測到TXE為低電平時(shí)，則表明FT245AM的發(fā)送FIFO空閑，外圍MCU（CPLD）可以向FT245AM中寫(xiě)數據到USB主機。圖3所示是外設通過(guò)FT245AM向USB主機發(fā)送數據的時(shí)序圖。
2 在A(yíng)RINC429總線(xiàn)測試儀中應用
ARINC429總線(xiàn)在航空領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的使用，該總線(xiàn)采用差分數據傳輸方式，支持12.5kbps和100kbps兩種傳輸速率。由于A(yíng)RINC429總線(xiàn)設備的應用領(lǐng)域比較特殊，因此需要較高的可靠性，同時(shí)其測試設備也顯得尤為重要。為了方便該總線(xiàn)設備的測試，擺脫專(zhuān)用測試設備的不靈活性，急需一種方便快捷的通信方式來(lái)實(shí)現計算機與該總線(xiàn)設備的互連，使該總線(xiàn)設備的測試可以在計算機中自動(dòng)完成，從而提供測試設備的靈活性和通用性。因此，提出了基于USB總線(xiàn)的ARINC429總線(xiàn)測試儀。
2.1 基于USB的ARINC429總線(xiàn)測試儀結構
考慮到USB總線(xiàn)為自供電試，最大可驅動(dòng)500mA電流，故ARINC429測試儀選取4路接收、2路發(fā)送的結構。當然，如果允許外接電源，還可以實(shí)現更多的收發(fā)路數，但這樣會(huì )降低USB總線(xiàn)的方便性。由于A(yíng)RINC429總線(xiàn)的傳輸速率最大為100kbps，而USB1.1的通信能力可達12Mbps。，考慮到協(xié)議的額外開(kāi)銷(xiāo)，一路USB總線(xiàn)同時(shí)完成2路ARINC429總線(xiàn)的發(fā)送和4路接收。
為了提高ARINC429總線(xiàn)測試儀的實(shí)時(shí)性，可選用高速MCU控制USB接口芯片FT245AM，但MCU沒(méi)有足夠的I/O數，無(wú)法滿(mǎn)
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