USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：與RS 232總線的數(shù)據(jù)傳輸速率相比，USB的傳輸速率高達(dá)480 Mb／s，因此很多計(jì)算機(jī)的RS 232串行接口都被USB接口所替換，但是很多儀器儀表、控制終端、遠(yuǎn)程終端等設(shè)備的接口還是沿用RS 232。為解決兩個(gè)接口之間的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)并研制了USB-RS 232接口轉(zhuǎn)換卡。從USB和RS 232通信協(xié)議出發(fā)，詳細(xì)介紹USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡的設(shè)計(jì)原理，并以CH341T芯片為例，設(shè)計(jì)并制作了USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡。利用研制的USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡連接具有RS 232接口的溫濕度傳感器，在運(yùn)行監(jiān)控程序后，傳感器運(yùn)行穩(wěn)定，能正確顯示溫濕度數(shù)據(jù)，且表明該轉(zhuǎn)換卡可成功地實(shí)現(xiàn)RS 232接口與USB接口的轉(zhuǎn)換。
關(guān)鍵詞：USB；RS 232；CH341T；MAX232；接口轉(zhuǎn)換

RS 232自1969年由美國電氣工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)推薦以來，由于接口和通信協(xié)議比較簡單，因而在計(jì)算機(jī)串行通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開發(fā)出了大量的以RS 232為接口的各類產(chǎn)品。但隨著USB總線規(guī)范的推出，使得外設(shè)到計(jì)算機(jī)的連接更加高效、便利，功率不大的外圍設(shè)備可以直接通過USB數(shù)據(jù)線供電，而不必外接電源。USB總線最大可以提供5 V／500 mA電流，并提供節(jié)約能源的掛機(jī)和喚醒模式。此外，由于USB用于上行和下行連接頭的機(jī)械特性不同，還可以防止非法連接。根據(jù)USB協(xié)議，理論上最多可以同時(shí)將127個(gè)外設(shè)連接在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。同時(shí)基于USB的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可使采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換具備廣泛的適用性。USB是目前計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，采用此方案可以使用任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。但是目前仍然有許多使用RS 232串行接口的控制設(shè)備、儀器儀表、遠(yuǎn)程終端等運(yùn)行在諸多應(yīng)用領(lǐng)域中，立即將其改造為USB方式顯然存在成本及實(shí)施方面的問題。為適應(yīng)USB廣泛流行的現(xiàn)實(shí)，有必要開發(fā)USB-RS 232接口轉(zhuǎn)換卡，在它的支持下，這些傳統(tǒng)的設(shè)備無須改造，即可通過其原有的RS 232接口與USB總線接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

1 USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡的組成及其工作原理
1．1 組成
USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡的設(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示，由USB接口模塊、UART接口模塊、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和協(xié)議控制單元組成。各部分功能如下：
USB接口模塊 主要提供與USB總線的連接，它需要實(shí)現(xiàn)一般USB設(shè)備接口的所有功能，以實(shí)現(xiàn)與USB主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。
UART接口模塊 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的RS 232接口的所有功能，以實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)RS 232接口的連接。
協(xié)議控制單元 通過接收USB接口的命令，對UART接口進(jìn)行配置(如配置通信波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位、數(shù)據(jù)量控制信號等)。
數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 用來臨時(shí)保存雙方數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)。

1．2 工作原理
下面以計(jì)算機(jī)與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸為例，介紹USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡的工作原理：
當(dāng)USB-RS 232轉(zhuǎn)換卡連接到USB總線上時(shí)，計(jì)算機(jī)檢測到設(shè)備的連接后對設(shè)備進(jìn)行初始化配置并啟動(dòng)相關(guān)的客戶驅(qū)動(dòng)程序；驅(qū)動(dòng)程序給設(shè)備發(fā)送配置命令以設(shè)置RS 232接口的數(shù)據(jù)傳輸特性；最后，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，計(jì)算機(jī)上的驅(qū)動(dòng)程序首先將數(shù)據(jù)包傳輸給USB接口，USB接口讀出實(shí)際的有效數(shù)據(jù)并保存在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，UART接口則從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中將數(shù)據(jù)取走并發(fā)送給設(shè)備。