USB到多路RS422轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)現(xiàn)

摘要：當(dāng)USB接口與多個(gè)RS422設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，由于PC機(jī)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(gè)問題，采用FTDI公司的F4232H芯片，結(jié)合USB總線供電結(jié)構(gòu)，通過簡單的外圍電路設(shè)計(jì)出一路USB轉(zhuǎn)4路RS422的轉(zhuǎn)換器。經(jīng)過測試和實(shí)踐結(jié)果表明，這種方案具有優(yōu)良的性能和很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：USB；RS422；FT4232H；轉(zhuǎn)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(qiáng)的擴(kuò)展性等特點(diǎn)在計(jì)算機(jī)接口以及終端電子產(chǎn)品中占據(jù)著主導(dǎo)地位，USB接口有逐漸取代其他標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(dá)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(shè)備面臨著巨大的考驗(yàn)。而USB卻能彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，因此，結(jié)合USB的總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)RS422與USB接口的轉(zhuǎn)換器勢在必行。
然而，一般計(jì)算機(jī)提供的串行接口有限，當(dāng)串行設(shè)備數(shù)量增加時(shí)，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(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，利用FTDI公司的FT4232H芯片，通過簡單的外圍電路來設(shè)計(jì)一路USB轉(zhuǎn)4路RS422的轉(zhuǎn)換器。

1 總體設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)開始時(shí)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(zhuǎn)換成四路USB信號，再通過USB到RS422單路轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)：2)直接采用USB到UART接口轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)。兩種方案原理上差別不大，各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，前一種各路相對比較獨(dú)立，電路調(diào)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(diào)試相對比較復(fù)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(diǎn)是可以提供500 mA的5 V電源，因此，設(shè)計(jì)時(shí)可以采用總線供電。信號通過FT4232H接口芯片，內(nèi)部處理后轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)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(chǎn)的，專門用于USB到RS232／RS485／RS422之間的電平轉(zhuǎn)換芯片，數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議轉(zhuǎn)換工作全由芯片獨(dú)立完成，無需人工干預(yù)，不用編寫芯片的固件，給設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。
2．1．1 FT4232H的特點(diǎn)
和同類產(chǎn)品相比，F(xiàn)T4232H的主要特點(diǎn)如下：
1)單芯片到4路串口的轉(zhuǎn)換，整個(gè)接口協(xié)議中芯片內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)的串行或并行接口(例如UART或FIFO)下進(jìn)行配置；
3)提供四種可配置的接口，F(xiàn)T4232H的其中兩個(gè)接口可配置為UART、JTAG、SPI、I2C或帶獨(dú)立波特率發(fā)生器的位響應(yīng)模式串口，F(xiàn)T4232H的另外兩個(gè)接口具有UART功能或位響應(yīng)功能；
4)配置為RS-232／-422／-485 UART接口時(shí)，這兩個(gè)器件均可支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率達(dá)12 MB／s；
5)通過外接EEPROM，可以提供自己產(chǎn)品的VID、PID、設(shè)備序列號以及設(shè)備相關(guān)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(yàn)，Mark／Space校驗(yàn)或無校驗(yàn)；
8)支持異步串行UART接口滿硬件握手信號，調(diào)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(zhuǎn)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℃。