USB擴(kuò)展串口方案在移動(dòng)終端功能擴(kuò)展中的應(yīng)用

介紹USB的特點(diǎn)，提出用USB進(jìn)行串口擴(kuò)展的方案，描述了該方案的優(yōu)越性，并同傳統(tǒng)串口擴(kuò)展方案進(jìn)行了比較，體現(xiàn)了USB方案的大好前景。

在利用PDA或筆記本電腦進(jìn)行野外勘探和數(shù)據(jù)采集時(shí)，需要有定位和無線通信功能，因此需要相應(yīng)的GPS及GPRS模塊。GPS負(fù)責(zé)采集位置信息，GPRS則進(jìn)行通信，將采集的信息發(fā)送給服務(wù)中心，也可在需要的時(shí)候從服務(wù)中心獲取相應(yīng)的信息。兩個(gè)模塊需要同時(shí)協(xié)調(diào)工作，這樣PDA(或筆記本)就需要兩個(gè)串口與其連接。但PDA一般只能提供一個(gè)串口，為使二者同時(shí)工作，就必須進(jìn)行串口擴(kuò)展。串口擴(kuò)展的傳統(tǒng)方法是串口擴(kuò)展串口或者采用專門的串口擴(kuò)展芯片來增加串口。由于野外作業(yè)的特殊性，要盡可能考慮使用者的方便。而串口連接的設(shè)備及部件在使用上插拔很不方便，為此，我們尋找一種新的串口擴(kuò)展方案，即采用USB轉(zhuǎn)串口的方法來擴(kuò)展串口。

USB是將適用于USB的外圍設(shè)備連接到主機(jī)的外部總線結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)外設(shè)的安裝十分簡單。所有的USB外設(shè)利用通用的連接器可簡單方便地連入計(jì)算機(jī)中，既不必打開機(jī)箱插入插卡，也不必考慮資源分配，更不用關(guān)掉計(jì)算機(jī)電源，即可實(shí)現(xiàn)熱插拔。(2)USB提供低速與全速兩種數(shù)據(jù)傳送速度規(guī)格。全速傳送時(shí)，結(jié)點(diǎn)間連接距離為5m，使用4芯電纜(電源線2條，信號(hào)線2條)連接。該速率與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串行端口相比，大約快出100倍；與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的并行端口相比，也快出近10倍。(3)支持多設(shè)備連接。利用菊花鏈的形式對端口加以擴(kuò)展，最多可在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)支持127種設(shè)備，避免了PC機(jī)上插槽數(shù)量對擴(kuò)充外設(shè)的限制。(4)提供內(nèi)置電源。(5)提供了對電話的兩路數(shù)據(jù)支持。USB可支持異步以及等時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，使電話可與PC集成，共享語音郵件及其他特性。(6)具有高保真音頻。

選用FTDI公司的USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C(一個(gè)USB轉(zhuǎn)換成兩個(gè)RS232串口)，簡單的配置一下，很容易就得到了兩個(gè)RS232串口，一個(gè)接GPS，另一個(gè)接GPRS。這樣，通信模塊與定位模塊即可相互獨(dú)立的工作，完成信息的采集與傳遞。具體的應(yīng)用電路如圖1所示。

圖中，USB接口經(jīng)FT2232C之后，產(chǎn)生兩路9線串口A和B，兩路串口相互獨(dú)立。FT2232C支持5V和3.3V的邏輯IO接口，可以根據(jù)需要來進(jìn)行配置，如兩路都是5V，兩路都是3.3V，或者一路5V，一路3.3V，通過給管腳VCCIOA和VCCIOB配置不同的電壓來實(shí)現(xiàn)。這里由于采用的GPS模塊和GPRS模塊工作電壓都是3.3V，所以將VCCIOA和VCCIOB都接到了3.3V的電壓上。另外在實(shí)際調(diào)試過程中，USB端的DM和DP兩條信號(hào)線上的電容一定要完全相同，否則可能引起FT2232C芯片不工作或者工作不正常。另外晶振兩端的電容也須一致，而且容值不易過大，否則芯片將不工作。這里應(yīng)用的只是FT2232C提供的USB轉(zhuǎn)串口功能。除此之外，還有許多其他應(yīng)用。通過外接EEPROM，進(jìn)行不同的配置，F(xiàn)T2232C可以工作于多種不同模式，比如USB轉(zhuǎn)并口，USB轉(zhuǎn)SPI總線等等。

在采用USB擴(kuò)展串口之前，我們采用的是傳統(tǒng)的解決方案。其應(yīng)用電路如圖2所示。

采用這一方案有幾個(gè)缺點(diǎn)：首先一個(gè)就是使用的芯片數(shù)量多，電路復(fù)雜；其次，GPRS通路與GPS通路都要經(jīng)過MCU51，兩路共享一個(gè)串口帶寬。這樣，兩路都需要與終端主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)就會(huì)相互影響，從而導(dǎo)致通信速度下降，而這也是一個(gè)無法改善的缺陷。另外，這種方案需要外接穩(wěn)壓電源，無論是復(fù)雜性還是成本都會(huì)有所提高；還有一點(diǎn)，采用這種方案，必須針對MCU51進(jìn)行編程，以使兩路信道能夠協(xié)調(diào)工作，不致發(fā)生通信沖突而丟失數(shù)據(jù)。因而編程也是一個(gè)不小的工作量。

用USB來擴(kuò)展串口有很多優(yōu)點(diǎn)：首先電路比原來簡單，只需一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口的芯片即可，原來的電平轉(zhuǎn)換部分也省掉了；兩路信號(hào)可以同時(shí)工作，而不再需要經(jīng)過MCU51處理，大大提高了通信速度；省掉了針對MCU51的編程，軟件工作量少了很多，直接在硬件上由一個(gè)USB口得到兩個(gè)串口，使GPS和GPRS同時(shí)獨(dú)立工作；采用USB接口，還可以為GPS和GPRS提供電源，不再需要另外配備專門的交流電源，不但降低了設(shè)備的成本，提高了性價(jià)比，而且輕便靈活，野外作業(yè)攜帶方便。