Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2003 №7

Новая микросхема USB-UART моста фирмы CYGNAL

Николайчук Олег


Целью настоящей статьи является знакомство читателей с новой продукцией фирмы Cygnal — «интелектуальной» микросхемой USB?UART моста.

В августе 2003 года американская фирма Cygnal, известная в настоящее время как производитель самых высокопроизводительных х51 совместимых микроконтроллеров, опубликовала предварительную информацию на новый класс изделий — «интеллектуальный» USB-UART мост CP2101 (http://www.cygnal.com/datasheets/cp2101.pdf). По всей видимости, микросхема построена на базе микроконтроллера семейства F32x с интерфейсом USB (http://www.cygnal.com/datasheets/c8051f32x.pdf), о чем свидетельствует совпадение корпусов, выводов питания и сигналов USB. Скорее всего, микросхема представляет собой микроконтроллер с оригинальным Firmware.

Перечислим подробно основные анонсируемые характеристики изделия. Как уже было сказано выше, микросхема CP2101 производится в малогабаритном корпусе MLP-25, таком же, как микроконтроллер C8051F321. Напомним, что корпус имеет размеры всего 5%5 мм. Диапазон рабочих температур изделия — от –40 до +85 °C.

Микросхема CP2101 представляет собой преобразователь сигналов USB в сигналы UART, не требующий никаких внешних элементов, кроме фильтрующих конденсаторов. Микросхема содержит: встроенный тактовый генератор, не требующий внешних элементов (кварцевого или кристаллического резонатора); встроенную Flash-память объемом 512 байт для хранения кода производителя (Vendor ID), кода продукта (Product ID), серийного номера, описания потребляемой мощности, версии изделия и строки описания изделия. Кроме этого, микросхема содержит встроенную подсистему сброса и регулятор напряжения с выходом 3,3 В.

Собственно интерфейс USB соответствует спецификации 2.0. Он обеспечивает передачу данных на скорости до 12 Мбит/с. Интерфейс содержит встроенную систему защиты и не требует внешних элементов.

Выходной последовательный интерфейс UART вырабатывает полный комплект сигналов интерфейса RS232C. Формат передачи данных: восемь бит и один стоп-бит. Интерфейс может работать с контролем на четность, на нечетность или без контроля. Интерфейс обеспечивает работу на скоростях от 300 бит/с до 921,6 кбит/с. Имеются два внутренних буфера оперативной памяти по 512 байт каждый на прием и передачу соответственно. Обеспечивается также аппаратный контроль передачи.

По утверждению производителя, имеются поддерживающие драйверы для следующих операционных систем: Windows 98/Me/2000/XP,MAC OS-9, MAC OS-X, Windows CE и Linux версии 2.40 и выше.

Питание микросхемы может обеспечиваться от шины USB с напряжением от 4,0 В до 5,25 В или от батареи с напряжением от 3,0 В до 3,6 В.

Микросхема ориентирована на модернизацию существующих микроконтроллерных изделий, оснащенных интерфейсом UART, с целью оснащения их интерфейсом USB. Кроме того, микросхема может найти широкое применение в различных измерительных и бытовых приборах, мобильных телефонах, интерфейсных кабелях PDA USB, конверторах USB-RS232.

Функциональная схема моста CP2101 представлена на рисунке.

Анализ приведенной функциональной схемы и схемы включения показывает, что мост CP2101 позволяет создавать интерфейс USB в микроконтроллерных системах, имеющих интерфейс RS232 с минимумом элементов обвязки. Встроенная Flash-память с идентификационной информацией может быть модифицирована внутрисхемно через интерфейс USB в фазе программирования. Фирма Cygnal предоставляет бесплатный виртуальный драйвер (Virtual COM Port device drivers — VCP) для использования интерфейса USB в качестве стандартного COM-порта через микросхему CP2101, в то время как последняя формирует все сигналы стандартного интерфейса RS232. При этом никакой модификации устройств, сопрягаемых со стандартным COM-портом, не требуется. Это позволяет легко модифицировать раннее разработанные микроконтроллерные системы путем простой замены на печатной плате выходной интерфейсной микросхемы интерфейса RS232 (например, MAX232 или аналогичных микросхем) на микросхему CP2101. Кроме того, имеется возможность существенного уменьшения размеров печатной платы за счет значительно меньших размеров микросхемы CP2101 и отсутствия потребности в дополнительных элементах обвязки, тогда как интерфейсные микросхемы RS232, как правило, используют до четырех дополнительных конденсаторов для формирования необходимых напряжений.

Кроме собственно микросхемы CP2101 фирма Cygnal предлагает оценочный комплект CP2101EK, который содержит собственно оценочную плату на базе микросхемы CP2101, полный комплект VCP-драйверов для различных операционных систем, а также кабели USB и RS232 и полный комплект документации.

Описание выводов микросхемы CP2101 представлено в таблице 1.

Таблица 1

Сигналы SUSPEND и SUSPEND/, показывающие, что интерфейс USB находится в состоянии ожидания, могут использоваться для управления электропитанием как самой микросхемы CP2101, так и возможной схемы обвязки. Эти сигналы устанавливаются в двух случаях: при нахождении интерфейса USB (сети USB) в состоянии ожидания, а также после сброса микросхемы CP2101, пока идет идентификация узлов USB, подключенных к ведущему (host) устройству. После выхода из состояния ожидания сигналы SUSPEND и SUSPEND/ переходят в неактивное состояние. Следует также учитывать, что эти сигналы находятся в высокоимпедансном состоянии во время активного сигнала сброса. Если такая ситуация нежелательна, рекомендуется подтягивать сигнал SUSPEND/ через резистор 10 кОм к общей шине питания.

Интерфейс UART генерирует как основные сигналы передачи (TX — transmit) и приема (RX — receive), так и все вспомогательные сигналы RTS, CTS, DSR, DTR, DCD и RI. Интерфейс может быть запрограммирован на различные режимы работы (контроля передачи с помощью вспомогательных сигналов), форматы передачи данных, а также для контроля четности. Программирование осуществляется через оригинальные драйверы USB путем установки виртуального COM-порта аналогично программированию штатных COM-портов персонального компьютера.

Как уже упоминалось выше, в состав микросхемы входит Flash-память объемом 512 байт для хранения кода производителя (Vendor ID), кода продукта (Product ID), серийного номера, описания потребляемой мощности, версии изделия и строки описания изделия, как того требует спецификация сети USB. Поскольку все эти данные модифицируемые, а настройка интерфейса USB host-устройства (персонального компьютера) производится именно на основе этих данных, следует помнить, что пока данные не установлены пользователем, во Flash-памяти содержатся заводские данные фирмы Cygnal (см. табл. 2) и, соответственно, первоначальная настройка интерфейса USB будет производиться по ним. Кроме того, пользователь должен помнить, что уникальные серийные номера необходимы для правильной работы нескольких устройств USB, подключенных к персональному компьютеру.

Идентификационная Flash-память программируется пользователем через интерфейс USB. Заводские данные записываются при производстве для проведения тестирования. Фирмой Cygnal поставляется динамическая библиотека (DLL) и утилиты для самостоятельной модификации идентификационной памяти. Отметим также, что количество циклов перезаписи памяти — не менее 100 тысяч, а срок гарантированного хранения данных — 100 лет.

В таблице 2 показано содержание идентификационной памяти после заводского тестирования при поставке микросхем.

Таблица 2

Как уже упоминалось выше, фирма Cygnal поставляет бесплатный виртуальный драйвер (VCP) для использования интерфейса USB в качестве стандартного COM-порта. При установке драйвера операционная система персонального компьютера обнаруживает дополнительный виртуальный COM-порт, полностью идентичный аппаратным COM-портам. После этого приложение пользователя может работать с этим COM-портом так же, как и при работе со штатными аппаратными COM-портами, но связь будет осуществляться через интерфейсы USB и микросхему CP2101.

Питание микросхемы может осуществляться либо от соответствующей линии интерфейса USB через встроенный регулятор (стабилизатор) напряжения со входным рабочим диапазоном от 4,0 до 5,25 В, либо от батарейного или иного источника питания с напряжением 3,3 В (от 3,0 до 3,6 В). Встроенный регулятор напряжения имеет выход, совмещенный со входом батарейного питания, через который могут питаться и внешние цепи. Выходной ток встроенного регулятора от 1 до 100 мА.

В заключение отметим, что пока производится опытная продукция, производитель особо отмечает, что она не предназначена для использования в изделиях, отвечающих за системы жизнеобеспечения или в других критических приложениях. Производитель оставляет за совой право на дальнейшую модернизацию изделия с целью улучшения эксплуатационных характеристик.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке