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太阳集团72138网址:基于USB接口的RS485信号模拟器的软硬件设计



引 言

USB总线是一种高效、快速、价格低、体积小、支持热插拔的串行通信接口,今朝USB这一接口形式在电子产品的设计中获得了广泛利用。本文所设计的 RS485旌旗灯号模拟器便是采纳USB接口总线,可以很方便与PC机进行连接,并且USB接口可以为外界供给电源。 RS485是一种平衡要领传输的串行接口标准,它的电气特点标准中有严格规定,但它的通信协议可以由用户自行定义。本文将具体评论争论USB总线旌旗灯号与 RS485总线旌旗灯号的互相转换,及PC机终端利用软件对USB接口芯片的各类操作。在此根基上用户可以根据不合需求,在终端利用软件中自行设计通信协议。

1 总体设计

旌旗灯号模拟器主要包括USB接口芯片、单片机子系统、RS485与TTL电平转换子系统。它可以实现两个功能:a.旌旗灯号模拟器经由过程利用法度榜样软件设置串行通信参数和数据帧布局,终极输出的旌旗灯号是指定串行通信参数和数据帧款式的RS485总线数据,可以为采集器供给标准旌旗灯号源;b.在旌旗灯号模拟器内部可以实现旌旗灯号自反馈功能,即将实际发送给采集器的数据经由过程旌旗灯号模拟器内部回环电路回送给终端利用法度榜样软件并终极显示出来,以验证旌旗灯号模拟器发送数据是否精确。

USB接口芯片FT245R是将USB接口旌旗灯号转换成8位并行旌旗灯号,由MCU读取8位并行旌旗灯号数据,然后MCU经由过程全双工的串口将读到的数据发送给 RS485电平转换电路1,这样输出的旌旗灯号便是满意指定要求的标准RS485总线旌旗灯号。将RS485电平转换电路1输出端旌旗灯号反馈给RS485电平转换电路2的输人端,这样可以把RS485电平转换成TTL电平,再经由过程全双工的串口进行太阳集团72138网址接管,终极将数据回送到终端利用法度榜样软件。旌旗灯号模拟器的设计总体框图如图1所示。

2 硬件电路设计

2.1 USB接口芯片FT245R

FT245R由FTDI(Future Technology Devices Inte-national Ltd.)公司推出,该芯片主要完成USB串行总线和8位并行FIFO接口之间的互相协议转换。全部USB通信协议整个由芯片自动完成,开拓者无须斟酌底层固件的编程。该芯片使用内部集成的时钟电路进行事情,无须外部供给时钟;完全兼容USB2.O协议。它有256字节的接管缓冲区和128个发送缓冲区,可以进行数据的大年夜吞吐量操作。经由过程8位并行数据口D[O:7]和4位读写状态/节制口RXF、TXE、RD、WR就可实现与微节制器的数据互换。

下面先容读写FT245R FIFO操作时序要求。

(1)FT245R FIFO读操作

读操作时序如图2所示。当RXF为低,表示当前FIFO接管缓冲区内稀有据,可以履行读操作读取接管缓冲区数据。在RD电平由高变低,FIFO节制器将接管缓冲区中的数据输出到8位数据端口上,MCU此时只需读取I/O口就可以将数据取到内部数据总线上来,再将RD旌旗灯号拉高完成1字节数据的读取。当将 FIFO接管缓冲区中的数据整个掏出后,RXF被拉高表示数据为空。在RXF为高时,禁止从FIFO接管缓冲区读取数据。

(2)FT245R FIFO写操作

写操作时序如图3所示。当TXE为低,表示当前FIFO发送缓冲区空,可以向发送缓冲区写入数据。在WR为高电日常平凡,MCU将8位数据D[0:7]送到并行I/O口上,在WR旌旗灯号电平由高变低时数据被写入发送缓冲区中。当TXE为高时,表示当前FIFO发送缓冲区已满或者正在写入上一个字节,此时禁止向发送缓冲区中写入任何数据。MCU向FT245R写入数据时应太阳集团72138网址确保TXE为低。

2.2 单片机太阳集团72138网址子系统

单片机子系统包括单片机和上电复位芯片。本设计中采纳的单片机是AT89S52。 AT89S52作为系统的中央处置惩罚器担任着系统和PC主机的通信、系统内各部件正常事情等紧张义务。AT89S52这款单片机内部有看门狗电路,可防止法度榜样陷入“陷阱”或跑飞。为了使单片机上电复位靠得住,这里采纳专门的复位芯片MAX708。

2.3 RS485接口电路设计

旌旗灯号颠末单片机的UART接口,再颠末MAX485转换即构成了RS485通信接口。

2.4 硬件电路图

USB接口可以向外供给电源。USB接口规范规定:可供给电源电压为4.75~5.25 V,低输出功率USB端口最大年夜的输出电流为100mA。旌旗灯号模拟器所需的供电电压和电流满意USB接口电源指标,是以采纳USB接口为旌旗灯号模拟器供给电源。

编者注:旌旗灯号模拟器的电路道理图见本刊网站www.mesnet.com.cn。

3 软件设计

软件的设计主要包括单片机法度榜样的设计和PC机终端利用法度榜样的设计。

3.1 单片机法度榜样设计

单片机法度榜样采纳C说话编程,法度榜样布局清晰,可读性和可掩护性高。

3.1.1 单片机读写FT245R FIFO缓冲区法度榜样

单片机经由过程P0口来读写FT245R FIFO缓冲区中的数据。P0口作为数据总线,读数据前,须向P0口全写1,这样才能精确读取数据。FT245R FIFO缓冲区读写时序要求如前文所述。MCU读写FT245R缓冲区法度榜样如下:

3.1.2 单片机流程节制

MCU认真USB接口芯片FT245R的数据发送接管节制,单片机串口设置设置设备摆设摆设及串口接管发送义务。

全部法度榜样的流程分为以下几个步骤:

①单片机和FT245R的初始化,启动看门狗法度榜样。

②对FT245R接管缓冲区有无数据进行判断,若无数据,喂狗;若稀有据,转向步骤③。

③对帧信息类型进行判断,若为敕令设置设置设备摆设摆设帧,则读取FT245R接管缓冲区数据,然后对串口进行设置设置设备摆设摆设;若为数据帧,转向步骤④。

④串口数据发送接管采纳查询要领,MCU读取FT245R接管缓冲区的1字节,然后经由过程串口进行发送。

⑤判断串口发送和接管是否完毕,若完成,将接管到的数据写入到FT24太阳集团72138网址5R发送缓冲区中;若未完成,喂狗,断续履行⑤。

⑥重复履行②~⑤,直到读出接管缓冲区里的所稀有据。

3.2 PC机终端利用法度榜样软件设计

PC机终端利用软件法度榜样的主要目的是实现对USB接口芯片FT245R的接口节制和读写操作,供给友好的人机界面来设置串行通信参数、数据帧款式、帧发送要领等。谋略机端有关USB通信的开拓不必要懂得USB底层驱动,FTDI公司已经以动态链接库的形式封装好了面向功能利用的API函数,开拓者可以在多种高档说话中调用,功能强大年夜且机动方便。

FTDI公司为FT245R芯片供给了2种驱动法度榜样:VCP驱动和D2XX驱动。应用VCP驱动法度榜样,数据传输速度可达300 k太阳集团72138网址b/s;应用D2XX驱动法度榜样,数据传输速度可达1 Mb/s。下面分手先容基于以上2种驱动的利用软件法度榜样设计。

3.2.1 基于VCP驱动的利用法度榜样设计

在PC机上安装一个由FTDI公司供给的虚拟串行口VCP(Virtual COM Port)驱动法度榜样,它是将USB接口芯片虚拟成操作系统的一个串口通信口,对这一虚拟的串行口的操作等同于对该USB接口设备的操作。利用法度榜样经由过程调用 Win32 COMM控件的API函数来完成对芯片的读/写操作。

VCP驱动由2部分组成:FTDIBUS和FTSER2K。FTDIBUS完成2个功能:节制虚拟串口的天生,以及与USB接口芯片进行通信。FTSER2K完成对串口的各类操作。

利用软件法度榜样设计可以采纳成熟的串行通信控件MSComm来完成对虚拟串口的各类操作。MSComm控件很好地封装了Windows API的串口通信函数,樊篱了繁琐的通信细节,只需应用控件供给的接口即可。

3.2.2 基于D2XX驱动的利用法度榜样设计

为了得到更快的数据传输速度,本文选择D2XX驱动来进行利用软件法度榜样开拓。D2XX驱动包括FTD2XX.DLL、FT2XX.SYS、USB Stack三部分。利用软件法度榜样经由过程动态链接库文件FTD2XX.DLL可造访驱动法度榜样FTD2XX.SYS的编程接口,进而可以对FT245R芯片进行各类操作。

FTD2XX.DLL供给了富厚的接口函数来对FT245R进行各类操作,主要函数如下:

FT_Open 用于打开USB接口设备

FT_Read 从USB接口芯片中读取数据

FT_Write 向USB接口芯片里写入数据

FT_Close 关闭USB接口设备

FT_SetTImeouts 设置读写FT245R缓冲区的超韶光阴设计中应用MFC作为谋略机终端利用软件的开拓平台。法度榜样设计要点如下:

①新建一个工程文件,加载FTD2XX.H文件到工程中,在每一个CPP文件中都要加入头文件FTD2XX.H。在FTD2XX.H文件中可以查看动态链接库(FTD2XX.DLL)供给的接口函数。在新建的类中,用到哪个接口函数,需在该类的头文件中对接口函数进行声明。FTDI公司供给D2XX驱动的安装法度榜样,进行安装后即可在Win-dow32下天生FTD2XX.DLL文件。

②利用法度榜样须首先加载动态链接库文件Ftd2xx.dll,之后才能调用动态链接库的接口函数,对USB接口芯片进行各类操作。加载库敕令即LoadLibrary(“Ftd2xx.dll”)。

③在打开USB接口设备之前,须先关闭USB接口设备。即先履行FT_Close函数,然后履行FT_Open函数。USB接口设备打开后,就可以对芯片缓冲区进行读/写操作。在完成终端利用软件对FR245R芯片的各类操作后,用户可根据不合需求,自行设计通信协议,包括串行通信参数、数据帧款式、数据帧发送要领等。终端利用软件界面如图4所示。

结 语

本文主要评论争论了基于USB接口的RS485旌旗灯号模拟器的软硬件设计。全部旌旗灯号模拟器已经完成调试,经工程实际测试,终端利用法度榜样运行靠得住,旌旗灯号模拟器数据发送精确无误。这种基于USB接口芯片FT245R的软硬件设计,可利用于其他基于USB接口的旌旗灯号模拟器和数据采集领域,具有广泛的工程利用前景。

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