CC BY
73Компоненты и технологии, № 7'2003
Компоненты
Новая микросхема USB-UART моста
фирмы Cygnal
Целью настоящей статьи является знакомство читателей с новой продукцией фирмы Судпа! — «интеллектуальной» микросхемой ДОВ-УАСТ моста.
Олег Николайчук
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 5x5 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 И8В 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 ИЛИТ вырабатывает полный комплект сигналов интерфейса И8232С. 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: ММо^ч 98/Ме/2000/ХР, МАС 08-9, МАС 08-Х, Windows СЕ и Ьіпих версии 2.40 и выше.
Питание микросхемы может обеспечиваться от шины И8В 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 ИЛИТ, с целью оснащения их интерфейсом И8В. Кроме того, микросхема может найти широкое применение в различных измерительных и бытовых приборах, мобильных телефонах, интерфейсных кабелях PDA И8В, конверторах И8В-И8232.
USB
CONNECTOR
VBUS -і D-D+ GND
C3_L
VBUS
0,1 hF
I
CP2101
3,3V
48MHz
Oscillator
/RST
7-
ЛІ2_
/suspend!11—і
USB Transceiver USB Function Controller
512B EEPROM 512B Xmit Buffer 512B Rev Buffer
(to external circuitry for USB suspend states)
External RS-232 transceiver or UART circuitry
Рисунок. Функциональная схема моста USB-UART CP2101
74
- www.finestreet.ru -
Компоненты и технологии, № 7'2003
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 микроконтрол-лерные 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.
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 высокоимпеданс-ном 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
---------------------www.finestreet.ru-
Компоненты
Таблица 1
Название вывода Номер вывода Тип вывода Описание
VDD 6 Вход питания Выход питания Вход питания при батарейном питании 3,0-3,6 В. Выход питания 3.3 В при использовании встроенного регулятора
GND 3 Общий
RST/ 9 Цифровой вход/выход Вход/выход сброса (Reset). Выход с открытым стоком встроенного монитора питания. Внешний источник сброса может осуществлять сброс микросхемы путем подачи на вход низкого уровня на время не менее 15 мкс.
REGIN 7 Вход питания Вход встроенного 5-вольтового регулятора (стабилизатора) напряжения.
VBUS 8 Цифровой вход Тестовый вход VBUS, соединенный с соответствующей линией интерфейса USB. Наличие на этом входе напряжения 5 В свидетельствует о том, что микросхема подключена к сети (интерфейсу) USB.
D+ 4 Цифровой вход/выход Сигнальный вход/выход USBD+ интерфейса USB.
D- 5 Цифровой вход/выход Сигнальный вход/выход USBD- интерфейса USB.
TXD 26 Цифровой выход Асинхронный выход данных (Transmit) интерфейса UART.
RXD 25 Цифровой вход Асинхронный вход данных (Receive) интерфейса UART.
CTS 23 Цифровой вход Вход ЗАПРОС НА ПЕРЕДАЧУ (активный — низкий уровень)
RTS 24 Цифровой выход Выход ГОТОВНОСТЬ К ПЕРЕДАЧЕ (активный — низкий уровень)
DSR 27 Цифровой вход Вход ГОТОВНОСТЬ АДАПТЕРА К РАБОТЕ (активный — низкий уровень)
DTR 28 Цифровой выход Выход ГОТОВНОСТЬ ТЕРМИНАЛА К РАБОТЕ (активный — низкий уровень)
DCD 1 Цифровой вход Вход ПЕРЕДАЧА ОБНАРУЖЕНА (активный — низкий уровень)
RI 2 Цифровой вход Вход ВЫЗОВ (активный — низкий уровень)
SUSPEND 12 Цифровой выход Выход устанавливается в высокое логическое состояние при нахождении интерфейса USB в состоянии ожидания.
SUSPEND/ 11 Цифровой выход Выход устанавливается в низкое логическое состояние при нахождении интерфейса USB в состоянии ожидания.
NC 10, 13-22 Не используются Эти выводы должны быть либо свободны, либо соединены с выводом питания VDD.
Таблица 2
Наименование поля Название Содержимое
Vendor ID Код производителя 10C4h
Product ID Код продукта EA60h
Power Descriptor (Attributes) Атрибуты питания 80h
Power Descriptor (Max. Power) Потребление 32h
Release Number Версия 0100h
Serial Number Серийный номер 0001 (максимально 63 символа)
Product Description String Описания изделия «Cygnal CP2101 USB to UART Bridge Controller» (максимально 126 символов)
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.
Как уже упоминалось выше, фирма Cygnal поставляет бесплатный виртуальный драйвер (УСР) для использования интерфейса И8В в качестве стандартного СОМ-порта. При установке драйвера операционная система персонального компьютера обнаруживает дополнительный виртуальный С0М-порт, полностью идентичный аппаратным СОМ-портам. После этого приложение пользователя может работать с этим СОМ-портом так же, как и при работе со штатными аппаратными СОМ-портами, но связь будет осуществляться через интерфейсы И8В и микросхему СР2101.
Питание микросхемы может осуществляться либо от соответствующей линии интерфейса И8В 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.
75
