Highspeed-USB-Kommunikation einfach integriert – UART/FIFO-Wandler-Modul

Aus ELVjournal 04/2011 0 Kommentare

Highspeed-USB-Kommunikation einfach integriert – UART/FIFO-Wandler-Modul

Bausatzinformationen


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Inhalt des Fachbeitrags

Vielseitig und schnell
Das UM-FT2232H-Interface von ELV
Inbetriebnahme
Testanwendung – nutzlos, aber lehrreich!
Schaltungsbeschreibung und Konfiguration der Spannungsversorgung
Nachbau
Weitere Infos

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Technische Daten

Gerätetyp	USB-Highspeed-Schnittstellenwandler
USB-Schnittstelle	USB 2.0 Highspeed mit 480 Mbit/s, Mini-B-Buchse
Schnittstellen (2 wählbar)	UART (z. B. für RS232/RS422/RS485) bis 12 MBaud; SPI (MPSSE); I²C (MPSSE); JTAG (MPSSE)
FTDI-Treiber* für virtuellen COM-Port (VCP)	Windows 2000/XP/Vista/7 (32 und 64 Bit)
und direkt (D2XX) kompatibel zu	Windows CE 4.2/5.0/5.2/6.0; Max OS-X (nur VCP-Treiber) Linux ab 2.4 (D2XX), Linux ab 2.6.9 (VCP)
Anzeige	im UART-Betrieb 4 LEDs zur Anzeige des Datenverkehrs (Rx/Tx)
Spannungsversorgung	USB-powered oder über Stiftleiste mit 3,3–5 VDC, ±10 %, max. 150 mA
Abmessungen (B x H x T)	27 x 19 x 41 mm

„Klein, aber oho“ gilt sicherlich für das serielle UART/FIFO-Wandler-Modul UM-FT2232H. Bestückt ist die steck- und lötbare Entwicklungsplatine mit dem USB-Baustein der fünften Generation von FTDI, einem USB-2.0-Highspeed-Wandlerchip mit zwei unabhängigen UART-Schnittstellen. Datenraten bis zu 12 MBaud (RS232/RS422/RS485) sind damit möglich. Lizenzfreie VCP- und D2XX-Treiber zur Kommunikation über einen virtuellen COM-Port oder direkt über eine DLL werden von FTDI für Windows, Linux und Mac OS bereitgestellt. Die Stromversorgung kann wahlweise extern oder über USB erfolgen. Die Schnittstellen arbeiten mit +3,3-V-Pegel, sind aber auch +5-V-tolerant.

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Vielseitig und schnell

Viele Elektronikentwicklungen sind, zumindest zur Inbetriebnahme bzw. Erprobung, auf eine Verbindung zum PC angewiesen, etwa Schaltungen mit Mikroprozessoren. Letztere werden, um nur ein Beispiel anzuführen, über eine serielle ISP-Schnittstelle programmiert. Sie erfordern auf der Computerseite z. B. beim STK500 von Atmel eine serielle Schnittstelle, die aber heute vor allem an tragbaren Computern kaum noch zur Verfügung steht. Also setzt man hier einen USBSeriell- Wandler wie z. B. den UM2102 von ELV ein, der auch gute Dienste leistet, wenn es um direkte Kommunikation zwischen PC und Mikroprozessorschaltung im laufenden Betrieb geht. Das dazu bisher meistverbreitete USB-Wandler-IC war der FT232R von Future Technology Devices International, kurz FTDI. So praktisch, preiswert und schnell einsetzbar dieser ist, stößt er doch an Grenzen. Hauptsächlich ist dies die Übertragungsgeschwindigkeit, die Datenrate beträgt max. 3 MBaud. Auch verfügt er nur über eine UART-Schnittstelle, ein Manko, wenn beim Betrieb mehrerer Mikroprozessoren ein zusätzliches Interface nötig wird. Mit der fünften Generation der USB-Wandler-Bausteine, dem FT2232H, hat FTDI Nägel mit Köpfen gemacht. Nicht nur, dass der USB 2.0 Highspeed mit vollen 480 Mbit/s beherrscht, er verfügt auch über gleich zwei unabhängige UARTs mit jeweils bis zu 12 MBaud, sodass man zwei getrennte Übertragungskanäle realisieren kann. Und schließlich werden die seriellen Schnittstellen durch eine MPSSE (Multi Protocol Synchronous Serial Engine) bereitgestellt, was nichts anderes bedeutet, als dass neben der üblichen UART-Schnittstelle, die die Schnittstellenprotokolle RS232, RS422 und RS485 bedient, über Programmierbefehle auch die Schnittstellen SPI, I2C und JTAG bereitgestellt werden können. Aus dieser Vielfalt kann der Anwender zwei – auch verschiedene – Schnittstellen definieren, die dazu auch noch mit verschiedenen Baudraten betrieben werden können. Wie schon bei der Vorgängergeneration, ist der FT2232H entweder per Treiber für einen virtuellen COM-Port (VCP) oder direkt per von FTDI bereitgestellter DLL über den D2XX-Treiber aus einem Programm ansprechbar.

Bild 1: Verwendung der UART-Schnittstellen des UM-FT2232H: oben über virtuelle COM-Ports (VCP) und unten über den Direkt-Treiber (D2XX)

Bild 1 stellt diese beiden Einsatzfälle dar. Mit dem VCP-Treiber kann man, ohne programmieren zu müssen, sofort jedes bestehende Programm verwenden, das über COM-Ports Daten austauscht. Das Vorgehen per DLL und D2XX-Treiber eröffnet dem Anwender mit Programmierkenntnissen den direkten Zugriff auf die UARTs via USB ohne das immer wieder erforderliche Heraussuchen des richtigen COM-Ports. So weit erst einmal zu den wichtigsten Eigenschaften des FT2232H. Weiteres hierzu findet sich unter „Elektronikwissen” sowie in den umfangreichen Publikationen von FTDI wie [1] und [5].

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