串口升級為USB總線接口　USB微控制器功不可沒

串口升級為USB總線接口　USB微控制器功不可沒

隨著資訊時(shí)代的來臨，身邊到處可見日新月異的科技產(chǎn)品，如手機(jī)、電腦、DVD播放器等，這些電子商品如雨后春筍般的出現(xiàn)及發(fā)明，不僅改變了周遭的生活和習(xí)慣，也帶來許多的便利性。在如此多的電子商品，資訊的交換、分享顯得格外重要，如手機(jī)和個(gè)人電腦(PC)之間可分享音樂、照片等資料，DVD播放器可藉由外部的儲存設(shè)備讀取影片等。

目前廣泛應(yīng)用的資訊交換方式，包括透過有線或無線網(wǎng)路、通用序列匯流排(USB)、記憶卡等，其中USB最常被用于與電腦之間的溝通。因?yàn)槠潆S插隨拔和傳輸速度快的特性，使得目前USB被大量廣泛的使用。 

USB的出現(xiàn)，雖然試著統(tǒng)一并取代早期最常見的并列傳輸(LPT)及RS232串列傳輸?shù)戎苓吔槊妫悄壳叭匀豢梢姴簧俅袀鬏斀槊娴臋C(jī)器設(shè)備、裝置和儀器，例如最常見的血壓血糖計(jì)、體溫計(jì)、電子量測儀器等，這些大都是因?yàn)槌杀尽④涹w和應(yīng)用的考量，所以仍然保留串列傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)，如儀器所搭配操作應(yīng)用軟體的成本考量、開發(fā)時(shí)程或者毋須再重新設(shè)計(jì)軟體等因素。再者，USB軟體和硬體技術(shù)性較通用非同步收發(fā)傳輸器(UART)複雜，開發(fā)時(shí)有一定的困難度，因此串列介面的裝置或儀器在目前來說，仍有不少的巿占率。因此，若可以將串列介面的裝置改為USB的方式，對許多使用者而言，將帶來更大的便利性，值得一提的是，目前筆記型電腦已經(jīng)取消LPT及RS232，取而代之的是USB。若可將串列的裝置改為USB，則對產(chǎn)品的推廣和使用有不少幫助。 

市面上有推出USB to UART的橋接器(Bridge)IC，為USB和人機(jī)介面裝置(HID)提供低成本且精巧的USB連接方桉，這些應(yīng)用包括個(gè)人醫(yī)療裝置、手機(jī)和無線電話、智慧卡和記憶卡的讀卡機(jī)(Card Reader)、個(gè)人數(shù)位助理(PDA)、MP3播放器、條碼讀取器、無線數(shù)據(jù)機(jī)以及工業(yè)控制系統(tǒng)等。而盛群的HT82A525R也可實(shí)現(xiàn)此應(yīng)用，但不同的是，其使用現(xiàn)有的全速(Full Speed)USB微控制器(MCU)去實(shí)現(xiàn)，對使用者而言，可直接下載網(wǎng)站上的應(yīng)用范例，直接將一次性編程(OTP)燒錄在微控制器上，顯得更方便。 

USB優(yōu)勢明顯

USB是一種標(biāo)準(zhǔn)的連接介面，以下列出USB的優(yōu)點(diǎn)：

．USB介面統(tǒng)一各種周邊設(shè)備的連接頭

．即插即用(Plug-and-Play)

　能自動偵測與配置系統(tǒng)的資源。

．具熱插拔(Hot Attach & Detach)特性

　在作業(yè)系統(tǒng)的已開機(jī)的狀態(tài)中，隨時(shí)插入或拔離USB裝置，毋須再關(guān)閉電源。

．傳輸速度快

　USB規(guī)格1.1中，傳送速度可達(dá)到12Mbit/s；USB 2.0最快可達(dá)到480Mbit/s。

．USB最多可以連接一百二十七個(gè)周邊設(shè)備 

表1為USB傳輸介面與傳統(tǒng)介面裝置的相關(guān)規(guī)格比較。 

而舊有UART介面的產(chǎn)品，可以使用USB微控制器經(jīng)由USB傳輸與個(gè)人電腦溝通。採用盛群微控制器HT82A525R和標(biāo)準(zhǔn)RS-232裝置(Device)連接，是取代傳統(tǒng)RS-232傳輸?shù)囊粋€(gè)解決方桉。UART的資料由微控制器的韌體(F/W)處理，并透過USB傳輸協(xié)定，由個(gè)人電腦的應(yīng)用程式處理資料，方塊圖如圖1所示。 

圖1 USB to UART硬件功能方塊圖

微控制器采用12MHz振蕩器，輸入輸出(I/O)埠(Port)PA0、PA1分別連接RS232的RXD及TXD接腳。除了選擇外掛晶體振蕩器，也可選擇內(nèi)建的12MHz振盪電路作為系統(tǒng)頻率，并減少印刷電路板(PCB)上使用的零件及降低成本。圖2為本設(shè)計(jì)之應(yīng)用電路圖。 

圖2 USB to UART應(yīng)用電路圖

USB微控制器透過微控制器的I/O埠與UART介面的裝置溝通，由韌體處理I/O埠來自UART裝置的資料。 

UART的串列傳輸方式是在傳送八個(gè)位元資料之前加上一個(gè)起始位元，并在傳送八個(gè)位元資料后加上一個(gè)停止位元，于是原先傳送一個(gè)位元組要傳送八次就增為十次。圖3是UART串列傳輸?shù)氖疽鈭D，傳輸時(shí)間順序由左至右。 

圖3 UART協(xié)定圖

在UART的傳輸結(jié)構(gòu)中，起始位元固定為0，停止位元固定為1，所以接收端的動作是一直不斷地檢查傳輸線的狀態(tài)。 

串列傳輸協(xié)定的傳輸速度，通常以速率(Baud Rate)，即每秒傳輸?shù)奈辉獢?shù)來衡量，一般UART常使用的速率有1,200、2,400、4,800、9,600及19,200等。兩種裝置在進(jìn)行串列傳輸時(shí)，必須決定以何種速率來進(jìn)行資料傳輸，當(dāng)兩種裝置使用同一速率才能確保資料傳輸正確無誤。 

USB微控制器將UART資料處理后，主機(jī)與裝置間的底層都各有一個(gè)串列介面引擎(Serial Interface Engine, SIE)，使用USB通訊協(xié)定彼此進(jìn)行溝通。HT82A525R微控制器也整合USB SIE，由于微控制器本身只有處理主控端(Host)送來的資料部分，其于信號處理的部分皆由SIE來完成。有SIE單元后，USB韌體工程師只須專注于裝置的韌體部分與主機(jī)的應(yīng)用程式。