利用USBUART橋接器實現單片機在線編程

引 言：

通用串行總線(USB)是一種支持即插即用的新型串行接口，使外設到計算機的連接更加高效便利。這種接口適合于多種設備，不僅具有快速、即插即用、支持熱插拔的特點，還能同時連接多達127個設備，解決了如資源沖突、中斷請求和直接數據通道等問題。因此,越來越多的開發者欲在自己的產品中使用這種標準接口。RS232是單個設備接入計算機時常采用的一種接入方式，其硬件和軟件協議比較簡單，有很多傳統設備采用了這種通信方式。將USB轉UART技術應用于單片機與PC機之間的數據通信，在計算機上產生一個虛擬的COM口，用戶只需按照通用串行口一樣使用USB口即可。這樣不僅能使單片機具備USB通信的諸多優點，簡化了USB編程，同時還可以利用USB對單片機提供5V的電源(500mA以下)。筆者根據芯片CP2101的USB轉UART技術特點設計了實驗電路板，達到了既提供實驗電路板電源，又實現計算機與實驗電路板通信的目的，并結合單片機IAP技術，可完成單片機的在線編程。

1 CP2101芯片的功能及工作電路圖

芯片CP2101是一種高度集成的USB轉UART橋接器，它包含有USB2.0全速功能控制器、USB收發器振蕩器和異步串行接口(UART)。該芯片的全部功能集成在一個5mm×5mm的MLP28封裝的IC中。CP2101內置有與計算機通信的USB協議，工作時，會在計算機上產生一個虛擬COM 口，用戶就可以按照通用串行口的控制方式來使用這個COM口。

CP2101內集成有多個模塊，各自完成不同的功能，如圖1所示。

① USB功能控制器是一個符合USB 2.0的全速器件，集成了收發器和片內相應的上拉電阻，USB功能控制器管理 USB和 UART間所有的數據傳輸和由 USB主控制器發出的命令請求以及用于控制 UART功能的命令，USB接口的信號描述如表1所列。

② 異步串行接口(UART)包括TX (發送) 、RX (接收) 、數據信號以及RTS、 CTS、 DSR、 DTR、 DCD和 RI控制信號。UART支持 RTS/CTS、 DSR/DTR和 XOn/XOff握手協議，可以通過編程使UART支持各種數據格式和波特率，波特率的范圍從300～921600不等。從CP2101轉換出來的 UART信號不是標準的RS232電平，而是TTL電平，其信號描述如表2所列。

③ 內部 EEPROM可以用于存儲由設備原始制造商定義的USB供應商ID、產品ID、產品說明、電源參數器件、版本號和器件序列號等信息。

④ 電壓調節器是一個可以由USB總線驅動的器件電源，可在VDD引腳輸出3.0~3.6 V電壓，1~100 mA電流。

2 基于USB轉UART技術的IAP編程電路設計

2.1CP2101的外圍接口電路

CP2101是USB轉串行口橋接器，它需要設計外接USB接口電路和RS232接口電路。USB接口電路實現CP2101與計算機之間的通信；RS232接口電路實現CP2101和外設之間的通信。接口電路如圖2所示。其中RS232電平轉換電路可根據需要選用MAX3243或 MAX232。

圖2CP2101的外圍接口電路