13.5.2. Интерфейс usb.

В настоящее время стандарт последовательной передачи RS-232 считается морально устаревшим. На многих современных персональных компьютерах он даже не предусмотрен. На смену ему пришел интерфейс USB (universal serial bus или универсальная последовательная шина). Этот интерфейс широко применяется для связи внешних периферийных устройств с персональным компьютером. Он может быть полезен, когда необходимо подключить прибор, построенный на базе микропроцессора или микроконтроллера как внешнее устройство к персональному компьютеру. USB предствляет собой шину. Т.е. к одному физическому каналу можно подключать несколько устройств. Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель. При этом два провода «USB-» и «USB+» (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода «+5 В» и «Общий» - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания интерфейс USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания. Максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА. Существует несколько версий стандарта шиныUSB, отличающихся режимами работы и пропускной способностью, но схемотехническое подключение устройств к этой шине одинаковое для всех версий (кроме последней версии 3.0).

Шина USB строго ориентирована, имеет понятие «главное устройство» (хост, он же USB контроллер), и «периферийные устройства». Шина имеет древовидную топологию, т.е. периферийным устройством может быть разветвитель (хаб), к которому в свою очередь могут подключаться другие периферийные устройства. Разветвитель всегда активный и представляет собой сложное электронное устройство. К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда», в том числе и разветвители. На одной шине USB может быть до 5 уровней каскадно включенных разветвителей.

USB поддерживает «горячее» подключение периферийных устройств в режиме Plug&Play. Это означает, что подключаемое к контроллеру шины USB периферийное устройство должно быть опознано персональным компьютером и должна автоматически запуститься программа обработки этого подключения. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на внутренних системных шинах персонального компьютера - контроллер USB занимает только одно прерывание независимо от количества подключенных к шине USB устройств. Для этого каждое периферийное устройство должно иметь уникальный код, который считывается контроллером USB (хостом) при подключении этого устройства.

Несмотря на то, что стандарт RS-232 на сегодняшний момент считается устаревшим и во многих новых моделях персональных компьютеров не используется вовсе, существует огромный парк периферийных устройств, имеющих интерфейс RS-232. Поэтому возникает задача стыковки периферии, имеющей интерфейс RS-232, с новыми моделями персональных компьютеров, в особенностями с переносными типа Notebook. Для этих целей разработаны микросхемы преобразователей RS-232 (с асинхронным режимом работы) в стандарт шины USB. Примером такой микросхемы является микросхема FT232R фирмы Future Technology Devices International Ltd., условное графическое обозначение и типовая схема включения которой приведены на рис.13.6.

Рис. 13.6. УГО и схема включения микросхемы FT232R.

В микросхеме имеются все сигналы и линии стандарта RS-232 со стороны периферийного устройства, рассмотренные ранее и дополнительные линии (обнаружен вызов) и(обнаружена несущая), задействованные обычно в работе модема. Для связи периферийного микропроцессорного устройства с персональным компьютером достаточно использовать только линииTxD и RxD. В микросхему FT232R запрограммирован индивидуальный идентификационный код, что позволяет использовать ее без каких-либо специальных процедур программирования. Если предусматривается возможность подключения нескольких устройств через несколько микросхем FT232R к одному хосту, то в каждую из них нужно запрограммировать индивидуальный номер, чтобы хост мог корректно идентифицировать устройство и запустить необходмую процедуру обработки. Для этих целей микросхема имеет встроенное перепрограммируемое ПЗУ, программирование которого осущетсвляется через выводы CBUS0…CBUS4. Выводы OSCi и OSCo используются в опциональных применениях и в обычном режиме не задействованы. Вывод TEST также используется в специальных режимах, в обычном режиме на него подается логичеий ноль. Вывод 3,3Vout может быть использован как стабилизированный источник напряжения для подключения дополнительных потребителей с потребляемым током не более 50 мА, если такие есть в схеме.