基于FT245BM的USB接口电路设计
课题需要完成的任务：
本课题的任务是设计基于FT245BM的USB接口，通过该接口可以实现计算机与下层微控制器的数据通信。
1、研究USB接口的现状与发展趋势；
2、可行性方案分析及设计方案论述；
3、硬件电路设计，包括：单片机系统电路、USB总线电路。绘制电路原理图。
4、软件设计。控制器端程序可用汇编语言编写，主要包括：USB数据接收和发送程序。计算机端程序可用VB等可视化软件编写，主要是数据接收和发送程序。
5、毕业设计说明书。
1 引言
USB(通用串行总线)是一种新的数据通信接口方式，它使得外围没备到电脑的连接更加高效、便利。USB接口不但具备快速、即插即用、支持热插拔的特点，而且能同时连接多达127个外部设备，能够有效地解决PC机外围接口不足的问题。现在USB这一接口形式在微电子控制系统的设计中得到了广泛应用。
USB的开发要求较高，基于FT245BM芯片的USB产品开发，能够使研发人员在最短的周期内开发出相应的USB产品。该芯片由FTDI（Future Technology Devices Intl. Ltd.）公司推出，使用简单、性能卓越，只要熟悉单片机编程及简单的VB、VC应用程序编程，就可很容易地进行产品开发。
2 方案论证
随着计算机技术和信息技术的飞速发展，计算机外设种类的增多与有限的主板插槽和端口之间的矛盾日益突出，由Intel，Microsoft等公司联合制定的总线接口规范即通用串行总线（Universal Serial Bus, USB）的出现，为解决这一矛盾提出了最好的解决方案。USB具有以下特点：
（1）有较高的传输速率USB 1.1支持全速和低速2种方式。全速速率为12 Mb/s，低速速率为1.5 Mb/s；USB 2.0除支持USB 1.1的2种速度方式外，还增加了速率可达480 Mb/s的高速方式。
（2）他的使用方便灵活USB支持即插即用和热插拔，他允许在任何时候连接和断开外设，当外设被连接时，系统会自动检测到外设并准备使用。
(3)他易于扩展通过根集线器可携带127个设备，真正实现多个外设共用一个接口。此外，USB还有可靠性高、成本低、功耗小等优点而倍受欢迎。
2.1 方案一 基于PDIUSBD12芯片的USB接口设计
该设计方案应用两块芯片，以PDIUSBD12为USB接口芯片，以ADuC812为控制器完成了USB接口的设计。。PDIUSBD12是Philips公司推出的一款特点突出的USB接口芯片。该芯片使用8位并行数据线连接到MCU，1位地址线用来区分写命令或读写数据，他支持3个USB端点，1个端点能保存128 B，另2个能保存256 B。
PDIUSBD12完全遵从USB 1.1协议，他内部集成有串行接口引擎（SIE）、320 b FIFO存储器、收发器（Transceiver）和电压调节器，还有可编程的时钟输出和状态LED输出（GoodLinkTM），可控制的软件连接（ SoftConnectTM）以及内部上电复位和低电压复位电路。有2种电源供电方式：内部3.3±0.3 V电源和外部电源（电压范围3.6～5.5 V）。温度范围为－40℃～＋85 ℃，采用28脚SSOP封装。ADuC812是美国AD公司首先投入市场的微处理器，其内部集成了完整的8052内核、1个8通道的12位ADC、2个12位的电压输出DAC，除了8052的256 b RAM外，还有640 b Flash数据存储器，8 kb Flash程序存储器。另外该MCU还有看门狗定时器、电源监视器、ADC与数据存储器之间的DMA功能，以及为多处理器接口和I/O扩展提供了32条可编程的I/O线、I2C兼容的SPI和标准UART串行I/O等。他采用52脚PQF封装。两块芯片连接,PDIUSBD12的8位并行数据接入ADuC812 的P0口，地址线A15（P2.7）作为PDIUSBD12的片选，地址线A14（P2.6）作为PDIUSBD12的命令或数据的选择线。在片选信号有效的前提下（P2.7=0），当P2.6=1时，给PDIUSBD12发命令；当P2.6=0时，给PDIUSBD12写数据或从PDIUSBD12的 Buffer中读数据；因此，地址0x7FFF发命令，地址0x3FFF读写数据。PDIUSBD12与ADuC812的数据交换采用中断方式。当设备连接到主机以后，主机通过给PDIUSBD12的端点0发送包含标准USB请求的控制传输。最后设备的驱动程序可用C语言完成。
2.2 方案二 基于FT245BM 的USB接口电路设计
该方案应用芯片FT245BM作为USB通信芯片，FT245BM的主要功能是进行USB和并行I/O口之间的协议转换。芯片一方面可从主机接收USB数据，并将其转换为并行I/O口的数据流格式发送给外设；另一方面外设可通过并行I/O口将数据转换为USB的数据格式传回主机。中间的转换工作全部由芯片自动完成，开发者无须考虑固件的设计。当FT245BM的USB接口连接到主机后，必须在PC机上安装一个由FTDI公司免费提供的虚拟串行口VCP（Virtual COM Port）驱动程序。在PC端，应用简单的VB对虚拟串口进行应用编程。可以直接应用MSComm控件。
2.3 方案选择
通过以上叙述可以发现，基于PDIUSBD12芯片的USB接口设计，应用两块芯片，电路结构较为复杂，其程序设计也相应较多，不但有相应的控制程序，还有驱动程序，其开发时间必然有所增加。基于FT245BM 的USB接口电路设计，仅应用FT245BM作为主要通信芯片，减少了硬件方面的设计要求，对于驱动方面可直接利用由FTDI公司免费提供的虚拟串行口，在PC机上用VB进行简单的编程即可。其传输速率不低于方案一，且可达携带方便需求。综上所述，选择方案二。
3 硬件电路设计
3.1 设计芯片说明
3.1.1 USB的通信芯片FT245BM
FT245BM是FTDI(Future Technology Devices Intl Ltd)公司的多种快速USB通信接口解决方案之一。它无需编写片内固件程序，上层PC机则使用FTDI公司提供的官方驱动程序。FT245BM芯片的主要功能是在内部硬件逻辑的作用下实现USB串行数据格式与并行数据格式的双向转换。PC机通过USB接口与FT245BM进行数据交换，FT245BM则通过并行方式与下位微控制器通信。该芯片有如下特点：
单芯片实现USB与并行FIFO缓冲区的双向数据传输；FTDI公司提供VCP(虚拟串行口)和D2XX两种驱动程序，使用D2XX驱动程序能获得更好的数据传输性能，传输速率最大可达1 MB/s；通过简单的四线握手信号与MCU、CPLD、FPGA等逻辑器件接口；完整的片内USB协议解决方案，无需底层固件的编程；完全兼容USB1.1，USB2.0协议，附加的EEPROM接口可定制USB接口设备。FT245BM内部主要由USB收发器、串行接口引擎(SIE)、USB协议引擎和先进先出(FIFO)控制器等构成， USB收发器提供USB1.1/ 2.0的全速物理接口到USB总线，支持UHCI/OHCI主控制器；串行接口引擎主要用于完成USB数据的串/并双向转换，并按照USB1.1规范来完成USB数据流的位填充/位反填充，以及循环冗余校验码(CRC5/CRC16)的产生和检错；USB协议引擎管理来自USB设备控制端口的数据流；FIFO控制器处理外部接口和收发缓冲区间的数据转换。FIFO控制器实现与单片机(如AT89C51等)的接口，主要通过8根数据线D0~D7及读写控制线来完成和单片机的数据交互。FT245BM内含两个FIFO数据缓冲区，一个是128字节的接收缓冲区，另一个是384字节的发送缓冲区。它们均用于USB数据与并行I/O口数据的交换缓冲区。
FT245BM还包括1个内置的3.3 V的稳压器，1个6 MHz的振荡器、8倍频的时钟倍频器、USB锁相环和EEPROM接口。
