探索UM232H单通道USB高速FT232H开发模块：特性、应用与配置全解析

在电子设计领域，USB接口的应用无处不在，而UM232H单通道USB高速FT232H开发模块为我们提供了一个强大且灵活的解决方案。今天，我们就来深入探讨这个模块的特点、应用场景以及不同的配置方式。

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一、UM232H模块概述

UM232H是FTDI产品系列中的一款USB转串口/FIFO开发模块，它采用了FT232H USB高速（480Mb/s）单端口桥接芯片来处理USB信号和协议。该模块设计用于插入标准的0.6英寸宽28引脚DIP插座，通过迷你B USB连接器与主机系统进行USB连接。而且，模块中使用的所有组件，包括FT232H芯片，都是无铅的（符合RoHS标准）。

1.1 FT232H芯片特性

FT232H是一款单通道USB 2.0高速（480Mb/s）转串口/FIFO集成电路。它可以配置为多种串行或并行接口，如UART、FIFO或FTDI的MPSSE模式，该模式又可配置为JTAG、SPI和I2C接口。在MPSSE模式下，除了四个接口线外，还有14个位操作线可用。此外，FT232H还支持CPU风格的FIFO模式和快速串行接口模式，并引入了半双工FT1248接口，为FT232H设备与外部逻辑之间提供灵活的数据通信和高性能接口。

二、典型应用场景

UM232H模块主要用于使用FT232H的应用程序的原型设计和评估，其应用场景十分广泛：

• 快速USB集成：可将USB快速集成到现有的和新的电子系统中。
• 多接口转换：实现USB到多端口JTAG、SPI和I2C接口的转换，以及USB到FT1248接口的转换。
• 通信转换：用于USB到RS232 / RS422 / RS485转换器。
• 工业控制与仪器：在USB仪器仪表、USB工业控制和USB电子销售点控制等领域发挥作用。
• 设备升级与数据传输：可用于将传统外设升级到USB，以及实现手机、PDA等设备的USB数据传输。
• 多媒体与存储：支持USB音频和低带宽视频数据传输，以及USB智能卡读卡器、USB MP3播放器接口和USB闪存卡读写器等。
• 其他应用：还可用于机顶盒PC - USB接口、USB数码相机接口、USB硬件调制解调器、USB无线调制解调器、USB条形码阅读器、USB软件/硬件加密狗和USB医疗应用等。

2.1 驱动支持

UM232H开发模块需要USB设备驱动程序，可从FTDI网站免费获取。其中，虚拟串口（VCP）驱动程序可使UM232H看起来像一个串口，允许传统的串口应用程序通过USB运行；另一个FTDI USB驱动程序D2XX驱动程序，则可与应用程序软件配合使用，通过DLL直接访问UM232H上的FT232H。支持的平台包括当前的Microsoft Windows操作系统、Linux版本2.6.39或更高版本（VCP驱动）、Linux版本2.6.32或更高版本（D2XX驱动）、Mac OS和Microsoft Windows CE版本4.2及以后版本。

2.2 产品型号

UM232H模块的产品型号为UM232H，它是FT232H的开发模块。

2.3 模块特性

UM232H具有以下一系列出色的特性：

• 高速兼容性：支持USB 2.0高速（480Mbits/秒）和全速（12Mbits/秒）。
• 简化开发：芯片处理整个USB协议，无需进行特定的USB固件编程。
• 接口小巧：采用常见的小型USB Type B连接器。
• 供电灵活：提供USB总线或自供电选项。
• 数据传输率高：异步UART传输数据速率高达12Mbaud，UART接口支持7或8个数据位、1或2个停止位以及奇/偶/标记/空格/无校验。
• 握手方式多样：支持完全辅助的硬件或X - On / X - Off软件握手，以及RS485应用的自动发送缓冲区控制。
• 半双工接口：支持半双工FT1248接口，具有双向数据总线（1、2、4或8位宽）。
• 同步串行数据速率快：在JTAG、SPI和I2C上的同步串行（MPSSE）数据速率高达30Mbps。
• 低功耗与兼容性：支持USB挂起和恢复，与UHCI / OHCI / EHCI主机控制器兼容。
• 驱动便利：FTDI的免版税VCP和D2XX驱动程序在大多数情况下消除了USB驱动开发的需求。
• 数据缓冲区大：拥有1kByte的接收和发送缓冲区，以实现高数据吞吐量。
• 信号指示：提供发送和接收LED驱动信号，以及可调节的接收缓冲区超时。
• 接口模式丰富：支持同步和异步位操作模式接口选项，带有RD#和WR#选通信号。
• 电平转换：集成3.3V电平转换器，用于USB I/O。
• 工作温度范围广：工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，可降低开发时间，快速集成到现有系统中。

三、FT232H芯片的特性与增强功能

3.1 关键特性

• 高速接口：提供USB 2.0高速（480Mbits/s）到灵活且可配置的UART/FIFO接口。
• 功能集成：集成了USB协议引擎，控制物理通用收发器宏单元接口（UTMI），处理USB 2.0高速接口的各个方面。还包括一个集成的 + 1.8V/3.3V低压差（LDO）稳压器和1Kbytes的Tx和Rx数据缓冲区，并且无需固件即可在芯片上集成整个USB协议。
• MPSSE模式：多协议同步串行引擎（MPSSE）能够实现高达30 Mbits/s的速度，提供灵活的同步接口配置。
• FT1248接口：支持半双工FT1248接口，具有双向数据总线接口，可配置为1、2、4或8位宽，为FT232H FT1248从设备和外部FT1248主设备之间提供灵活的数据通信。该接口由四个信号组成，可通过EEPROM设置使用免费的FT_Prog实用程序进行配置。
• 数据传输率：在配置为RS232/RS422/RS485 UART接口时，支持高达12 Mbaud的数据传输率；在同步245并行FIFO接口上可达40 Mbytes/秒；在异步245 FIFO接口上可达8 Mbyte/秒。
• 延迟定时器：驱动程序的一个特性，用作将短数据包传输回PC的超时时间，默认值为16ms，但可在0ms至255ms之间更改。
• 总线（ACBUS）功能：有11个可配置的ACBUS I/O引脚，可配置为多种功能，如TXDEN、PWREN#、TXLED#、RXLED#等，还可单独配置为GPIO引脚，在UART接口使用时，可提供多达4个通用I/O引脚。
• 多功能控制器：拥有一个独立的串行/FIFO控制器，可控制UART数据、245 FIFO数据、快速串行（光隔离）或位操作模式，每个多功能UART/FIFO控制器还包含一个MPSSE，可通过软件命令配置为MPSSE接口（SPI、I2C和JTAG）。
• USB协议引擎和FIFO控制：控制和管理UTMI PHY与芯片FIFOs之间的接口，处理电源管理和USB协议规范。
• 数据缓冲区：包括1Kbytes的端口FIFO TX缓冲区和1Kbytes的端口FIFO RX缓冲区，分别用于存储来自主机PC的数据和来自多功能串行/FIFO控制器的数据。
• 复位发生器：集成的复位发生器单元在电源开启时为设备内部电路提供可靠的上电复位，RESET#输入引脚允许外部设备复位FT232H。
• 波特率发生器：从120MHz参考时钟为UART提供x16或x10时钟输入，由14位预分频器和4个寄存器位组成，可对波特率进行微调，波特率可在183波特至12 Mbaud之间编程。
• EEPROM接口：如果安装了外部EEPROM，FT232H可配置为异步串行UART（默认模式）、并行FIFO（245）模式、FT1248、快速串行（光隔离）或CPU风格的FIFO。EEPROM应为16位宽配置，如93LC56B或等效芯片，可通过FTDI网站提供的FT_Prog实用程序在电路中进行编程。
• LDO稳压器：+3.3/+1.8V LDO稳压器为核心和USB收发器单元生成 + 1.8V电压，为IO和内部PLL以及USB PHY电源提供 + 3.3V电压。
• UTMI PHY：通用收发器宏单元接口（UTMI）物理接口单元，处理USB TX/RX数据的全速/高速SERDES（串行化 - 反序列化）功能，提供芯片其余部分的时钟，需要连接12 MHz晶体或12 MHz振荡器。其功能包括支持480 Mbit/s“高速”（HS）/ 12 Mbit/s“全速”（FS）、SYNC/EOP生成和检查、数据和时钟恢复、位填充/去填充、位填充错误检测、管理USB恢复、唤醒和挂起功能以及通过片上PLL生成更高速度的串行数据时钟。

四、UM232H引脚输出和信号描述

4.1 引脚输出

UM232H的每个引脚的信号标签和引脚标识符在文档中有详细说明，可参考相关图示。

4.2 信号描述

文档中提供了UM232H引脚在不同配置下的功能表，包括串行（RS232）异步、同步245 FIFO、异步245 FIFO、异步位操作、同步位操作、MPSSE、快速串行接口、CPU风格FIFO和FT1248等模式。同时，还对每个引脚的类型和描述进行了详细说明，如J1和J2连接器的各个引脚的功能。需要注意的是，部分引脚默认配置为上拉或下拉输入，并且在USB挂起时可通过EEPROM设置进行相应调整。

4.3 ACBUS信号选项

ACBUS I/O引脚可使用FT_PROG软件实用程序进行EEPROM配置，其默认EEPROM配置在文档中有详细说明。ACBUS信号选项包括TXDEN、PWREN#、TXLED#、RXLED#、TX&RXLED#、SLEEP#、CLK30、CLK15、CLK7.5、TriSt - PU、DRIVE 1、DRIVE 0和I/O模式等，每个选项都有其特定的功能和应用场景。

五、模块尺寸与特性

UM232H模块的尺寸在文档中有图示说明，所有尺寸单位为毫米。该模块使用的组件均为无铅组件，完全符合欧盟指令2002/95/EC。

六、FT232H设备特性与额定值

6.1 DC特性

I/O信号电平为 + 3.3V，所有IO引脚（除USB PHY引脚外）均为 + 5V耐受。文档中提供了DC特性表，包括VCCIO工作电源电压、VREGIN电压调节器输入、调节器输出电流、UM232H在 + 5V和 + 3.3V电源下的电流消耗等参数。需要注意的是，未能连接所有VCCIO引脚可能会导致设备出现不可预测的行为。

七、模块配置

UM232H模块可以配置为USB总线供电或USB自供电，以下是不同配置方式的详细说明：

7.1 总线供电配置

在总线供电配置中，模块的 + 5V电源由USB总线提供，3V3稳压器输出为FT232H的核心供电。典型的USB总线供电设计配置包括J1 - 2到J1 - 3的连接和J2 - 2到J2 - 3的连接。USB总线供电设备的基本规则包括插入USB时电流不超过100mA、USB挂起时电流不超过500μA等。在与微控制器或其他逻辑进行接口时，与自供电设计的方式基本相同，只是MCU或外部逻辑从USB总线获取电源。

7.2 USB总线供电与电源切换配置

USB总线供电电路需要在USB挂起模式下能够断电，以满足总USB挂起电流不超过500μA的要求。对于无法自行断电的外部逻辑，FT232H提供了一种简单有效的方法，可在USB挂起期间关闭外部电路的电源。可以使用离散的P沟道逻辑电平MOSFET来控制外部逻辑电路的电源，同时建议使用“软启动”电路来限制MOSFET开启时的电流浪涌。另外，也可以使用具有内置“软启动”功能的专用电源开关IC。在进行电源控制设计时，需要注意逻辑的复位电路、EEPROM中的下拉选项设置、ACBUS引脚的配置、设备功率消耗的设置以及3.3V电源控制电路的电源供应等问题。

7.3 自供电配置

7.3.1 3V3 I/O且使用 + 5V外部电源的自供电配置

在这种配置中，外部 + 5.0V电源连接到模块的5V0引脚，J2 - 2（VIO）连接到J2 - 3（3V3）以从板载稳压器获取VCCIO电源。USB自供电设备从自身的电源获取电力，不从USB总线吸取电流。为了避免在USB主机或集线器控制器断电时向USB总线强制供电，需要使用USB电源控制FT232H设备的RESET#引脚。此外，还可以使用PWRSAV#功能来防止电流回流到USB总线，并在USB主机断电时将FT232H置于睡眠模式，但在MPSSE模式下使用该功能时需要注意与GPIO模式的冲突。

7.3.2 3V3 I/O且使用 + 3.3V外部电源的自供电配置

这种配置与上述 + 5V外部电源的自供电配置类似，只是UM232H模块由外部3.3V电源供电，连接到模块的5V0、VIO和3V3引脚。同样，也可以实现利用PWRSAV#的替代配置。

八、模块电路原理图

文档中提供了M232H模块的电路原理图，可用于进一步的电路分析和设计。

九、EEPROM配置

FT232H使用外部EEPROM（在UM232H模块上），可通过FT_Prog在USB上进行编程。文档中列出了EEPROM的默认设置，包括USB厂商ID、产品ID、设备版本、序列号、I/O引脚在USB挂起时的下拉选项、制造商名称、产品描述、最大总线功率电流、电源来源、设备类型、USB版本、远程唤醒、高电流I/O、加载VCP驱动以及ACBUS引脚的默认配置等。

十、联系信息

文档提供了Future Technology Devices International Limited的总部和分支机构的联系信息，包括地址、电话、传真和电子邮件地址，以及公司的网站。

综上所述，UM232H单通道USB高速FT232H开发模块是一款功能强大、应用广泛的开发工具，通过合理的配置和使用，可以为电子工程师在USB接口设计和开发中提供极大的便利。你在使用UM232H模块的过程中遇到过哪些问题呢？又有哪些独特的应用经验可以分享呢？欢迎在评论区留言讨论。