FTDI UM232R USB - Serial UART开发模块深度解析

在电子设计领域，USB - Serial UART接口模块是实现设备通信的关键组件。FTDI的UM232R USB - Serial UART开发模块以其丰富的功能和出色的性能，成为众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款模块。

文件下载：UM232R.pdf

一、模块概述

UM232R是一款开发模块，采用了FTDI的FT232RL芯片。该芯片是USB到串行UART接口，具备可选的时钟发生器输出和FTDIChip - ID™安全加密狗功能，还支持异步和同步位操作模式。与前代产品相比，FT232RL新增了两项功能，在某些应用领域堪称“三合一”芯片。

模块内部可生成6MHz、12MHz、24MHz和48MHz的时钟，可用于驱动微控制器或外部逻辑。同时，每个设备在制造时都会被烧录一个唯一的FTDIChip - ID™，可通过USB读取，为保护客户应用程序软件不被复制提供了保障。

UM232R模块采用PCB设计，可插入标准的0.6英寸宽24引脚DIP插座，且所有组件均为无铅（符合RoHS标准）。

二、典型应用

UM232R模块的应用范围十分广泛，涵盖了多个领域：

1. 通信转换：可用于USB到RS232 / RS422 / RS485的转换器，实现不同通信协议之间的转换。
2. 设备升级：将传统外设升级为支持USB接口，提高设备的兼容性和通用性。
3. 数据传输：在手机、PDA、MP3播放器等设备的数据传输中发挥重要作用。
4. 智能设备：如USB智能卡读卡器、条形码阅读器等。
5. 工业控制：用于USB工业控制和仪器仪表。
6. 多媒体应用：支持USB音频和低带宽视频数据传输。

三、驱动支持

UM232R模块提供了免费的VIRTUAL COM PORT (VCP)驱动和D2XX Direct驱动，支持多种操作系统，包括Windows、MAC OS和Linux等。这些驱动可从www.ftdichip.com免费下载，同时还有第三方驱动可供选择。

四、模块特性

UM232R模块具有以下显著特性：

1. 单芯片解决方案：实现USB到UART的同步串行数据传输，无需进行USB特定的固件编程。
2. 灵活的UART配置：支持7或8位数据位、1或2位停止位以及多种奇偶校验方式。
3. 高效的数据传输：数据传输速率从300波特到3兆波特（RS422 / RS485和TTL电平）和300波特到1兆波特（RS232）。
4. 免费驱动：FTDI的VCP和D2XX驱动消除了大多数情况下USB驱动开发的需求。
5. 事件字符和线路中断支持：内置对事件字符和线路中断条件的支持。
6. 安全特性：具备USB FTDIChip - ID™功能，可用于软件授权保护。
7. 可配置的CBUS引脚：5个可配置的控制总线（CBUS）引脚，可实现多种功能。
8. 时钟输出：提供48MHz、24MHz、12MHz和6MHz的时钟输出信号，可驱动外部MCU或FPGA。
9. 数据缓冲：具有接收和发送缓冲区，确保高数据吞吐量。
10. 低功耗设计：支持USB挂起和恢复，降低功耗。
11. 集成EEPROM：1024位内部EEPROM可存储USB VID、PID、序列号和产品描述字符串等信息。
12. 多种供电方式：支持总线供电、自供电和高功率总线供电配置。
13. 电平转换：集成3.3V和UART/CBUS电平转换器，可实现5V - 1.8V逻辑接口。
14. 高输出驱动：UART接口和CBUS I/O引脚可提供高输出驱动能力。
15. 抗干扰性能：降低了操作电流和改善了片上VCC去耦，提高了EMI性能。
16. 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C至85°C，适用于各种环境。

五、FT232RL芯片特性与改进

1. 集成时钟电路

前代FTDI的USB UART设备需要外部晶体或陶瓷谐振器，而FT232RL将时钟电路集成到芯片中，无需外部晶体或谐振器。不过，也可选择使用外部12MHz晶体作为时钟源。

2. 集成EEPROM

前代设备若要使用非默认的USB Vendor ID (VID)、Product ID (PID)、序列号和产品描述字符串，需要外部EEPROM。FT232RL将EEPROM集成到芯片中，所有设计都可选择更改产品描述字符串，并且内部EEPROM可通过USB进行编程，无需额外电压。

3. 预编程EEPROM

FT232R的内部EEPROM预编程了唯一的序列号，大多数情况下无需对设备EEPROM进行编程。

4. 集成USB电阻

前代设备需要在USBDP和USBDM线上使用两个外部串联电阻，以及在USBDP上使用1.5kΩ上拉电阻。FT232RL将这三个电阻集成到芯片中。

5. 集成AVCC滤波

前代设备有一个单独的AVCC引脚，需要外部R - C滤波器。FT232RL将AVCC引脚内部连接到VCC，并将滤波器集成到芯片中。

6. 减少外部组件

晶体、EEPROM、USB电阻和AVCC滤波器的集成，与FT232BM前代产品相比，大大降低了USB接口设计的物料成本。

7. 可配置CBUS I/O引脚选项

有5条可配置的控制总线（CBUS）线，可配置为多种功能，如RS485传输使能、电源控制、LED驱动、时钟输出等。通过设置内部EEPROM中的位，可选择不同的输出选项。

8. 增强的异步位操作模式

FT232R支持FTDI的BM芯片位操作模式，并且增强了该模式，将内部RD#和WR#选通信号引出，可用于外部逻辑的时钟控制。

9. 同步位操作模式

同步位操作模式与异步位操作模式不同，只有在设备写入时才读取接口引脚，便于控制程序测量输出刺激的响应。

10. CBUS位操作模式

允许将4个CBUS引脚单独配置为GPIO引脚，可在UART接口使用时同时使用，提供多达4个通用I/O引脚。

11. 更低的供电电压

前代芯片需要5V供电，FT232R的VCC供电范围为4.0V至5.25V。

12. 集成电平转换器

UART接口和控制信号集成了电平转换器，VCCIO引脚供电范围为1.8V至5V，可直接连接不同逻辑电平的设备。

13. 集成上电复位电路

设备内置上电复位（POR）功能，RESET#引脚可用于外部逻辑复位FT232R。

14. 更低的操作和挂起电流

设备操作供电电流降至15mA，挂起电流降至约70μA，为外设设计提供了更大的电流余量。

15. 低USB带宽消耗

USB接口的设计尽量减少了对USB主机控制器总带宽的占用。

16. 高输出驱动选项

UART接口和CBUS I/O引脚可提供三倍标准信号驱动电平，可驱动多个设备或需要更大信号驱动强度的设备。

17. 电源管理控制

PWREN#信号可用于直接驱动晶体管或P - 通道MOSFET，实现外部电路的电源开关控制。

18. UART引脚信号反转

可通过设置内部EEPROM中的选项，单独反转8个UART信号的极性。

19. FTDIChip - ID™

每个FT232R都有一个唯一的ID号，可用于软件授权保护，通过加密和验证机制确保许可证的有效性。

20. 改进的EMI性能

降低的操作电流和改进的片上VCC去耦，显著提高了PCB设计满足FCC、CE等EMI相关规范的要求。

21. 可编程接收缓冲区超时

接收缓冲区超时可用于清除接收缓冲区中的剩余数据，默认值为16ms，可通过USB以1ms为增量从1ms到255ms进行编程。

22. 波特率支持

支持300波特到3兆波特的所有标准和非标准波特率，可根据需要计算并设置所需的波特率。

23. 扩展的工作温度范围

FT232R可在 - 40º至 + 85º C的温度范围内工作，适用于汽车和工业应用。

24. 封装选项

FT232R有两种封装可供选择：28引脚SSOP（FT232RL）和5mm x 5mm无引脚QFN - 32封装（FT232RQ），均为无铅封装，符合欧盟指令2002/95/EC。

六、引脚输出与信号描述

1. 引脚输出

UM232R模块的引脚布局如图4.1所示，包含TXD、DTR#、RTS#、VIO、RXD等多个引脚，各引脚具有不同的功能。

2. 信号描述

详细介绍了每个引脚的类型和功能，如TXD为异步数据输出引脚，DTR#为数据终端就绪控制输出/握手信号等。同时，还说明了一些引脚在不同供电模式和操作状态下的使用方法和注意事项。

3. 跳线配置选项

通过跳线J1和J2可实现不同的配置，如选择3V3或5V I/O、总线供电或自供电等。

4. CBUS信号选项

CBUS I/O引脚可配置为多种信号选项，如TXDEN#、PWREN#、TXLED#等，可通过内部EEPROM进行配置。

七、模块尺寸

UM232R模块的尺寸如图5.1所示，所有尺寸以毫米为单位，括号内为英寸值，仅作参考。FT232RL采用符合RoHS标准的28引脚SSOP封装，模块使用的所有组件均为无铅，符合欧盟指令2002/95/EC。

八、FT232RL设备特性与评级

1. 绝对最大额定值

规定了FT232R设备的绝对最大额定值，包括存储温度、环境温度、电源电压、输入电压、输出电流和功耗等参数，超过这些值可能会导致设备永久性损坏。

2. DC特性

详细说明了FT232R在不同环境温度下的DC特性，包括VCC和VCCIO的工作电压、工作电流、输出电压、输入开关阈值和滞回等参数。

3. EEPROM可靠性特性

内部1024位EEPROM的数据保留时间为15年，读写周期为100,000次。

4. 内部时钟特性

内部时钟振荡器的工作频率为11.98 - 12.02 MHz，时钟周期为83.19 - 83.47 ns，占空比为45 - 55%。

九、模块配置

1. 总线供电配置

UM232R模块默认采用总线供电配置，通过在J2上安装跳线即可实现。总线供电设备从USB总线获取电源，需满足一定的电流要求。

2. 自供电配置

自供电配置中，移除J2上的跳线，并将外部电源连接到模块的VCC引脚。自供电设备有自己的电源供应，不从USB总线吸取电流。

3. 带电源开关的USB总线供电配置

为满足USB挂起模式下的电流要求，可使用P - 通道逻辑电平MOSFET或专用电源开关IC控制外部电路的电源。同时，需注意一些功率控制设计的要点。

4. 带3.3V逻辑驱动/IO电源电压的总线供电配置

通过跳线开关可使FT232R与3.3V或5V逻辑设备接口。在总线供电设计中，需考虑一些特殊要求，如使用PWREN#或SLEEP’信号控制外部逻辑的电源，以及选择合适的调节器。

十、内部EEPROM配置

FT232R在上电复位或USB复位后，会扫描其内部EEPROM并读取存储的USB配置描述符。默认配置包括USB Vendor ID (VID)、Product ID (PID)、序列号、USB挂起下拉I/O引脚、制造商名称、产品描述等信息。用户可使用FT_PROG实用程序通过USB对内部EEPROM进行编程。

十一、联系信息

FTDI提供了多个地区的分支机构联系方式，包括英国格拉斯哥总部、美国俄勒冈州蒂加德分公司、中国台湾台北分公司和中国上海分公司。用户可通过电话、传真和电子邮件与FTDI联系，获取销售、支持和一般咨询等服务。

FTDI的UM232R USB - Serial UART开发模块凭借其丰富的功能、出色的性能和灵活的配置选项，为电子工程师提供了一个强大的解决方案。在实际应用中，工程师可根据具体需求选择合适的配置和功能，以实现高效、稳定的设备通信。你在使用UM232R模块时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。