UM245R USB - 并行FIFO开发模块：特性、配置与应用解析

在电子设计领域，USB与并行FIFO接口的开发模块是实现数据高效传输的关键组件。今天，我们就来深入探讨Future Technology Devices International Ltd推出的UM245R USB - 并行FIFO开发模块。

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一、UM245R模块简介

UM245R是一款采用FTDI的FT245RL芯片的开发模块。FT245R作为USB到并行FIFO的接口，具备新的FTDIChip - ID™安全加密狗功能，同时支持异步和同步位操作模式。该模块将外部EEPROM、时钟电路和USB电阻完全集成到设备中，简化了USB到并行的设计。而且，FT245R相比前代产品增加了新功能，在某些应用领域可视为“二合一”芯片。每个设备在制造过程中会烧录一个唯一的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安全保障。

UM245R模块采用PCB设计，可插入标准的15.0mm（0.6”）宽24引脚DIP插座，所有组件（包括FT245RL）均为无铅（符合RoHS标准）。

二、典型应用场景

UM245R模块的应用场景十分广泛，涵盖了多个领域：

1. 传统外设升级：将传统外设升级为支持USB接口，实现数据的高效传输。
2. 通信设备：用于蜂窝和无绳电话的USB数据传输电缆和接口。
3. MCU/PLD/FPGA设计：将基于MCU、PLD或FPGA的设计与USB接口连接。
4. 多媒体数据传输：支持USB音频和低带宽视频数据传输。
5. 移动设备连接：实现PDA与USB的数据传输。
6. 智能卡与仪器仪表：用于USB智能卡读卡器、USB仪器仪表和USB工业控制。
7. 消费电子设备：如USB MP3播放器接口、USB闪存卡读写器、机顶盒PC - USB接口、USB数码相机接口等。
8. 通信调制解调器：包括USB硬件调制解调器、USB无线调制解调器和USB条形码阅读器。
9. 软件加密：作为USB软件/硬件加密狗使用。

三、驱动支持

UM245R模块提供了丰富的驱动支持，包括免费的VIRTUAL COM PORT (VCP)驱动和D2XX Direct驱动，支持多种操作系统，如Windows系列（包括Windows 10、8/8.1、7、Vista、XP等不同版本）、Windows CE.NET、MAC OS和Linux等。这些驱动均可从www.ftdichip.com免费下载，此外还有各种第三方驱动适用于其他操作系统。

四、UM245R模块特性

（一）数据传输与接口特性

1. 单芯片双向传输：实现USB到并行FIFO的双向数据传输，芯片处理整个USB协议，无需进行特定的USB固件编程。
2. 简单接口设计：通过4线握手接口与MCU/PLD/FPGA逻辑实现简单连接。
3. 高速数据传输：使用D2XX Direct驱动时，数据传输速率可达1MB/秒；使用VCP驱动时，数据传输速率可达300KB/秒。

（二）功能特性

1. 安全特性：具备FTDIChip - ID™功能，用于软件授权保护。
2. FIFO缓冲：FIFO接收和发送缓冲区确保高数据吞吐量。
3. 可调接收缓冲区超时：可根据需求调整接收缓冲区超时时间。
4. 位操作模式：支持同步和异步位操作模式，RD#和WR strobes使数据总线可作为通用I/O端口使用。
5. EEPROM存储：集成1024位内部EEPROM，用于存储USB VID、PID、序列号和产品描述字符串，且设备预编程有唯一的USB序列号。
6. 电源管理：支持USB挂起/恢复功能，通过PWREN#引脚和唤醒引脚实现。
7. 事件字符支持：内置对事件字符的支持。
8. 多种电源配置：支持总线供电、自供电和高功率总线供电的USB配置。
9. 电平转换：集成3.3V电平转换器用于USB I/O，FIFO接口和控制引脚集成电平转换器，可与5V - 1.8V逻辑接口。
10. 输出驱动：提供真正的5V/3.3V/2.8V/1.8V CMOS驱动输出和TTL输入，I/O引脚具有高输出驱动选项。
11. 集成组件：集成USB终端电阻和上电复位电路，完全集成时钟，无需外部晶体、振荡器或谐振器，集成AVCC电源滤波。
12. 低功耗与兼容性：支持USB批量传输模式，3.3V - 5.25V单电源操作，低工作电流和USB挂起电流，低USB带宽消耗，与UHCI/OHCI/EHCI主机控制器兼容，支持USB 2.0全速模式。
13. 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，适用于汽车和工业应用。
14. 封装设计：提供两种封装选项，28引脚SSOP（FT245RL）和5mm x 5mm无引脚QFN - 32封装（FT245RQ），均为无铅封装，符合欧盟指令2002/95/EC。

五、FT245RL芯片特性与改进

（一）集成设计

1. 时钟电路：集成时钟电路，无需外部晶体或陶瓷谐振器，但VCC需在4.0 - 5.25V之间，必要时也可使用外部12MHz晶体作为时钟源。
2. EEPROM：集成EEPROM，用户可更改产品描述字符串，内部EEPROM可通过USB编程，无需额外电压，且预编程有唯一序列号。
3. USB电阻：集成USB电阻，减少了外部组件数量。
4. AVCC滤波：集成AVCC滤波，取消了单独的AVCC引脚和外部R - C滤波器。

（二）功能增强

1. 位操作模式增强：增强了异步位操作模式，RD#和WR strobes可用于外部逻辑时钟；支持同步位操作模式，使控制程序更易测量输出刺激的响应。
2. 低电源电压：VCC供电范围为4.0V - 5V，降低了电源要求。
3. 电平转换集成：FIFO接口和控制信号集成电平转换器，VCCIO引脚供电范围为1.8V - 5V，可直接与不同逻辑电平接口。
4. 上电复位电路：集成上电复位（POR）电路，RESET#引脚可用于外部逻辑复位。
5. 唤醒功能：USB挂起模式下，若启用远程唤醒功能，RXF#引脚可用于唤醒USB主机。
6. 低功耗设计：降低了工作电流和挂起电流，分别为15mA和70μA左右，满足USB挂起电流限制。
7. 低带宽消耗：USB接口设计尽量减少了USB带宽消耗。
8. 高输出驱动：并行FIFO接口和FIFO握手输出引脚可提供三倍标准信号驱动电平。
9. 电源管理控制：PWREN#信号可用于控制外部电路的电源开关，内部EEPROM可配置设备在电源关闭时使FIFO接口线轻轻下拉。
10. FTDIChip - ID™：唯一的序列号用于软件授权，可实现可再生的授权方案。
11. EMI性能改进：降低的工作电流和改进的片上VCC去耦提高了PCB设计的EMI性能。
12. 可编程FIFO TX缓冲区超时：FIFO TX缓冲区超时可通过USB编程，范围为1ms - 255ms，优化短数据包协议的响应时间。

六、UM245R引脚与信号描述

（一）引脚输出

UM245R模块的引脚输出和跳线位置有明确的定义，各引脚具有不同的功能，如数据总线引脚（DB0 - DB7）用于数据传输，VIO引脚用于提供FIFO接口和控制引脚的电源，PWE#引脚用于控制外部逻辑的电源等。

（二）信号描述

不同引脚的信号具有特定的功能和时序要求。例如，RD#引脚用于使能当前FIFO数据字节，WR引脚用于将数据写入发送FIFO缓冲区，TXE#和RXF#引脚分别用于指示FIFO的发送和接收状态。

（三）跳线配置

通过跳线J1和J2可实现不同的配置，如选择VIO引脚的供电电压（3.3V或5V），以及模块的供电方式（总线供电或自供电）。

（四）时序图

文档中还提供了FT245 FIFO控制接口的读取和写入周期时序图，明确了各信号的时间参数，如RD#和WR的脉冲宽度、数据建立和保持时间等。

七、模块配置

（一）总线供电配置

默认情况下，UM245R模块采用总线供电配置，通过连接跳线J2实现。总线供电设备需遵循一定规则，如插入USB时电流不超过100mA，USB挂起时电流不超过500μA（启用远程唤醒时为2.5mA）等。

（二）自供电配置

自供电配置中，需移除跳线J2，并连接外部电源到模块的VCC引脚。自供电设备不依赖USB总线供电，但需注意避免向USB总线注入电流。

（三）带电源开关的总线供电配置

对于需要在USB挂起时关闭外部电路电源的应用，可使用离散的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。

（四）3.3V逻辑驱动/IO供电电压配置

通过跳线开关可使FT245R与3.3V或5V逻辑设备接口，VCCIO引脚可选择5V或3.3V供电。同时，需注意在USB挂起时控制外部逻辑的电源，以及选择合适的调节器。

八、内部EEPROM配置

FT245R的内部EEPROM存储了USB配置描述符，默认值包括USB Vendor ID、Product ID、序列号、制造商名称等。用户可使用FT_PROG工具通过USB对内部EEPROM进行编程，若没有自己的USB Vendor ID，可向FTDI申请免费的唯一Product ID块。

九、总结

UM245R USB - 并行FIFO开发模块凭借其丰富的功能、灵活的配置和高效的数据传输能力，为电子工程师在USB与并行FIFO接口设计方面提供了强大的支持。无论是传统外设升级、通信设备开发还是工业控制应用，UM245R都能发挥重要作用。在实际设计中，工程师们需根据具体需求合理选择模块配置和驱动，以实现最佳的性能和稳定性。你在使用类似模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。