摘要：cp2101及其升級產(chǎn)品cp2102最美國silicon公司生產(chǎn)的高集成度usb-uart橋接電路。它們能夠用最簡單的外部電路、最少的外部器件及最小的電路板面積簡便實(shí)現(xiàn)usb2.0到uart的轉(zhuǎn)換。文中介紹該電路的主要特性和實(shí)際應(yīng)用方法。

    關(guān)鍵詞：cp2101 uart usb

    引言

    cp2101及其升級產(chǎn)品cp2102是美國silicon公司推出的usb-uart橋接電路。該電路的集成度高，內(nèi)置usb2.0全速功能控制器、usb收發(fā)器、晶體振蕩器、eeprom及異步串行數(shù)據(jù)總線（uart），支持調(diào)制解調(diào)器全功能信號，無需任何外部的usb器件。功能強(qiáng)大，采用mlp-28封裝，尺寸僅為5mm×5mm，占用空間非常小。

    與其他usb-uart轉(zhuǎn)接電路的工作原理類似，cp2101通過驅(qū)動程序?qū)c的usb口虛擬成com口以達(dá)到擴(kuò)展的目的。虛擬com口（vcp）的器件驅(qū)動程序允許一個基于cp2101的器件以pc應(yīng)用軟件的形式作為一個增加的com口獨(dú)立于任何現(xiàn)有的硬件。com口使用運(yùn)行在pc上的應(yīng)用軟件以訪問一個標(biāo)準(zhǔn)硬件com口的方式訪問基于cp2101的器件，pc與cp2101間的數(shù)據(jù)傳輸是通過usb完成的，因此，無需修改現(xiàn)有的軟件和硬件就可以通過usb向基于cp2101的器件傳輸數(shù)據(jù)。

    1 cp2101的特性

    cp2101的體積雖小但功能非常強(qiáng)大，其主要特性如下：

    ·內(nèi)含usb收發(fā)器，無需外接電路器；

    ·內(nèi)含時鐘電路，無需外接振蕩器；

    ·其內(nèi)部512字節(jié)的eeprom可用于存儲產(chǎn)品生產(chǎn)商的id、產(chǎn)品的id序列號、電源參數(shù)、器件版本號和產(chǎn)品說明；

    ·內(nèi)含上電復(fù)位電路；

    ·片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)可輸出3.3v電壓；

    ·符合usb2.0規(guī)范的要求（12mb/s）；

    ·suspend引腳支持usb狀態(tài)掛起；

    ·異步串行數(shù)據(jù)總線（uart）兼容所有握手和調(diào)制解調(diào)器接口信號；

    支持的數(shù)據(jù)格式為數(shù)據(jù)位8、停止位1、2和校驗(yàn)位（包括奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)和無校驗(yàn)）；

    ·波特率范圍為300b/s～921.6kb/s；

    ·內(nèi)含512字節(jié)接收緩沖器和512字節(jié)發(fā)送緩沖器；

    ·支持硬件或x-on/x-off握手；

    ·支持事件狀態(tài)。

    此外，通過廠商及銷售商免費(fèi)提供的、適用于windows(含windows ce)、linux、mac os-x等多個操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序，可省去cp2101系列器件二次開發(fā)的投入。這樣，在一般情況下，焊接完畢并安裝好驅(qū)動程序即可使用。

    2 工作原理

    cp2101的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部基本連接電路如圖1所示。由圖1可見，用cp2101進(jìn)行串口擴(kuò)展所需的外部器件非常少，僅需3只去耦電容器即可，使用起來非常方便。

    2．1 usb功能控制器和收發(fā)器

    cp2101中的usb功能控制器是一個符合usb2.0的全速電路，帶有收發(fā)器和相應(yīng)的片內(nèi)上拉電阻器。usb功能控制器管理usb與uart間的所有數(shù)據(jù)傳輸，以及由usb主控制器發(fā)出的請求命令和用于控制uart功能的命令。通過usb掛起和恢復(fù)信號可支持cp2101及外部電路的電源管理。當(dāng)在總線上檢測到掛起信號時，cp2101將進(jìn)入掛起模式。在進(jìn)入掛起模式時，cp2101會發(fā)出suspend和suspend信號，同時，在cp2101復(fù)位后，cp2101也會發(fā)出該信號直到usb要求的器件配置完成。cp2101的掛起模式會在下述任何一種情況出現(xiàn)時被取消：

    （1）檢測到繼續(xù)信號或產(chǎn)生繼續(xù)信號時；

    （2）檢測到一個usb復(fù)位信號；

    （3）器件復(fù)位。

    在退出掛起模式時suspend和suspend信號被取消。

    需要注意的是suspend和suspend和cp2101復(fù)位期間會暫時處于高電平，如果要避免這種情況，可以使用一個大的下拉電阻器（10kω）來確保suspend在復(fù)位期間處于低電平。

    2．3 異步串行數(shù)據(jù)總線（uart）接口

    cp2101的uart接口包括tx發(fā)送、rx接收數(shù)據(jù)信號，以及rts、cts、dsr、dtr、dcd和ri控制信號。uart支持rts/cts、dsr/dtr和x-on/x-off握手，還可以通過編程使uart支持各種數(shù)據(jù)格式和波特率。uart的數(shù)據(jù)格式和波特率編程可在pc上進(jìn)行。表1所列是cp2101串行總線的數(shù)據(jù)格式和波特率。

    表1 cp2101串行總線的數(shù)據(jù)格式