文治洪，胡文東，李曉京，王 濤

（第四軍醫(yī)大學 航空航天醫(yī)學系，陜西 西安 710032）

RS232接口作為標準外設廣泛應用于單片機和嵌入式系統(tǒng)，通用串行總線USB（Universal Serial Bus）通信技術以其易插拔、速度快、即插即用和獨立供電等特點，已得到更廣泛的應用[1]。

為了解決嵌入式系統(tǒng)與個人計算機USB接口之間的通訊問題，硬件廠商提供各種不同的解決方案。一種方案是使用帶USB接口的單片機和獨立的USB接口器件，如Cypress公司的 CY7C68013A（EZ-USB FX2L）[2]和 Philips公司的PIUSBD12。這種方案需開發(fā)人員了解和掌握USB的接口原理、協(xié)議，設計USB設備驅動程序，而USB接口協(xié)議的復雜性給開發(fā)人員帶來諸多不便，開發(fā)周期長。另一種方案是使用RS232-USB接口轉換器，這些器件在其內部完成RS232到USB接口協(xié)議的轉換，開發(fā)人員完全不用更改或只需更改很少的PC端應用程序就可完成與USB接口的通訊任務，如 Prolific公司的 PL2303、Silicon Labs公司的CP2102型RS232-USB接口轉換器。這類器件價格成本低，開發(fā)簡單[3-4]。

利用RS232-USB接口轉換器完成通訊任務，既具有即插即用的優(yōu)點，又避免繁瑣的USB協(xié)議和USB驅動，開發(fā)方便。這里介紹RS232-USB接口轉換器PL-2303的特點與原理，并介紹利用該器件實現單片機與個人計算機之間的通訊接口設計。

1 PL2303簡介

1.1 PL2303的特點

PL2303是Prolific公司生產的一種高度集成的RS232-USB接口轉換器[5]，可提供一個RS232全雙工異步串行通信裝置與USB功能接口便利聯(lián)接的解決方案。該器件內置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的UART，只需外接幾只電容就可實現USB信號與RS232信號的轉換，能夠方便嵌入到手持設備。該器件作為USB/RS232雙向轉換器，一方面從主機接收USB數據并將其轉換為RS232信息流格式發(fā)送給外設；另一方面從RS232外設接收數據轉換為USB數據格式傳送回主機。這些工作全部由器件自動完成，開發(fā)者無需考慮固件設計。

PL2303的高兼容驅動可在大多操作系統(tǒng)上模擬成傳統(tǒng)COM端口,并允許基于COM端口應用可方便地轉換成USB接口應用，通訊波特率高達6 Mb/s。在工作模式和休眠模式時都具有功耗低，是嵌入式系統(tǒng)手持設備的理想選擇。該器件具有以下特征：完全兼容USB1.1協(xié)議；可調節(jié)的3～5 V輸出電壓，滿足3 V、3.3 V和5 V不同應用需求；支持完整的RS232接口，可編程設置的波特率：75 b/s～6 Mb/s，并為外部串行接口提供電源；512字節(jié)可調的雙向數據緩存；支持默認的ROM和外部EEPROM存儲設備配置信息,具有I2C總線接口,支持從外部MODEM信號遠程喚醒；支持Windows98，Windows2000，WindowsXP等操作系統(tǒng)；28引腳的SOIC封裝。

1.2 PL2303的選型

PL2303可提供PL2303X、PL2303HX兩種版本。PL2303X用于3.3 V電壓的應用，PL2303HX用于以前使用PL2303H（5 V）設計應用的升級，而兩者驅動程序相同。

1.3 PL2303引腳功能描述

PL2303X的主要引腳功能描述如下：

VDD_325（PIN4）：RS232供電電源。 必須與 RS232接口使用同一電源。

TXD（PIN1），RXD（PIN5）：RS232 的數據輸出/輸入。

DTR_N，RTS_N，RI_N，DSR_N，DCD_N，CTS_N：RS232 的6個控制引腳，分別為：DTR數據終端準備好，RTS發(fā)送請求，RI響鈴指示器,DSR數據準備好,DCD數據載波檢測，CTS線路暢通。

VDD_33，GND：3.3 V 電源和接地。

SHTD_N：關閉 RS232收發(fā)器。

DP，DM：USB D+信號和 USB D－信號。

VO_33：3.3 V輸出電源。

RESET_N：系統(tǒng)復位。

VDD_5：USB的5 V電源。

將 PL2303 的 TXD（PIN1）和 RXD（PIN5）分別與單片機上的串口（TXD和RXD）連接，DM、DP與計算機的USB接口連接，再加上其他外圍元件，就可實現單片機與計算機之間的通訊。PL2303支持默認ROM和外部EEPROM 2種不同的存儲方法，可存儲包括 PID（Product ID），VID（Vendor ID）和器件收發(fā)器控制和狀態(tài)等信息，如果不希望采用默認的設置，則需外擴一個EEPROM（如ST公司的M24C02）。

2 心理測試數據采集系統(tǒng)設計方案

心理測試數據采集系統(tǒng)由計算機屏幕顯示題目，單片機采集被試的按鍵反應數據，并通過連線將數據傳送到計算機中，測試完成后再進行分析，并報告測試結果。系統(tǒng)共有36個按鍵盒，每個鍵盒上有0～9共10個按鍵，單片機通過掃描方式，可以同時測試36人，大大提高測試效率。傳統(tǒng)的心理測試系統(tǒng)[6]采用串口方式通訊。為了提高系統(tǒng)的適應性，并盡量減少對原系統(tǒng)程序的改動，這里選用USB轉UART橋接器PL2303X進行硬件設計。其系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構原理

2.1 系統(tǒng)硬件設計

選用TI公司的MSP430F149作為控制器。MSP430系列單片機是一種超低功耗的混合模擬控制器[7]，具有多種省電模式，靈活的時鐘源可使器件達到最低功耗，特別適合于電池供電的手持設備。

MSP430F149提供2個內置的串口通信模塊，可方便地與PL2303連接。采用兩線連接串口方式，分別將MSP430F149的P3.4（UTXD0），P3.5（URXD0）與 PL2303 的 P1（TXD），P5（RXD）連接，PL2303 中的串行接口控制信號 RI，DSR，DCD，CTS 和GP0通過220 kΩ電阻連接至電源。PL2303的電源接0.1 μF的去耦電容，復位引腳上拉到電源端。5 V的鎖相環(huán)電源電壓VDD_5與地之間接一只0.1 μF的去耦電容。GP1通過220 kΩ電阻接地，指示系統(tǒng)為輕載狀態(tài),提供100 mA的電流。3.3 V輸出為MSP430F149提供電源。圖2為PL2303電路連接。USB接口電路按照標準電路設計相應元件。

圖2 PL2303接口電路

2.2 系統(tǒng)軟件設計

該系統(tǒng)設計的接口程序包括單片機通訊設置，USB設備驅動，以及PC應用等3部分程序,這三者互相配合實現可靠、快速的數據傳輸。

1）單片機通訊設置程序 單片機程序實際上是完成單片機對串口的初始化，即對波特率，數據位，校驗位，有無奇偶校驗等通信協(xié)議的設計及單片機串行通信功能控制器的設置。該設計以串口參數波特率115 200，數據位8，停止位1，校驗位0。

2）USB設備驅動程序 在PC機上安裝Prolific公司免費提供的USB設備驅動程序。驅動安裝完后，PC系統(tǒng)出現1個“Prolific USB-to-Serial Comm Port”自動增加一個 COM口，如COM3，COM4 等。

3）PC應用程序 用戶按照傳統(tǒng)的串行接口控制方式來使用該模擬的“COM口”。使用Delphi語言調用RS232的控件（MSCOMM32）或API函數，實現與單片機的通訊。串口通訊參數應與單片機所設置參數一致。當設備插入不同的USB接口時，計算機認為一個新設備，需重新安裝設備驅動程序。當插入計算機不同USB接口時，虛擬的"COM口"不同，因此，需要計算機程序自動識別是在哪一個串口插入的設備。

3 結束語

介紹采用PL2303設計的串口轉接USB接口的方法，實現在PC機的USB接口與單片機之間的通信。對產品設計者來說，PC機和單片機均是按照標準的RS232串行通信進行處理，對于早期設計的串口通訊程序無需重新設計，就可將之前采用RS232通訊的產品升級至USB接口，并且設備具有允許設備熱拔，即插即用的功能，同時無需外接供電電源，便于產品設計和用戶使用，擴展產品的使用范圍。但這種設計具有設計簡單，開發(fā)周期短，原RS232接口設備設計改動方便的特點，為手持設備的通訊接口設計提供了較好的參考價值。

[1]馬 偉.計算機USB系統(tǒng)原理及其主/從機設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[2]謝 宏，徐 雪.EZ-USB FX2接口在生物電信號數據采集系統(tǒng)中的應用[J].電子設計工程，2009，17（7）：1-3.

[3]姚渭箐，周 偉.基于FT2232H的USB-RS232轉換模塊設計[J].電子設計工程，2009，17（7）：4-6.

[4]于 波，胡 毅，文江濤.基于CP2102的USB接口設計[J].國外電子測量技術，2007（3）：39-42.

[5]Prolific Technology Inc.PL2303 DataSheet[EB/OL].2004.http：//www.prolific.com.tw/support/files//IO%20Cable/PL-2303X/Documents/Datasheet/ds_pl2303XA_v15F.pdf.

[6]胡文東，王 濤，李曉京，等.計算機多媒體群體心理測量系統(tǒng)研制[J].第四軍醫(yī)大學學報，1999，20（3）： 225-227.

[7]Teaxs Instrument，Inc.MSP430 MCU Datasheet[EB/OL].2006.http：//focus.ti.com/lit/ds/symlink/msp430f149.pdf.