FT245BM芯片如何驱动??
USB接口芯片,和它通信的是单片机的I/O,如果不配置单片机程序,直接装上FT245BM的VCP驱动,插上USB后是否能正常显示传说中的COM3口?我装完驱动后,显示"连...
USB接口芯片,和它通信的是单片机的I/O,如果不配置单片机程序,直接装上FT245BM的VCP驱动,插上USB后是否能正常显示传说中的COM3口?
我装完驱动后,显示"连接的USB设备工作不正常,无法识别",请哪位高手指点一下正确的使用方法+++ 展开
我装完驱动后,显示"连接的USB设备工作不正常,无法识别",请哪位高手指点一下正确的使用方法+++ 展开
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FT245BM由FTDI （Future Technology Devices Int. Ltd.）公司推出，该芯片的主要功能是进行USB和并行I/O口之间的协议转换。芯片一方面可从主机通过USB串行总线接收数据，并将其转换为并行I/O口的数据流格式发送给外设；另一方面外设可通过并行I/O口将数据转换为USB串行数据格式传回主机。中间的转换工作全部由芯片自动完成，开发者无须考虑固件的设计。该芯片提供了通用的并行I/O口方便与微控制器、FPGA或其他外设接口。在PC机端安装了FTDI公司提供的驱动程序，只需熟悉简单的VB、VC编程，就可很容易地进行上位机软件开发。
关于FT245BM的内部结构及详细地引脚介绍读者可以参考其他相关资料，在此仅对与本设计相关的内容作一个介绍。FT245BM内含两个FIFO数据缓冲区，一个是128字节的接收缓冲区，另一个是384字节的发送缓冲区。它们用作USB数据与并行I/O口数据的交换缓冲区。FIFO实现与外界（微控制器、FPGA或其它器件）的接口，主要通过8根数据线D0~D7、读写控制线RD#和WR#以及FIFO发送缓冲区空标志TXE#和FIFO接收缓冲区非空标志RXF#来完成数据交互。TXE#为低表示当前FIFO发送缓冲区为空，为高表示当前FIFO发送缓冲区满或者正在存储前一个字节，禁止向缓冲区中写数据。RXF#为低表示当前FIFO的接收缓冲区非空。RD#信号由低变高将从FIFO缓冲区中读取数据。当RD#变低时将数据送到数据总线。RXF#为高不能从FIFO读数据。读写时序见图1和图2。
图2 写数据时序
三、 FT245BM与FPGA的接口设计
3.1 硬件电路设计
图3是FT245BM的USB与FPGA的接口电路，FPGA选用ALTERA EPF1K50TC-144，其中D0~D7是FT245BM与FPGA交换数据的数据总线，USB_RD#、USB_WR、USB_TXE#、USB_RXF#是相关的控制总线。
图3 FT245BM与FPGA的接口电路
3.2 FPGA收发状态机设计
下面是用Verilog HDL 描述的FPGA收发状态机，为便于读者理解FPGA对FT245BM的读写过程，本文将接收和发送状态机分开给出。当然在实际应用中也可以将接收和发送操作合成一个状态机来实现。
3.2.1 接收状态机
接收状态机主要功能是查询USB_RXF引脚的状态，当检测到USB_RXF变低，即可获知上位机已经将数据写入到FT245BM的缓冲区，然后产生读控制时序，将FT245BM接收缓冲区中的数据读入到FPGA的缓冲区。重复以上步骤直到将一帧数据读完，然后执行相应的帧处理操作。下面是用Verilog HDL描述的接收状态机。
@always (posedge clk ) /*clk为FPGA工作时钟。
if(rst && USB_RXF==0)
begin
case(Rstate)
Rstate0:
begin
USB_RD<=0; /*产生读信号的下降沿
Rstate<=Rstate1;
end
Rstate1:
begin
RframeBuf[Rpointer]<=USB_DATA; /*读FT245BM芯片FIFO的当前字节
Rstate<=Rstate2;
end
Rstate2:
begin
if(Rpointer== FrameLen-1) /*如果已经接收到完整的一帧,则转Rstate3,
begin
Rstate<=Rstate3;
Rpointer<=0;
end
else /*一帧未接收完,转Rstate0继续接收
begin
Rstate<=Rstate0;
Rpointer<=Rpointer+1;
end
USB_RD<=1;
end
Rstate3: /*处理收到的帧
begin
Rstate<=Rstate0;
/*在此添加处理帧的代码，本文略*/
end
end
else
begin
Rstate<=Rstate0;
USB_RD<=1;
End
3.2.2 发送状态机
发送状态机完成的主要功能是将外设产生的数据通过FT245BM和USB总线传送到PC机。外设将数据准备好后，将发送允许信号（SendEN）置为有效，当状态机检测到SendEN=1时，即启动发送操作。首先状态机从外设的缓冲区按字节将待发送的数据读到FPGA的缓冲区，并产生写FT245BM发送缓冲区的时序，将数据写到FT245BM发送缓冲区。直到将一帧数据发送完毕。下面是FPGA向FT245BM发送数据的状态机。
@always (posedge clk ) /*clk为FPGA工作时钟。
if(rst && USB_TXE==0&& SendEN==1) /*rst为异步复位信号, SendEN为发送允许信号，由给Pc机发送数据的逻辑电路置位，数据发送完成由发送状态机将其清除。
begin
case(Sstate)
Sstate0:
begin
USB_WR<=1; /*产生写信号的上升沿
Sstate<=Sstate1;
end
Sstate1:
begin
USB_DATA <=SframeBuf[Spointer]; /*写一个字节到FIFO，SframeBuf为发送缓冲区
Sstate<=Sstate2;
end
Sstate2:
begin
if(Spointer == FrameLen-1) /*如果已经发送完一帧,则转Sstate3,
begin
Sstate<=Sstate3;
Spointer <=0;
end
else /*未完,转Sstate0继续发送
begin
Sstate<=Sstate0;
Spointer <= Spointer +1;
end
USB_WR<=0; /*产生写usb FIFO信号的下降沿
end
Sstate3:
begin
Sstate<=Sstate0;
/*在此添加处理帧发送完毕的代码和清除SendEN 信号的代码，本文略*/
end
end
else
begin
Sstate<=Sstate0;
USB_WR<=0;
End
限于篇幅，以上状态机只给出了帧收发的基本操作，因为在不同的应用场合，帧处理的方法也不相同，所以本文没有给出帧处理代码。另外，在实际应用时需要注意以下内容：由于FPGA读写FT245BM共用一组数据总线，状态机不能同时对FT245BM进行读写操作，当所以当两个状态机分开编写时，为避免冲突需分出读写的优先级，此时只需对以上状态机稍加修改即可。比如当若令读的优先级高，则在写的状态机中将if(rst && USB_TXE==0&& SendEN==1)语句的条件改为if(rst && USB_TXE==0&& SendEN==1&& USB_RXF==1)即可。写优先级高的情况可以仿照此方法修改。
四、PC机软件设计
PC机软件的设计有两种方法：一种是在PC机上安装一个由FTDI公司免费提供的虚拟串行口VCP（Virtual COM Port）驱动程序，将USB口虚拟成一个串口，像一个标准的串口那样进行进行外设和PC机的通信。可本质上所有针对虚拟串口的数据通信都是通过USB总线完成的。另外一种方法是利用FTDI公司提供的D2XX驱动程序，通过调用驱动程序的动态链接库直接访问USB。由于人们对串口的操作比较熟悉，通常用前一种方法访问USB。比如，在PC端，应用VB对VCP（通常设置为COM3）进行编程。可以直接应用MSComm控件，将MSComm.CommPort置为3，MSComm.Setings置为“9600，n，8，1”（该速率为默认设置，实际上VCP驱动程序总是使数据以最快速率传输）；通过MSComm.PortOpen设置COM3的开关状态；通过MSComm.Input和MSComm.Output读入或输出数据。在读取数据时，设置MSComm.Rthreshold的值为1。只要有数据传到PC机，就立即触发MSComm.CommEvent事件，自动读取COM3的数据；而发送数据则可自动或手动发送，由用户自己设置。以上操作与操纵标准的串行口完全一致。
五、结语
关于FT245BM的内部结构及详细地引脚介绍读者可以参考其他相关资料，在此仅对与本设计相关的内容作一个介绍。FT245BM内含两个FIFO数据缓冲区，一个是128字节的接收缓冲区，另一个是384字节的发送缓冲区。它们用作USB数据与并行I/O口数据的交换缓冲区。FIFO实现与外界（微控制器、FPGA或其它器件）的接口，主要通过8根数据线D0~D7、读写控制线RD#和WR#以及FIFO发送缓冲区空标志TXE#和FIFO接收缓冲区非空标志RXF#来完成数据交互。TXE#为低表示当前FIFO发送缓冲区为空，为高表示当前FIFO发送缓冲区满或者正在存储前一个字节，禁止向缓冲区中写数据。RXF#为低表示当前FIFO的接收缓冲区非空。RD#信号由低变高将从FIFO缓冲区中读取数据。当RD#变低时将数据送到数据总线。RXF#为高不能从FIFO读数据。读写时序见图1和图2。
图2 写数据时序
三、 FT245BM与FPGA的接口设计
3.1 硬件电路设计
图3是FT245BM的USB与FPGA的接口电路，FPGA选用ALTERA EPF1K50TC-144，其中D0~D7是FT245BM与FPGA交换数据的数据总线，USB_RD#、USB_WR、USB_TXE#、USB_RXF#是相关的控制总线。
图3 FT245BM与FPGA的接口电路
3.2 FPGA收发状态机设计
下面是用Verilog HDL 描述的FPGA收发状态机，为便于读者理解FPGA对FT245BM的读写过程，本文将接收和发送状态机分开给出。当然在实际应用中也可以将接收和发送操作合成一个状态机来实现。
3.2.1 接收状态机
接收状态机主要功能是查询USB_RXF引脚的状态，当检测到USB_RXF变低，即可获知上位机已经将数据写入到FT245BM的缓冲区，然后产生读控制时序，将FT245BM接收缓冲区中的数据读入到FPGA的缓冲区。重复以上步骤直到将一帧数据读完，然后执行相应的帧处理操作。下面是用Verilog HDL描述的接收状态机。
@always (posedge clk ) /*clk为FPGA工作时钟。
if(rst && USB_RXF==0)
begin
case(Rstate)
Rstate0:
begin
USB_RD<=0; /*产生读信号的下降沿
Rstate<=Rstate1;
end
Rstate1:
begin
RframeBuf[Rpointer]<=USB_DATA; /*读FT245BM芯片FIFO的当前字节
Rstate<=Rstate2;
end
Rstate2:
begin
if(Rpointer== FrameLen-1) /*如果已经接收到完整的一帧,则转Rstate3,
begin
Rstate<=Rstate3;
Rpointer<=0;
end
else /*一帧未接收完,转Rstate0继续接收
begin
Rstate<=Rstate0;
Rpointer<=Rpointer+1;
end
USB_RD<=1;
end
Rstate3: /*处理收到的帧
begin
Rstate<=Rstate0;
/*在此添加处理帧的代码，本文略*/
end
end
else
begin
Rstate<=Rstate0;
USB_RD<=1;
End
3.2.2 发送状态机
发送状态机完成的主要功能是将外设产生的数据通过FT245BM和USB总线传送到PC机。外设将数据准备好后，将发送允许信号（SendEN）置为有效，当状态机检测到SendEN=1时，即启动发送操作。首先状态机从外设的缓冲区按字节将待发送的数据读到FPGA的缓冲区，并产生写FT245BM发送缓冲区的时序，将数据写到FT245BM发送缓冲区。直到将一帧数据发送完毕。下面是FPGA向FT245BM发送数据的状态机。
@always (posedge clk ) /*clk为FPGA工作时钟。
if(rst && USB_TXE==0&& SendEN==1) /*rst为异步复位信号, SendEN为发送允许信号，由给Pc机发送数据的逻辑电路置位，数据发送完成由发送状态机将其清除。
begin
case(Sstate)
Sstate0:
begin
USB_WR<=1; /*产生写信号的上升沿
Sstate<=Sstate1;
end
Sstate1:
begin
USB_DATA <=SframeBuf[Spointer]; /*写一个字节到FIFO，SframeBuf为发送缓冲区
Sstate<=Sstate2;
end
Sstate2:
begin
if(Spointer == FrameLen-1) /*如果已经发送完一帧,则转Sstate3,
begin
Sstate<=Sstate3;
Spointer <=0;
end
else /*未完,转Sstate0继续发送
begin
Sstate<=Sstate0;
Spointer <= Spointer +1;
end
USB_WR<=0; /*产生写usb FIFO信号的下降沿
end
Sstate3:
begin
Sstate<=Sstate0;
/*在此添加处理帧发送完毕的代码和清除SendEN 信号的代码，本文略*/
end
end
else
begin
Sstate<=Sstate0;
USB_WR<=0;
End
限于篇幅，以上状态机只给出了帧收发的基本操作，因为在不同的应用场合，帧处理的方法也不相同，所以本文没有给出帧处理代码。另外，在实际应用时需要注意以下内容：由于FPGA读写FT245BM共用一组数据总线，状态机不能同时对FT245BM进行读写操作，当所以当两个状态机分开编写时，为避免冲突需分出读写的优先级，此时只需对以上状态机稍加修改即可。比如当若令读的优先级高，则在写的状态机中将if(rst && USB_TXE==0&& SendEN==1)语句的条件改为if(rst && USB_TXE==0&& SendEN==1&& USB_RXF==1)即可。写优先级高的情况可以仿照此方法修改。
四、PC机软件设计
PC机软件的设计有两种方法：一种是在PC机上安装一个由FTDI公司免费提供的虚拟串行口VCP（Virtual COM Port）驱动程序，将USB口虚拟成一个串口，像一个标准的串口那样进行进行外设和PC机的通信。可本质上所有针对虚拟串口的数据通信都是通过USB总线完成的。另外一种方法是利用FTDI公司提供的D2XX驱动程序，通过调用驱动程序的动态链接库直接访问USB。由于人们对串口的操作比较熟悉，通常用前一种方法访问USB。比如，在PC端，应用VB对VCP（通常设置为COM3）进行编程。可以直接应用MSComm控件，将MSComm.CommPort置为3，MSComm.Setings置为“9600，n，8，1”（该速率为默认设置，实际上VCP驱动程序总是使数据以最快速率传输）；通过MSComm.PortOpen设置COM3的开关状态；通过MSComm.Input和MSComm.Output读入或输出数据。在读取数据时，设置MSComm.Rthreshold的值为1。只要有数据传到PC机，就立即触发MSComm.CommEvent事件，自动读取COM3的数据；而发送数据则可自动或手动发送，由用户自己设置。以上操作与操纵标准的串行口完全一致。
五、结语
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