Application of COM Port Extending with USB in PDA’s Function De velopment

WANG Lisheng, JIN Men, WANG Chengdao

(Information Science and Technology College, East China Normal Univer sity,
Shanghai 200062, China)

　　Key words: USB(universal serial bus); COM port; COM port extendi ng

　　在利用PDA或筆記本電腦進(jìn)行野外勘探和數(shù)據(jù)采集時(shí)，需要有定位和無(wú)線通信功能，因此需要相應(yīng)的GPS及GPRS模塊。GPS負(fù)責(zé)采集位置信息，GPRS則進(jìn)行通信，將采集的信息發(fā)送給服務(wù)中心，也可在需要的時(shí)候從服務(wù)中心獲取相應(yīng)的信息。兩個(gè)模塊需要同時(shí)協(xié)調(diào)工作，這樣PDA(或筆記本)就需要兩個(gè)串口與其連接。但PDA一般只能提供一個(gè)串口，為使二者同時(shí)工作，就必須進(jìn)行串口擴(kuò)展。串口擴(kuò)展的傳統(tǒng)方法是串口擴(kuò)展串口或者采用專(zhuān)門(mén)的串口擴(kuò)展芯片來(lái)增加串口。由于野外作業(yè)的特殊性，要盡可能考慮使用者的方便。而串口連接的設(shè)備及部件在使用上插拔很不方便，為此，我們尋找一種新的串口擴(kuò)展方案，即采用USB轉(zhuǎn)串口的方法來(lái)擴(kuò)展串口。?

　　USB是將適用于USB的外圍設(shè)備連接到主機(jī)的外部總線結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：
　　(1)外設(shè)的安裝十分簡(jiǎn)單。所有的USB外設(shè)利用通用的連接器可簡(jiǎn)單方便地連入計(jì)算機(jī)中，既不必打開(kāi)機(jī)箱插入插卡，也不必考慮資源分配，更不用關(guān)掉計(jì)算機(jī)電源，即可實(shí)現(xiàn)熱插拔。(2)USB提供低速與全速兩種數(shù)據(jù)傳送速度規(guī)格。全速傳送時(shí)，結(jié)點(diǎn)間連接距離為5m，使用4芯電纜(電源線2條，信號(hào)線2條)連接。該速率與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串行端口相比，大約快出100倍；與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的并行端口相比，也快出近10倍。(3)支持多設(shè)備連接。利用菊花鏈的形式對(duì)端口加以擴(kuò)展，最多可在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)支持127種設(shè)備，避免了PC機(jī)上插槽數(shù)量對(duì)擴(kuò)充外設(shè)的限制。(4)提供內(nèi)置電源。(5)提供了對(duì)電話的兩路數(shù)據(jù)支持。USB可支持異步以及等時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，使電話可與PC集成，共享語(yǔ)音郵件及其他特性。(6)具有高保真音頻。

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　　選用FTDI公司的USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C(一個(gè)USB轉(zhuǎn)換成兩個(gè)RS232串口)，簡(jiǎn)單的配置一下，很容易就得到了兩個(gè)RS232串口，一個(gè)接GPS，另一個(gè)接GPRS。這樣，通信模塊與定位模塊即可相互獨(dú)立的工作，完成信息的采集與傳遞。具體的應(yīng)用電路如圖1所示。
　　圖中，USB接口經(jīng)FT2232C之后，產(chǎn)生兩路9線串口A和B，兩路串口相互獨(dú)立。FT2232C支持5V和3.3V的邏輯IO接口，可以根據(jù)需要來(lái)進(jìn)行配置，如兩路都是5V，兩路都是3.3V，或者一路5V，一路3.3V，通過(guò)給管腳VCCIOA和VCCIOB配置不同的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里由于采用的GPS模塊和GPRS模塊工作電壓都是3.3V，所以將VCCIOA和VCCIOB都接到了3.3V的電壓上。另外在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，USB端的DM和DP兩條信號(hào)線上的電容一定要完全相同，否則可能引起FT2232C芯片不工作或者工作不正常。另外晶振兩端的電容也須一致，而且容值不易過(guò)大，否則芯片將不工作。這里應(yīng)用的只是FT2232C提供的USB轉(zhuǎn)串口功能。除此之外，還有許多其他應(yīng)用。通過(guò)外接EEPROM，進(jìn)行不同的配置，F(xiàn)T2232C可以工作于多種不同模式，比如USB轉(zhuǎn)并口，USB轉(zhuǎn)SPI總線等等。

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　　在采用USB擴(kuò)展串口之前，我們采用的是傳統(tǒng)的解決方案。其應(yīng)用電路如圖2所示。
　　采用這一方案有幾個(gè)缺點(diǎn)：首先一個(gè)就是使用的芯片數(shù)量多，電路復(fù)雜；其次，GPRS通路與GPS通路都要經(jīng)過(guò)MCU51，兩路共享一個(gè)串口帶寬。這樣，兩路都需要與終端主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)就會(huì)相互影響，從而導(dǎo)致通信速度下降，而這也是一個(gè)無(wú)法改善的缺陷。另外，這種方案需要外接穩(wěn)壓電源，無(wú)論是復(fù)雜性還是成本都會(huì)有所提高；還有一點(diǎn)，采用這種方案，必須針對(duì)MCU51進(jìn)行編程，以使兩路信道能夠協(xié)調(diào)工作，不致發(fā)生通信沖突而丟失數(shù)據(jù)。因而編程也是一個(gè)不小的工作量。
　　用USB來(lái)擴(kuò)展串口有很多優(yōu)點(diǎn)：首先電路比原來(lái)簡(jiǎn)單，只需一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口的芯片即可，原來(lái)的電平轉(zhuǎn)換部分也省掉了；兩路信號(hào)可以同時(shí)工作，而不再需要經(jīng)過(guò)MCU51處理，大大提高 了通信速度；省掉了針對(duì)MCU51的編程，軟件工作量少了很多，直接在硬件上由一個(gè)USB口得 到兩個(gè)串口，使GPS和GPRS同時(shí)獨(dú)立工作；采用USB接口，還可以為GPS和GPRS提供電源，不 再需要另外配備專(zhuān)門(mén)的交流電源，不但降低了設(shè)備的成本，提高了性價(jià)比，而且輕便靈活， 野外作業(yè)攜帶方便。