摘要：RS232接口在嵌入式設備中應用廣泛。為了充分利用USB接口即插即用的特點，詳細介紹一種基于PL2303的RS232與USB轉換的設計方案。PL2303是高集成度的通用串行總線(USB)與串口的接口轉換器，可方便將現(xiàn)有基于RS232接口的設備轉換為USB接口。該系統(tǒng)設計適合于便攜式設備的研制和應用。
關鍵詞：接口；USB；RS232；PL2303

    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。
    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)和Philips公司的PIUSBDl2。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。
    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(xiàn)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，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(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)轉換為USB數(shù)據(jù)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USBl．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(shù)據(jù)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(PINl)，RXD(PIN5)：RS232的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)終端準備好，RTS發(fā)送請求，RI響鈴指示器，DSR數(shù)據(jù)準備好，DCD數(shù)據(jù)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(PINl)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(xiàn)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(Pinduct 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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方案
    心理測試數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并通過連線將數(shù)據(jù)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)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l所示。

2．1系統(tǒng)硬件設計
    選用Tl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，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(URXDO)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GPO通過220 kΩ電阻連接至電源。PL2303的電源接O．1μF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0．1μF的去耦電容。GPl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。

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(xiàn)可靠、快速的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)波特率ll5 200，數(shù)據(jù)位8，停止位l，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(xiàn)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(shù)，實現(xiàn)與單片機的通訊。串口通訊參數(shù)應與單片機所設置參數(shù)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(xiàn)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，擴展產品的使用范麗。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。