USB扩展串口方案在移动终端功能扩展中的应用

介绍USB的特点，提出用USB进行串口扩展的方案，描述了该方案的优越性，并同传统串口扩展方案进行了比较，体现了USB方案的大好前景。

在利用PDA或笔记本电脑进行野外勘探和数据采集时，需要有定位和无线通信功能，因此需要相应的GPS及GPRS模块。GPS负责采集位置信息，GPRS则进行通信，将采集的信息发送给服务中心，也可在需要的时候从服务中心获取相应的信息。两个模块需要同时协调工作，这样PDA(或笔记本)就需要两个串口与其连接。但PDA一般只能提供一个串口，为使二者同时工作，就必须进行串口扩展。串口扩展的传统方法是串口扩展串口或者采用专门的串口扩展芯片来增加串口。由于野外作业的特殊性，要尽可能考虑使用者的方便。而串口连接的设备及部件在使用上插拔很不方便，为此，我们寻找一种新的串口扩展方案，即采用USB转串口的方法来扩展串口。

USB是将适用于USB的外围设备连接到主机的外部总线结构，其主要优点如下：

(1)外设的安装十分简单。所有的USB外设利用通用的连接器可简单方便地连入计算机中，既不必打开机箱插入插卡，也不必考虑资源分配，更不用关掉计算机电源，即可实现热插拔。(2)USB提供低速与全速两种数据传送速度规格。全速传送时，结点间连接距离为5m，使用4芯电缆(电源线2条，信号线2条)连接。该速率与一个标准的串行端口相比，大约快出100倍；与一个标准的并行端口相比，也快出近10倍。(3)支持多设备连接。利用菊花链的形式对端口加以扩展，最多可在一台计算机上同时支持127种设备，避免了PC机上插槽数量对扩充外设的限制。(4)提供内置电源。(5)提供了对电话的两路数据支持。USB可支持异步以及等时数据传输，使电话可与PC集成，共享语音邮件及其他特性。(6)具有高保真音频。

选用FTDI公司的USB转串口芯片FT2232C(一个USB转换成两个RS232串口)，简单的配置一下，很容易就得到了两个RS232串口，一个接GPS，另一个接GPRS。这样，通信模块与定位模块即可相互独立的工作，完成信息的采集与传递。具体的应用电路如图1所示。

图中，USB接口经FT2232C之后，产生两路9线串口A和B，两路串口相互独立。FT2232C支持5V和3.3V的逻辑IO接口，可以根据需要来进行配置，如两路都是5V，两路都是3.3V，或者一路5V，一路3.3V，通过给管脚VCCIOA和VCCIOB配置不同的电压来实现。这里由于采用的GPS模块和GPRS模块工作电压都是3.3V，所以将VCCIOA和VCCIOB都接到了3.3V的电压上。另外在实际调试过程中，USB端的DM和DP两条信号线上的电容一定要完全相同，否则可能引起FT2232C芯片不工作或者工作不正常。另外晶振两端的电容也须一致，而且容值不易过大，否则芯片将不工作。这里应用的只是FT2232C提供的USB转串口功能。除此之外，还有许多其他应用。通过外接EEPROM，进行不同的配置，FT2232C可以工作于多种不同模式，比如USB转并口，USB转SPI总线等等。

在采用USB扩展串口之前，我们采用的是传统的解决方案。其应用电路如图2所示。

采用这一方案有几个缺点：首先一个就是使用的芯片数量多，电路复杂；其次，GPRS通路与GPS通路都要经过MCU51，两路共享一个串口带宽。这样，两路都需要与终端主机进行通信时就会相互影响，从而导致通信速度下降，而这也是一个无法改善的缺陷。另外，这种方案需要外接稳压电源，无论是复杂性还是成本都会有所提高；还有一点，采用这种方案，必须针对MCU51进行编程，以使两路信道能够协调工作，不致发生通信冲突而丢失数据。因而编程也是一个不小的工作量。

用USB来扩展串口有很多优点：首先电路比原来简单，只需一个USB转串口的芯片即可，原来的电平转换部分也省掉了；两路信号可以同时工作，而不再需要经过MCU51处理，大大提高了通信速度；省掉了针对MCU51的编程，软件工作量少了很多，直接在硬件上由一个USB口得到两个串口，使GPS和GPRS同时独立工作；采用USB接口，还可以为GPS和GPRS提供电源，不再需要另外配备专门的交流电源，不但降低了设备的成本，提高了性价比，而且轻便灵活，野外作业携带方便。