基于USB-UART桥接器实现RS232转换USB的应用解决方案
1 引言
目前仪器设备大都采用rs232接口与计算机通信，但随着计算机技术的发展，支持热插拔的usb标准接口将取代rs232接口，因此计算机将越来越少配置甚至不配置rs232接口。rs232接口与usb接口虽然都属于串行接几，但它们的数据格式、通信协议、信号电平以及机械连接方式则不同。这样计算机不能控制现有仪器设备，解决这一问题就得把现有的仪器设备的rs232接口转换成usb接口。实现这种转换有两种方案，一种方案是从硬件底层固件开始全面开发系统，该方案由于开发成本高、难度大，加之单片机的限制，因而很少采用；另一种方案是采用usb／rs232桥接器件如cp2102，cp2103进行设计，计算机通过usb接口虚拟一个rs232接口，与传统设备器件连接，设备对计算机接口的形式为usb接口。
2 cp2102／cp2103简介
silicon laboratories公司推出的usb接口与rs232接口转换器cp2102／cp2103是一款高度集成的usb-uart桥接器，提供一个使用最小化元件和pcb空间来实现rs232转换usb的简便解决方案。如图1所示，cp2102／cp2103包含了一个usb功能控制器、usb收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的异步串行数据总线（uart），采用5 mm×5 mm mlp-28的封装。
cp2102／cp2103作为usb／rs232双向转换器，一方面可以从丰机接收usb数据并将其转换为rs232信息流格式发送给外设；另一方面可从rs232外设接收数据转换为usb数据格式传送至主机，其中包括控制和握手信号。
2.1 usb功能控制器和收发器
2.2 异步串行数据总线（uart）接口
cp2102／cp2103 uart接口包括tx （发送）和rx（接收）数据信号以及rts、cts、dsr、dtr、dcd和ri控制信号。uart支持rts／cts、dsr／dtr和x-on／x-off握手。
通过编程设置uart，支持各种数据格式和波特率。在pc机的com端口编程设置uart的数据格式和波特率。表1为其数据格式和波特率。
2.3 内部eeprom
cp2102／cp2103内部集成有1个eeprom，用于存储由设备制造商定义的usb供应商id、产品id、产品说明、电源参数、器件版本号和器件序列号等信息。usb配置数据的定义是可选的。如果eeprom没有被oem的数据占用，则采用表1所示的默认配置数据。注意，对于可能使用多个基于cp2102／cp2103连接到同一pc机的oem应用来说，则需要专用的序列号。
内部eeprom是通过usb编程设置的，允许oem的usb配置数据和序列号可以在出厂和测试时直接写入系统板上的cp2102／cp2103。cygnal提供了一个专门为cp2102／cp2103的内部eep-rom编程设置工具，同时还提供免费的驱动windows dll格式的程序库。这个程序库可将。eep-rom编程步骤集成到oem在制造中进行流水线式测试和序列号的管理的自定义软件中。eep-rom的写寿命的典型值为100 000次，数据保持时间为100年。为了防止更改usb描述符，应将其锁定。
2.4 其他功能
cp2103除上述功能外也可实现rs485接口与usb接口转换功能，cp2103支持4个可按照控制信息定义的gpio引脚。
3 典型应用电路
3.1 硬件电路设计
原设备的rs232接口仅用txd／rxd 2个引脚信号和地3条线。单片机8031与rs232接口间的电平驱动采用maxim公司的max202cpe，而采用光电耦合器6n137实现隔离。
采用cp2102改造的接口应用电路如图2所示。该电路已通过制板和软硬件调试，完全可靠。串口扩展，仪需2～3只外部去耦电容器，regin端需加0.1μf与1.0μf并联的去耦电容。cp2102的供电电源由计算机的usb接口提供，再连接3只保护管以便于使用。该电路仅使用cp2102的uart总线上txd／rxd 2个引脚，其余悬空。单片机可直接识别cp2102的uart总线上信号，为确保数据收发的稳定性，避免通信过程产生干扰，采用光电耦合器隔离，并将rst采用一只4.7 kω电阻上拉至vdd。
当cp2102转换器与主机连接后，必须根据操作系统选择相对应的虚拟串行口驱动程序。不必修改设备的应用程序，就像存取一个标准的物理串口一样访问该虚拟串口，端口设备会产生“cp2102 usb to uart bridge controller（com×）”的新端口（×随计算机的配置而异），此时说明驱动程序安装成功。实质上，所有针对虚拟串口的数据通信都足以usb总线传输实现的，但在设备上，收发则是rs232数据。
3.2 软件设计
计算机采用c语言的通讯控制函数，按串行口方式设置，以实现接口通讯软件设计。单片机通讯程序如下所示。该通讯程序在波特率9 600～600调试，通讯准确可靠。
4 结束语
基于cp2102／cp2103的rs232转换为usb接口电路具有电路简单，运行可靠，成本低廉等特点，对原有的rs232传统器件设备无需任何改动，就能将其rs232设备升级为usb接口设备。
自制水平仪DIY图解
i7一定比i5强？未必！电脑CPU套路深，你中招了吗？
中银航空租赁公司宣布将订购20架空客A320neo新飞机
创维OLED为我们的视力保驾护航，杜绝蓝光的危害
Google助手在药物支持方面位居人工智能驱动设备榜首
基于USB-UART桥接器实现RS232转换USB的应用解决方案
浅谈DDR内存技术原理2
区块链与云系统无缝地协同工作将发挥着重要的作用
MOS管在闹钟模块设计中的应用
日本电信运营商NTT DoCoMo联合索尼推出了Xperia 5 Ⅱ
村田创新的变压器技术如何帮您领跑新能源汽车市场
经验分享：如何选择运放电路设计中的无源元件
i7-10700KF曝光 8核16线程+4GHz基础频率
基于LTTC技术带通滤波器设计
美团业务中智能问答技术的相关落地与实践介绍
RIGOL普源数字示波器电流探头介绍
“互联网+”振兴实体经济,智能制造助力弯道超车迈向国际中高端
季丰电子IC运营工程技术快问快答01
将交流电转换为直流电的“分子整流器”
基于51单片机对1602液晶板的并行操作
目前仪器设备大都采用rs232接口与计算机通信，但随着计算机技术的发展，支持热插拔的usb标准接口将取代rs232接口，因此计算机将越来越少配置甚至不配置rs232接口。rs232接口与usb接口虽然都属于串行接几，但它们的数据格式、通信协议、信号电平以及机械连接方式则不同。这样计算机不能控制现有仪器设备，解决这一问题就得把现有的仪器设备的rs232接口转换成usb接口。实现这种转换有两种方案，一种方案是从硬件底层固件开始全面开发系统，该方案由于开发成本高、难度大，加之单片机的限制，因而很少采用；另一种方案是采用usb／rs232桥接器件如cp2102，cp2103进行设计，计算机通过usb接口虚拟一个rs232接口，与传统设备器件连接，设备对计算机接口的形式为usb接口。
2 cp2102／cp2103简介
silicon laboratories公司推出的usb接口与rs232接口转换器cp2102／cp2103是一款高度集成的usb-uart桥接器，提供一个使用最小化元件和pcb空间来实现rs232转换usb的简便解决方案。如图1所示，cp2102／cp2103包含了一个usb功能控制器、usb收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的异步串行数据总线（uart），采用5 mm×5 mm mlp-28的封装。
cp2102／cp2103作为usb／rs232双向转换器，一方面可以从丰机接收usb数据并将其转换为rs232信息流格式发送给外设；另一方面可从rs232外设接收数据转换为usb数据格式传送至主机，其中包括控制和握手信号。
2.1 usb功能控制器和收发器
2.2 异步串行数据总线（uart）接口
cp2102／cp2103 uart接口包括tx （发送）和rx（接收）数据信号以及rts、cts、dsr、dtr、dcd和ri控制信号。uart支持rts／cts、dsr／dtr和x-on／x-off握手。
通过编程设置uart，支持各种数据格式和波特率。在pc机的com端口编程设置uart的数据格式和波特率。表1为其数据格式和波特率。
2.3 内部eeprom
cp2102／cp2103内部集成有1个eeprom，用于存储由设备制造商定义的usb供应商id、产品id、产品说明、电源参数、器件版本号和器件序列号等信息。usb配置数据的定义是可选的。如果eeprom没有被oem的数据占用，则采用表1所示的默认配置数据。注意，对于可能使用多个基于cp2102／cp2103连接到同一pc机的oem应用来说，则需要专用的序列号。
内部eeprom是通过usb编程设置的，允许oem的usb配置数据和序列号可以在出厂和测试时直接写入系统板上的cp2102／cp2103。cygnal提供了一个专门为cp2102／cp2103的内部eep-rom编程设置工具，同时还提供免费的驱动windows dll格式的程序库。这个程序库可将。eep-rom编程步骤集成到oem在制造中进行流水线式测试和序列号的管理的自定义软件中。eep-rom的写寿命的典型值为100 000次，数据保持时间为100年。为了防止更改usb描述符，应将其锁定。
2.4 其他功能
cp2103除上述功能外也可实现rs485接口与usb接口转换功能，cp2103支持4个可按照控制信息定义的gpio引脚。
3 典型应用电路
3.1 硬件电路设计
原设备的rs232接口仅用txd／rxd 2个引脚信号和地3条线。单片机8031与rs232接口间的电平驱动采用maxim公司的max202cpe，而采用光电耦合器6n137实现隔离。
采用cp2102改造的接口应用电路如图2所示。该电路已通过制板和软硬件调试，完全可靠。串口扩展，仪需2～3只外部去耦电容器，regin端需加0.1μf与1.0μf并联的去耦电容。cp2102的供电电源由计算机的usb接口提供，再连接3只保护管以便于使用。该电路仅使用cp2102的uart总线上txd／rxd 2个引脚，其余悬空。单片机可直接识别cp2102的uart总线上信号，为确保数据收发的稳定性，避免通信过程产生干扰，采用光电耦合器隔离，并将rst采用一只4.7 kω电阻上拉至vdd。
当cp2102转换器与主机连接后，必须根据操作系统选择相对应的虚拟串行口驱动程序。不必修改设备的应用程序，就像存取一个标准的物理串口一样访问该虚拟串口，端口设备会产生“cp2102 usb to uart bridge controller（com×）”的新端口（×随计算机的配置而异），此时说明驱动程序安装成功。实质上，所有针对虚拟串口的数据通信都足以usb总线传输实现的，但在设备上，收发则是rs232数据。
3.2 软件设计
计算机采用c语言的通讯控制函数，按串行口方式设置，以实现接口通讯软件设计。单片机通讯程序如下所示。该通讯程序在波特率9 600～600调试，通讯准确可靠。
4 结束语
基于cp2102／cp2103的rs232转换为usb接口电路具有电路简单，运行可靠，成本低廉等特点，对原有的rs232传统器件设备无需任何改动，就能将其rs232设备升级为usb接口设备。
自制水平仪DIY图解
i7一定比i5强？未必！电脑CPU套路深，你中招了吗？
中银航空租赁公司宣布将订购20架空客A320neo新飞机
创维OLED为我们的视力保驾护航，杜绝蓝光的危害
Google助手在药物支持方面位居人工智能驱动设备榜首
基于USB-UART桥接器实现RS232转换USB的应用解决方案
浅谈DDR内存技术原理2
区块链与云系统无缝地协同工作将发挥着重要的作用
MOS管在闹钟模块设计中的应用
日本电信运营商NTT DoCoMo联合索尼推出了Xperia 5 Ⅱ
村田创新的变压器技术如何帮您领跑新能源汽车市场
经验分享：如何选择运放电路设计中的无源元件
i7-10700KF曝光 8核16线程+4GHz基础频率
基于LTTC技术带通滤波器设计
美团业务中智能问答技术的相关落地与实践介绍
RIGOL普源数字示波器电流探头介绍
“互联网+”振兴实体经济,智能制造助力弯道超车迈向国际中高端
季丰电子IC运营工程技术快问快答01
将交流电转换为直流电的“分子整流器”
基于51单片机对1602液晶板的并行操作