摘要：CP2101及其升級產(chǎn)品CP2102最美國Silicon公司生產(chǎn)的高集成度USB-UART橋接電路。它們能夠用最簡單的外部電路、最少的外部器件及最小的電路板面積簡便實(shí)現(xiàn)USB2.0到UART的轉(zhuǎn)換。文中介紹該電路的主要特性和實(shí)際應(yīng)用方法。
關(guān)鍵詞：CP2101 UART USB
引言
CP2101及其升級產(chǎn)品CP2102是美國Silicon公司推出的USB-UART橋接電路。該電路的集成度高，內(nèi)置USB2.0全速功能控制器、 USB收發(fā)器、晶體振蕩器、EEPROM及異步串行數(shù)據(jù)總線（UART），支持調(diào)制解調(diào)器全功能信號，無需任何外部的USB器件。功能強(qiáng)大，采用MLP- 28封裝，尺寸僅為5mm×5mm，占用空間非常小。
與其他USB-UART轉(zhuǎn)接電路的工作原理類似，CP2101通過驅(qū)動程序?qū)C的USB口虛擬成COM口以達(dá)到擴(kuò)展的目的。虛擬COM口（VCP）的器件驅(qū)動程序允許一個(gè)基于CP2101的器件以PC應(yīng)用軟件的形式作為一個(gè)增加的COM口獨(dú)立于任何現(xiàn)有的硬件。COM口使用運(yùn)行在PC上的應(yīng)用軟件以訪問一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)硬件COM口的方式訪問基于CP2101的器件，PC與CP2101間的數(shù)據(jù)傳輸是通過USB完成的，因此，無需修改現(xiàn)有的軟件和硬件就可以通過 USB向基于CP2101的器件傳輸數(shù)據(jù)。
1 CP2101的特性
CP2101的體積雖小但功能非常強(qiáng)大，其主要特性如下：
·內(nèi)含USB收發(fā)器，無需外接電路器；
·內(nèi)含時(shí)鐘電路，無需外接振蕩器；
·其內(nèi)部512字節(jié)的EEPROM可用于存儲產(chǎn)品生產(chǎn)商的ID、產(chǎn)品的ID序列號、電源參數(shù)、器件版本號和產(chǎn)品說明；
·內(nèi)含上電復(fù)位電路；
·片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)可輸出3.3V電壓；
·符合USB2.0規(guī)范的要求（12Mb/s）；
·SUSPEND引腳支持USB狀態(tài)掛起；
·異步串行數(shù)據(jù)總線（UART）兼容所有握手和調(diào)制解調(diào)器接口信號；
支持的數(shù)據(jù)格式為數(shù)據(jù)位8、停止位1、2和校驗(yàn)位（包括奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)和無校驗(yàn)）；
·波特率范圍為300b/s～921.6kb/s；
·內(nèi)含512字節(jié)接收緩沖器和512字節(jié)發(fā)送緩沖器；
·支持硬件或X-On/X-Off握手；
·支持事件狀態(tài)。
此外，通過廠商及銷售商免費(fèi)提供的、適用于Windows(含Windows CE)、Linux、Mac OS-X等多個(gè)操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序，可省去CP2101系列器件二次開發(fā)的投入。這樣，在一般情況下，焊接完畢并安裝好驅(qū)動程序即可使用。
2 工作原理
CP2101的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部基本連接電路如圖1所示。由圖1可見，用CP2101進(jìn)行串口擴(kuò)展所需的外部器件非常少，僅需3只去耦電容器即可，使用起來非常方便。
2．1 USB功能控制器和收發(fā)器
CP2101中的USB功能控制器是一個(gè)符合USB2.0的全速電路，帶有收發(fā)器和相應(yīng)的片內(nèi)上拉電阻器。USB功能控制器管理USB與UART間的所有數(shù)據(jù)傳輸，以及由USB主控制器發(fā)出的請求命令和用于控制UART功能的命令。通過USB掛起和恢復(fù)信號可支持CP2101及外部電路的電源管理。當(dāng)在總線上檢測到掛起信號時(shí)，CP2101將進(jìn)入掛起模式。在進(jìn)入掛起模式時(shí)，CP2101會發(fā)出SUSPEND和SUSPEND信號，同時(shí)，在CP2101復(fù)位后，CP2101也會發(fā)出該信號直到USB要求的器件配置完成。CP2101的掛起模式會在下述任何一種情況出現(xiàn)時(shí)被取消：
（1）檢測到繼續(xù)信號或產(chǎn)生繼續(xù)信號時(shí)；
（2）檢測到一個(gè)USB復(fù)位信號；
（3）器件復(fù)位。
在退出掛起模式時(shí)SUSPEND和SUSPEND信號被取消。
需要注意的是SUSPEND和SUSPEND和CP2101復(fù)位期間會暫時(shí)處于高電平，如果要避免這種情況，可以使用一個(gè)大的下拉電阻器（10kΩ）來確保SUSPEND在復(fù)位期間處于低電平。
2．3 異步串行數(shù)據(jù)總線（UART）接口
CP2101的UART接口包括TX發(fā)送、RX接收數(shù)據(jù)信號，以及RTS、CTS、DSR、DTR、DCD和RI控制信號。UART支持RTS/CTS、 DSR/DTR和X-On/X-Off握手，還可以通過編程使UART支持各種數(shù)據(jù)格式和波特率。UART的數(shù)據(jù)格式和波特率編程可在PC上進(jìn)行。表1所列是CP2101串行總線的數(shù)據(jù)格式和波特率。
表1 CP2101串行總線的數(shù)據(jù)格式和波特率
