Gelişen mikrokontrol teknolojileri ve artan bilgi birikimi sayesinde geliştirici düzeyinde daha yaygın kullanımına olanak tanımıştır. Burada elimden geldiği kadar bazı örnekler sunmaya çalışacağım...

18 Eylül 2012 Salı

3.3V FT232BL USB-Seri Dönüştürücü


Giriş
Bu blogda yapılan USB ile ilgili projeler beslemesi 5V olan çalışmaktadır. Bu nedenle FTDI232BL projesi de 5V ile çalışacak şekilde düzenlendi. Ama oluşturulan her proje "Attiny2313 ile PCM1602K-FS(W)-GBW/VD karakter LCD ekranın RS232 arayüzü üzerinden sürülmesi" olduğu gibi 5V ile çalışmaz. Bu durumda FTDI232 ile çalışmak için farklı bir yaklaşım ele almak gerekecektir.

Bu projede 5V'da çalışan FTDI232 devresinden 3.3V ile çalışan bir devre arasında bağlantı için yol ve yöntemler incelenecektirir.
FTDI232BL
Geniş bir uygulama alanında kullanılabilecek şekilde tasarlanan ürün, özellikle bilgisayarın USB portu ile işlemciler UART arasında (bu blog sayfalarında kullanılan ATMEL serisi gibi) bir köprü hizmeti vermektedir. 5V ile çalışan bir çok sistemde rahatlıkla ihtiyacı karşılayabilir.

Günümüzde artık pek çok 8 bitlik işlemciler üzerinde USB modülü bulunmaktadır. Ama Üzerinde USB portu bulunmayan işlemciler için FTDI232BL ve benzerleri elemanlar proje için işlemcinin USB bağlantı ihtiyacını karşılamak için gerekli bir öğe olacaktır.

USB portu şu anki durumda 1.1 ve 2.0 sürümlerinde sadece 4 kablo üzerinden çevre birimlerin bağlanmasına olana tanıyan bir iletişim sistemidir.(3.0 sürümünün farklı bir bağlantı şekline ve kablo sayısına sahiptir.) Değişik şekillerde bulunan bağlantı kabloları basitçe +5V,D+,D- ve GND uçlarından oluşan bir bağlantı içerir. USB portuna bağlanan çevre birim çektiği akım 500mA geçmediği sürece bilgisayar üzerindeki USB portundan beslenebilir. Eğer 500mA geçerse bu durumda bilgisayara zarar vermemesi için harici besleme sistemleri gerekir.
Şekil-1:USB 5V çıkış ayarlanmış köprü bağlantısı
Şekil-2:TXD bacağının osilaskoptaki görünümü (2V/div ayarlı)

Her ne kadar FT232 5V ile beslense de, üzerinde 3.3V için bir çıkış ucu mevcuttur. Gerektiğinde düzenlemeler yapılarak sistem 3.3V ile çalıştırılabilir. Bunun için FT232 üzerindeki VCCIO bacağına uygulanan 3.0 ile 5.25V arasındaki besleme gerilimine göre çıkışlar üzerindeki gerilim değerleri kontrol edilebilmektedir. VCCIO bacağına uygulanan gerilim seviyesinden;
BacakSimgesiDurumu
10SLEED#çıkış
11RXLED#LED sürücü
12TXLED#LED sürücü
14PWRCTLgiriş
15PWREN#çıkış
16TXDENgiriş
18RI# giriş
19DCD#giriş
20DSR#giriş
21DTR#çıkış
22CTS#giriş
23RTS#çıkış
24RXDgiriş
25TXDçıkış
 
bacakları etkilenmektedir. Özellikle projelerimizde yoğun olarak kullandığımız çıkışlar olan RXD ve TXD bacakları RS232 için gerilim seviyesi değişir.
Şekil-3:USB 3.3Vçıkış ayarlanmış köprü bağlantısı
Şekil-4:TXD bacağının osilaskoptaki görünümü (2V/div ayarlı)

D+ ve D- uçları ise iletişim uçlarıdır. Her iki yöndeki iletişim bu hatlar kullanılarak yerine getirilir. Şimdi bu alet USB1.1 veya USB2.0 olduğunu nasıl anlar. Aslında bunu çip üzerindeki bir parça değil de, D+ veya D- uçlarına bağlanmış bir direnç belirler.

D- ile +5V arasına eklenen 1K5 direnç USB1.1 belirler

D+ ile +5V arasına eklenen 1K5 direnç USB 2.0 olmasını sağlar.

Bunun anlamı eğer herhangi bir alet yokken bu bağlantıları yaparsanız bilgisayarınız doğrudan USB cihaz bulduğunu ama tanımlayamadığını belirtir. Çünkü bu USB tipini belirledikten sonra bilgisayar USB çevre birimle iletişime geçer ve ne olduğunu öğrenmeye çalışır.

Bu noktada dikkate alınması gereken D- ve D+ uçlarının lojik seviyesinin 3.6V civarında olduğunu unutmamak olur.

Devre
Devre zaten başlıktan anlaşılacağı üzere iki adet USB bağlantı ucu (D+ ve D-) var. Bu uçlar direnç üzerinden USB portuna bağlanabilir.

Devre üzerinde bazı ayarlamalar yapılacak ve saklanacaksa devreye bir EEPROM eklenme gerekir. Tüm devre üzerinde donanım olarak yer alan EEPROM sürücüsü sayesinde bu ihtiyacı çözecektir. Önerilen EEPROM çeşitli üreticiler tarafından üretilen 93C46,93C56 ve 93C66 ailesidir.

Seri port için ek kontrol bacakları (özellikle modem gibi araçlar ile iletişimde) ek kontrol olanakları sunacak şekilde eklenmiştir.

Seri port üzerinden iletişim yaparken bir şekilde bu iletişimin izlenmesi gerekir. Bunu olanak tanıyan iki adet LED bacağı var.

Tüm devre üzerinde kristal veya rezonatör bağlantısı mevcut. Üretici firma tarafından verilen örneklerde bu 6MHz olduğu görülür. Ama bu sizi yanıltmasın tüm devre içinde frekans çarpıcı devre var ve devre 12MHZ ve 48MHz iç sistemlerinde kullanılmak üzere üretiliyor.

FT232BL görüldüğü üzere 32 bacaklı bir yüzey montaj yapısında. Aslında internet üzerindeki birçok örnekte tüm elemanların (USB port hariç) yüzey montaj olacak şekilde örnekler mevcut. Ama devrenin bu şekliyle de çalıştığını söyleyebilirim. Bu tüm devrenin başka bacak bağlantı yapısına sahip sürümü yok

Bu devredeki kırmızı köprü ile belirtilen seçme bölümüdür. Bu köprü çıkışların 3.3V ve 5V arasında bir seçme imkanı tanıyacaktır. Yeşil ve mavi renkli köprülerin olduğu gibi kullanılmaları önerilir. Aksi durumu devre için harici besleme gerekecektir. Bu durum bu sistem için öngörülmemiştir.
Şekil-5:Kart üzerine köprülerin bağlantıları
Şema
Devrenin kalbi zaten görüldüğü üzere FT232BL IC1. Tüm iletişim sistemini bu eleman kontrol ediyor. Bu tüm devreye bağlı olan R9 ve R10 seri USB akım sınırlama dirençleri. Burada R9 ucuna bağlı olan R8 direnci USB’nin tipini (USB2.0) belirleyen dirençtir. Buradaki R6 ve R7 devre harici besleme durumunda bilgisayarın kapatılması durumunda USB cihazın sıfırlanması ile ilgili bir görevi var. R1 ve R2 dirençleri D1 ve D2 LED’lerinin akım sınırlama dirençleridir. D1 ve D2 LED’leri seri port iletişim monitörü olarak çalışır. R3 ve R4 IC2 EEPROM’un veri aktarma uçlarının FT232BL entegresine bağlantısında kullanılır. Bu bağlantı şekli konusunda ayrıntılı bilgi için FT232BL veri kağıtlarını incelenmesi yerinde olabilir. C1,C2 ve XTL1 ise IC1 için saat frekans üretim sistemini oluşturuyor. USB-A USB bağlantı konektörü. (isteyen doğrudan USB kablosunu doğrudan lehimleyebilir.) P1 seri bağlantı için bağlantı portudur. P2 ve P3 ise besleme bağlantısı için seçim konnektörleridir. Her ikisine takılacak köprü yardımıyla kullanılabilir. Geri kalan kondansatörler ise filtre için kullanılıyor.
Şekil-6:Blok şeması
Şekil-7:Devrenin şeması
Devrenin Çalışması
Devre üzerinde çalışma durumanda fazla bir ayar yok. Sadece P2, P3 ve P4 üzerindeki köprülerin konumu ayarlanması gerekiyor. Bu köprüler devrenin USB hattından mı, yoksa ayrı bir besleme üzerinden mi besleneceğini belirler. Şekil-8 köprülerin nasıl ayarlanacağını göstermektedir.
Buradaki asıl marifet POWERCTL ucunda(P3):POWERCTL=1 ise harici beslemeli olur, POWERCTL=0 ise USB üzerinden beslenir.
Şekil-8:Kırmızı köprülü bacak çıkış gerilimini ayarlamaktadır. Soldaki 3.3V için, sağdaki 5V içindir.
Devre Yapımı
Devrenin yapımına aslında her zaman direnç ve köprülerle başlanır. Ama bir değişiklik olarak yüzey montaj elemanları önce yapmak yerinde olabilir. Dikkatlice FT232BL yerine doğru olarak bacakları PCB üzerindeki yollara hizalanmış olarak sabitlenir ve sonra iki bacağı sabitlenerek diğer bacakları dikkatlice lehimlenir.Geri kalan elemanların takılmasında bir şey yok. Burada söyle IC2 için bir entegre soketi kullanılması olası durumlarda bu tüm devre üzerindeki hataları ortadan kaldırmak için gerekebilir. Sadece lehimlerken soğuk lehim yapılmaması veya kısa devreye yol açabilecek durumlardan kaçınılması için dikkatli olmak yerinde olacaktır.
Tüm dirençler çeyrek wattır.
Besleme konusunda bir sorun oluşturmayacağınızı düşünüyorsanız girişteki köprüyü devre dışı bırakabilir veya tek bir diyotla değiştiribilirsiniz. (Kendi besleme kaynağınız varsa ve devreyi kendiniz kullanacaksanız). Bacak bağlantıları uyan başka bir LED kullanılabilir. Entegreler için soket kullanılması sonradan oluşabilecek sorunların çözümünde size yardımcı olabilecektir. Belki daha sonra tümdevreleri başka bir devre üzerinde kullanmak isteyebilirsiniz. Sizin imkan ve tercihlerinize kalmış bir durum...
 Şekil-9:Devrenin baskı planı(eleman yüzü tarafından görünüm)
Şekil-10:Devrenin yerleşim şekli (IC1 kartın yollar tarafında lehimlenir-ters çevrilir, nokta sola bakar)
Şekil-11:Devrenin yollarla birlikte yerleşim planı
Şekil-11:Kartın alttan görünümü.Protatip yaparken yapılan küçük bir hata. Bir parça kablo ile sorun çözüldü. Biraz da tembellik mi desek, C1 ve C2 SMD kondansatör kullanıldı.
Devre Elemanları
27RR9,R10
220RR1,R2
470RR5
1k5R8
2k2R4
4k7R6
10KR3,R7
27pFC1,C2
100nFC3,C4,C5
3mm Kırmızı LEDD2
3mm Yeşil LEDD1
FT232BLIC1
93C46IC2
6Mhz kristalXTL1
10 HeaderP1
USB-A konnektörUSB-A
3 bacak sıra pinP2,P3,P4
köprü3 köprü(jumper)
Malzeme listesi. Burada işlemci için soket verilmemiştir. Kaliteli 8 bacaklı soketler oluşabilecek problemlerin önüne geçecektir.

Program
Bu noktada bilinmesi gereken şey, gerekli sürücü EEPROM programlayıcı ve devre ile ilgili örnekler için FTDI Chip firmasının internet sitesi size yardımcı olacaktır.
Bir USB alet tek başına doğrudan bilgisayara bağlanmaz, yani bilgisayar için sürücü gerekir. Devreyi bilgisayara bağladığınızda zaten bilgisayar durumu algılar ve sürücü yüklenmesi konusunda size uyaracaktır ve sizden sürücüleri isteyecektir. Siz bu sürücülerin yerini belirledikten sonra bilgisayar sürücüleri yükleyecek, USB alet olarak tanıyacak ve seri port bölümüne alet için bir port ekleyecek.
İsteyen FTDI sitesinden elde edebileceği programlayıcı program ile aletin ismi ve seri numarası ve birkaç seçeneği ayarlayıp devreye yükleyebilir.
Şekil-13: USB-seri dönüştürücü üzerindeki parametrelerin ayarlandığı program
Şekil-13 EEPROM programlamak için yapılan düzenlemeler için bir örnek göstermektedir. Burada USB alet için özel bir isim ve seri numarası atandığı görülmektedir. Bu kısım özellikle birden fazla aynı özellikli USB aletin takıldığı bilgisayarlarda neyin ne olduğunu belirlemek açısından önemlidir.
Yani iki tane alet bilgisayara takıldığında seçilen USB cihazın hangisi olduğunu belirlemek için gereklidir. Özellikle USB üzerinden doğrudan kontrol ediliyorsa..
Şekil-14: Bilgisayara takılan USB-seri dönüştürücünün "Aygıt Yöneticisi" üzerinde belirlenmesi
Bu proje üzerinde doğrudan bir program verilmeyecektir. Programlar kendi uygulama özelliği olan devreler ile verilecektir. FTDI Chip internet sitesinden bu devre için gerekli sürücü ve programlara erişilebilir.
Şekil-15: Kartın UART bağlantıları(P1)
Ekler:
FT232BL için bilgi

Devre için gereken dosyalar.

Bu devrenin yapım sorumluluğu size aittir. Devre yapıldı ve çalışıyor. K.A....

Hiç yorum yok:

Etiketler

İzleyiciler