Четырёхпортовый USB-UART адаптер на чипе FT4232HL

В продолжение моих предыдущих статей по сборке USB-UART адаптеров (раз, два), решил собрать ещё один вариант адаптера - на микросхеме FT4232HL. Микросхема является USB-UART преобразователем с четырьмя интерфейсами UART на борту.

Так как про микросхему FT4232HL в интернете существует большое количество статей, подробно останавливаться на описании её возможностей (а это далеко не только UART) я не буду. Вместо этого, предлагаю сразу перейти к делу.

Схема устройства:

Помимо классической обвязки из фильтрующих конденсаторов и LDO стабилизаторов, схема содержит буферные микросхемы, необходимые для защиты выводов UART микросхемы FT4232HL от воздействия статики, а также для согласования логических уровней UART по напряжению. Напряжение логических уровней UART выбирается при помощи джампера, доступны фиксированные напряжения: 1,8В; 3,3В; 5В. Также предусмотрена установка произвольного напряжения в диапазоне 1,65В - 5В, при этом джампер выбора напряжения необходимо снять, а напряжение с отлаживаемого устройства подать на UART адаптер для питания согласующих буферов. Также на схеме имеется микросхема памяти EEPROM 93C46, позволяющая изменять и сохранять конфигурацию для микросхемы FT4232HL. Стабилитроны совместно с резисторами защищают микросхемы согласующих буферов от воздействия статики и превышения допустимого напряжения. На всех UART интерфейсах задействованы только линии RX и TX, поэтому управление потоком программное. Светодиодная индикация активности UART интерфейсов реализована на базе сдвигового регистра 74HC595, который одновременно является и буфером для питания светодиодов, и регистром для хранения их текущего состояния, при этом состояние сдвигового регистра непрерывно обновляется микросхемой FT4232HL. Также в схему заложена возможность использования LDO стабилизаторов трёх типов: стандартный (без дополнительных компонентов), малошумящий (с дополнительным конденсатором), и с настраиваемым выходным напряжением (с внешним резистивным делителем). При использовании нестандартных LDO стабилизаторов, на плату необходимо дополнительно запаять конденсаторы, либо резистивные делители.

Внешний вид печатной платы в процессе разработки.

Изготовление печатной платы на этот раз решил заказать сразу в двух компаниях - во всем известной российской компании из Зеленограда, и во всем известной китайской компании с названием из трёх букв.

Получил печатные платы из России:

Получил печатные платы из Китая:

Если сравнить платы, то можно заметить, что на платах, изготовленных в России, шелкография выполнена более аккуратно. Особенно это заметно в местах, где шелкография находится вблизи контактных площадок. Хотя минусы есть и у Российской компании - оттуда мне частенько присылают платы с жуткими наплывами маски, при этом служба поддержки говорит, что это нормально, и переделывать платы они не будут. Поэтому названия компаний решил не публиковать, от греха подальше.

После монтажа компонентов, мою платы в ультразвуковой ванне.

Печатная плата после монтажа компонентов.

Светодиоды стоят ровненько, на стоечках, всё красивенько...

Без косяков не обошлось и на этот раз. Из-за ошибки в проекте, на плате оказались перепутаны выводы D+ и D- на шине USB. Пришлось бросить перемычки, чтобы запустить адаптер. В последней версии платы эта ошибка уже исправлена.

Как и в моих предыдущих статьях, посвящённых UART-адаптерам, для устройства применил корпус от "Мастеркит" модели "BOX-G025". Кстати, иногда мне попадаются корпуса с половинками из пластика разного цвета! Производителю не помешало бы обратить на это внимание... Такой корпус естественно отправился в мусорное ведро, а я взял другой, с нормальным однородным пластиком.

Устанавливаю плату в корпус.

Получилась вот такая бездушная коробочка со светодиодами. Светодиодов много, а их назначение - не понятно.

На нижнюю часть корпуса приклеил резиновые ножки.

Чтобы придать законченность конструкции, необходимо изготовить этикетки на корпус. Сильно заморачиваться я не стал, и изготовил этикетки из обычной бумаги и двустороннего скотча. Чтобы этикетки служили дольше, сверху покрыл их слоем прозрачного скотча. Для того, чтобы на торцах этикеток бумага не отсвечивала белым цветом, подкрасил бумагу с торцов чёрным маркером.

Внешний вид готового устройства.

В правой части интерфейсного разъёма расположен джампер для выбора напряжения логических уровней UART.

После сборки необходимо определиться с тем, планируется ли одновременное использование двух (и более) адаптеров FT4232HL на одном компьютере. От этого зависит, потребуется ли конфигурировать микросхему FT4232HL, или нет.

Если одновременное использование двух (и более) адаптеров FT4232HL на одном компьютере не планируется, то конфигурация микросхемы не требуется (будет использоваться конфигурация "по умолчанию"). В этом случае можно не запаивать на плату микросхему памяти EEPROM 93C46, на работу адаптера это никак не повлияет.

Если планируется одновременное подключение и использование двух (и более) адаптеров FT4232HL на одном компьютере, то необходимо для каждой микросхемы FT4232HL сгенерировать уникальный серийный номер и записать конфигурацию в память EEPROM 93C46. Сделать это можно двумя способами.

Способ 1.

Скачать и запустить утилиту "FT-Prog", нажать "Devices -> Scan and Parse", выбрать строку "USB String Descriptors", установить галочки "Serial Number Enabled" и "Auto Generate Serial", затем записать настройки, используя пункт "Devices -> Program". Серийный номер автоматически сгенерируется перед записью. Затем необходимо снова нажать "Devices -> Scan and Parse", и убедиться в том, что серийный номер теперь отображается.

Способ 2.

Прошивка EEPROM через внешний программатор. Для этого необходимо предварительно перевести микросхему FT4232HL в состояние сброса, установив джампер XP1, при этом все выводы микросхемы переходят в высокоимпедансное состояние, и она не будет мешать процессу прошивки EEPROM 93C46. Выставить на программаторе напряжение логических уровней 3,3В. Затем подключить программатор к разъёму XP3. При помощи программатора стереть микросхему EEPROM и записать в неё прошивку. Архив с прошивками EEPROM прикреплён в конце статьи. Затем отсоединить программатор и снять джампер XP1. Процесс прошивки программатором выглядит следующим образом:

Устройство получилось простым и удобным в использовании. Для желающих повторить конструкцию, в конце статьи я приложил все необходимые материалы, включая gerber-файлы для заказа плат, и BOM-файл для покупки компонентов. Также могу помочь с приобретением печатной платы, для этого просьба писать мне в личные сообщения.

Теги:

• FTDI
• UART