СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №2/2012

Микросхемы цифровых изоляторов ADUM3160/ADUM4160 фирмы Analog Devices предназначены для гальвани ческой изоляции самого интерфейса USB на пробивное напряжение 2,5 кВ (ADUM3160) и 5 кВ (ADUM4160). Со гласно спецификации USB 1.2, они мо гут работать как на низкой скорости (low speed) 1,5 Мбод, так и на полной (full speed) – 12 Мбод. По сравнению со всеми цифровыми изоляторами, описанными ранее в статье, цифро вые изоляторы ADUM3160/ADUM4160 имеют достаточно сложную внутрен нюю структуру, которая учитывает двухполярность и двунаправленность линий данных D+ и D– интерфейса USB. Изоляция в этих микросхемах, как и во всех других цифровых изо ляторах фирмы Analog Devices, осу ществляется по технологии iCoupler посредством высокочастотного элек тромагнитного поля (как в ВЧ транс форматорах). Более подробно с эти ми микросхемами можно ознакомить ся в [7]. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2012 Сложное внутреннее устройствомик росхемADUM3160/ADUM4160 упроща ет реализацию гальванической развяз ки интерфейса USB. Всё, что требуется для работы схемы, показанной на ри сунке 17, – подать напряжение +5 В на изолированную сторону. Это можно сделать тремя способами: ● если устройство оборудовано собст венным источником питания с на пряжением +5 В, то напряжение сле дует подать на контакт 1 разъёма USBA X2 (см. рис. 17); ● если устройство не имеет собствен ного источника питания, то необхо димо использовать внешний источ ник питания +5 В, подключив его к соответствующим контактам разъ ёма X3 (см. рис. 17); ● еслииспользование внешнегоисточ ника питания невозможно, можно применить изолированный DC/DC преобразователь 5 В → 5 В. В качест ве таких преобразователей автор ре комендует использовать либо про мышленный прибор С10205ВА, либо микросхему DCR010505P, либо изго товить DC/DC преобразователь сво ими силами на основе микросхемы MAX253 [8]. Когда интерфейс USB гальваничес ки изолирован, можно преобразовать его в интерфейс SPI без гальваничес кой изоляции. Схема такого USB SPI преобразователя на базе микрокон троллера C8051F321 приведена на ри сунке 18. Выбор портов микроконтроллера в матрице соединений для сигналов ин терфейса SPI (см. рис. 18, 19а) не случа ен. Еслиматрицу модифицировать (см. рис. 19б) только с помощьюпрограмм ных средств, то такое устройство мож но легко превратить в преобразователь USB RS 232 с дополнительными выход ными push pull сигналами (P0.1, P0.2 и P0.3); фрагмент такой схемы пока зан на рисунке 20. На первый взгляд кажется, что эф фективность такого преобразователя невысока, поскольку скорости обмена информацией в интерфейсах USB и RS232 различаются на два поряд ка: у USB 1.2 – 12 Мбод, а у RS 232 – 0,12 Мбод. Однако это не совсем так. В интерфейсе USB, в котором обмен ин формацией осуществляется пакетами, реальная скорость обмена существен но ниже 12 Мбод и зависит от размера пакета: чемменьше размер пакета, тем ниже скорость. При размере пакета в 4 Кб реальная скорость обмена по ин терфейсу USB не превышает 5 Мбод. При размере пакета в 1 Кб скорость снижается до 4 Мбод, а при размере пакета в 64 байта скорость составляет 1 Мбод, что всего на порядок больше скорости обмена по интерфейсу RS 232. Если передавать несколько бай тов, то скорость обмена по USB сравни ма со скоростью обмена по RS 232. Кроме того, встречаются ситуации, когда требуется обмен информацией исключительно по интерфейсу RS 232. Например, подавляющее большинство микроконтроллеров программируют ся «в системе» (ISP) только по интер фейсу RS 232, поскольку скорость тако го программирования существенно D+ D+ D VBUS VBUS D D iso D+iso D iso D+iso +5 +5 +5 1 2 3 4 X1 USBB_Гн. R1 24 C3 0.47_0603 R2 24 C2 0.47_0603 C1 4.7_0805 4.7_0805 C4 1 2 3 4 X2 USBA_Гн. 1 2 X3 RAZ2 Vbus1 1 GND1 2 Vdd1 3 PDEN 4 SPU 5 UD 6 UD+ 7 GND1 8 GND2 9 DD+ 10 DD 11 PIN 12 Vbus2 16 GND2 15 Vdd2 14 SPD 13 DD1 ADUM3160/4160 Рис. 17. Схема гальванически изолированного интерфейса USB на базе микросхем ADUM3160/4160, работающего в режиме полной скорости интерфейса USB 1.2 Преобразователь интерфейсов USB SPI с гальванической развязкой (часть 2) Алексей Кузьминов (Москва) Во второй части статьи описаны аппаратные и программные средства сопряжения микроконтроллера C8051F321 с компьютером по интерфейсу USB и с микроконтроллером C8051F067 по гальванически изолированному интерфейсу SPI с помощью быстродействующих цифровых изоляторов SI8663BC!B!IS, ADUM7441C и ISO7220C. Программные средства представлены в виде текстов программ для компьютера на языке Clarion v.6.0 и для микроконтроллеров на языке Си (Keil C51 v.6.14, v.9.01) с использованием библиотеки USBXpress фирмы Silicon Labs. Описан программный способ синхронизации микроконтроллеров при обмене по интерфейсу SPI, позволяющий повысить скорость обмена в трёхпроводном режиме. © СТА-ПРЕСС