CP2105 Single-Chip USB to Dual UART Bridge (Chinese)

CP2105
单芯片 USB 转双 UART 桥接器
单芯片 USB 转双 UART 数据传输
标准 UART 接口功能
集成式 USB 收发器;无需外部电阻器
集成式时钟;无需外部晶振
集成式 296 字节一次可编程 ROM,用于存储可定制产品
信息
片上上电复位电路
片上调压器:3.45 V 输出
USB 外设功能控制器
虚拟 COM 端口装置驱动程序
符合 USB 规格 2.0 标准;全速 (12 Mbps)
通过 SUSPEND 引脚支持 USB 挂起状态
两个 UART 接口 (“Enhanced” (增强)和
“Standard” (标准))
流控制选项:
- 硬件 (CTS / RTS)
- 软件 (X-On / X-Off)
- 无流控制
可配置 I/O (1.8 V 至 VDD),可使用 VIO 引脚进行配置
可配置 I/O (VDD 至 5 V),可使用外部上拉电阻进行配置
所有调制解调器接口信号均可用 (不使用 GPIO 时)
免专利权使用费销售许可证
Windows 7/Vista/XP/Server 2003/2000
Windows CE 6.0、 5.0 和 4.2
电源电压
支持的数据格式:
- 数据位:5、 6、 7 和 8
- 停止位:1、 1.5 和 2
- 奇偶校验:奇位、偶位、总为 1、总为 0、无奇偶校验
波特率:300 bps 至 2.0 Mbps
320 字节收发缓冲区
两个 GPIO 信号用于表示状态和控制
RS-485 模式,带总线收发器控制
可与现有 COM 端口 PC 应用程序一起工作
免专利权使用费销售许可证
Windows 7/Vista/XP/Server 2003/2000
Mac OS-X
Linux
USBXpress™ 直接驱动程序支持
增强 UART 接口功能
数据格式:8 个数据位, 1 个停止位
奇偶校验:偶位、奇位、无奇偶校验
波特率:2400 bps 至 921600 bps
288 字节收发缓冲区
三个 GPIO 信号用于表示状态和控制
自供电:3.0 至 3.6 V
USB 总线供电:4.0 至 5.25 V
I/O 电压:1.8 V 至 VDD
封装
符合 RoHS 标准的 24 针 QFN (4 x 4 mm)
订购部件号
CP2105-F01-GM
温度范围:–40 至 +85 °C
CP2105
连接到 VBUS
或外部电源
REGIN
VDD
GND
USB
连接器
VBUS
VBUS
D+
D+
D-
D-
调压器
48 MHz
振荡器
ECI 时钟
SUSPEND / RI_ECI
SCI 时钟
NC / DCD_ECI
GPIO0_ECI / DTR_ECI
USB 接口
GPIO / 握手控制
6
数据 FIFO
全速
12 Mbps
收发器
外设功能
控制器
GND
RST
波特率
发生器
296 字节
PROM( 产品定制)
GPIO.1_ECI / DSR_ECI
RTS_ECI
CTS_ECI
320 B RX
320 B TX
增强 UART
(ECI)
RXD_ECI
288 B RX
288 B TX
标准 UART
(SCI)
RXD_SCI
TXD_ECI
TXD_SCI
RTS_SCI
GPIO / 握手控制
6
CTS_SCI
SUSPEND / RI_SCI
GPIO.0_SCI / DCD_SCI
逻辑电平供电
( 1.8V 至 VDD)
VIO
增强
UART 和
GPIO
信号
标准
UART 和
GPIO
信号
GPIO.1_SCI / DTR_SCI
I/O 电源和逻辑电平
GPIO.2_SCI / DSR_SCI
图 1. 示例系统框图
修订版 1.0 10/10
版权所有 © 2010 Silicon Laboratories
CP2105
CP2105
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CP2105
目录
节
页码
1. 系统概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
2. 电气特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
3. 引脚分配和封装定义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
4. QFN-24 封装规格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5. USB 功能控制器和收发器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
6. 异步串行数据总线 (UART) 接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
6.1. ECI 波特率生成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
7. GPIO 模式和调制解调器模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
8. GPIO 引脚 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
8.1. GPIO.0-1 — 传输和接收计时 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
8.2. GPIO.1_ECI — RS-485 收发器总线控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
8.3. 硬件流控制 (RTS 和 CTS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
9. 一次可编程 ROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
10. 调压器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
11. CP2105 设备驱动程序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
11.1. 虚拟 COM 端口驱动程序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
11.2. USBXpress 驱动程序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
11.3. 驱动程序定制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
11.4. 驱动程序认证 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
12. 相关应用说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
文档变更列表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
联系信息 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
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CP2105
1. 系统概述
CP2105 是一种高度集成的 USB 转双 UART 桥接器控制器,它为将 RS-232 设计升级到 USB 提供了一种简单的解
决方案,仅使用最少量的组件和 PCB 空间即可达成目的。 The CP2105 紧凑的 4 x 4 mm QFN-24 封装 (有时称作
“MLF” 或 “MLP”)内包含有一个 USB 2.0 全速功能控制器、 USB 收发器、振荡器、一次可编程 ROM 以及两个带完
整调制解调器控制信号的异步串行数据总线 (UART)。
片上一次可编程 ROM 可用于定制 OEM 应用所需的 USB 供应商 ID、产品 ID、产品描述字符串、电源描述符、设备
发行编号、接口字符串、设备序列号以及调制解调器/GPIO 配置。
由 Silicon Labs 提供、免专利权使用费的虚拟 COM 端口 (VCP) 设备驱动程序可使基于 CP2105 的产品作为两个
COM 端口出现在 PC 应用程序中。 CP2105 UART 接口实现了所有 RS-232 信号 (包括控制和握手信号),因此不
需要修改现有系统固件。该设备还具有多达五个 GPIO 信号,可由用户定义来表示状态和控制信息。通过 VIO 引脚
提供对低至 1.8 V I/O 接口电压的支持。通过 Silicon Labs USBXpress 驱动程序集提供直接访问驱动程序支持。有关
CP2105 最新的应用说明和产品支持信息,请参阅 www.silabs.com。
提供 CP2105 的评估工具包 (部件号:CP2105EK),其中包括一个基于 CP2105 的 USB 转 UART/RS-232 评估
板,一整套 VCP 设备驱动程序、 USB 和 RS-232 电缆以及完整的文档。请联系 Silicon Labs 销售代表或访问
www.silabs.com 订购 CP2105 评估工具包。
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CP2105
2. 电气特性
表 1. 最大绝对额定值
参数
条件
最小值
类型
最大值
单位
恒定偏差环境温度
–55
—
125
°C
存储温度
–65
—
150
°C
–0.3
–0.3
—
—
5.8
VIO +
3.6
V
–0.3
—
4.2
V
通过 VDD、 VIO 和 GND 的最大总电流
—
—
500
mA
RST 或任何 I/O 引脚减弱的最大输出电流
—
—
100
mA
RST、 GPIO 或 UART 引脚相对于 GND 引脚的电压
VIO > 2.2 V
VIO < 2.2 V
VDD 或 VIO 相对于 GND 的电压
注:
如果应力超过以上所列值,可能造成设备永久性损坏。以上仅为应力额定值,并不意味着设备可以在达到或超过
本规格工作参数的条件下正常工作。长时间在最大额定值条件下工作可能会影响设备的可靠性。
表 2. 全球直流电气特性
VDD = 3.0 至 3.6 V, –40 至 +85 °C,除非另行说明。
参数
条件
最小值
类型
最大值
单位
数字电源电压 (VDD)
3.0
—
3.6
V
数字端口 I/O 电源电压 (VIO)
1.8
—
VDD
V
供电电流1
正常工作;启用 VREG
—
17
18.5
mA
供电电流1
挂起;启用 VREG
—
100
220
µA
—
200
228
µA
–40
—
+85
°C
供电电流 — USB 上拉2
规定工作温度范围
注:
1. 如果设备与 USB 总线相连,则应将 USB 上拉电流与供电电流相加得出总供电电流。
2. USB 上拉供电电流值根据 USB 规格计算得出。
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CP2105
表 3. UART 和挂起 I/O 直流电气特性
VDD = 3.0 至 3.6 V, VIO = 1.8 V 至 VDD, –40 至 +85 °C,除非另行说明。
参数
条件
最小值
类型
最大值
单位
输出高压 (VOH)
IOH = –10 µA
IOH = –3 mA
IOH = –10 mA
VIO – 0.1
VIO – 0.2
—
—
—
VIO – 0.4
—
—
—
V
输出低压 (VOL)
IOL = 10 µA
IOL = 8.5 mA
IOL = 25 mA
—
—
—
—
—
0.6
0.1
0.4
—
V
输入高压 (VIH)
0.7 x VIO
—
—
V
输入低压 (VIL)
—
—
0.6
V
弱上拉关闭
弱上拉开启, VIO = 0 V
—
—
—
25
1
50
µA
开漏,逻辑高电平 (1)
—
—
5.8
V
输入漏电流
最大输入电压
表 4. 复位电气特性
–40 至 +85 °C,除非另行说明。
参数
条件
最小值
类型
最大值
单位
0.75 x VIO
—
—
V
RST 输入低电压
—
—
0.6
V
生成系统复位的最短 RST 低时间
15
—
—
µs
RST 输入高压
表 5. 调压器电气规格
–40 至 +85 °C,除非另行说明。
参数
条件
最小值
类型
最大值
单位
3.0
—
5.25
V
3.3
3.45
3.6
V
VBUS 检测输入阈值
2.5
—
—
V
偏置电流
—
—
120
µA
输入电压范围
输出电压
输出电流 = 1 至 100 mA*
*注:最大调压器供电电流为 100 mA,其中包括 CP2105 的供电电流。
表 6. GPIO 输出规格
–40 至 +85 °C,除非另行说明。
参数
条件
最小值
类型
最大值
单位
停止位后 RS-485 有效时间
—
1
—
位时间*
传输计时频率
—
7.5
—
Hz
接收计时频率
—
7.5
—
Hz
*注:以 1/波特率形式计算位时间。
6
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CP2105
3. 引脚分配和封装定义
表 7. CP2105 引脚定义
名称
引脚编号
VDD
6
类型
说明
电源输入 电源电压输入。
电源输出 调压器输出。请参阅第 10 节。
VIO
5
GND
2
RST
9
REGIN
7
电源输入 5 V 调压器输入。此引脚为片上调压器的输入。
VBUS
8
直流输入 VBUS 感应输入。此引脚应连接到 USB 网络的 VBUS 信号。
D+
3
D I/O
USB D+
D–
4
D I/O
USB D–
SUSPEND
1*
RI_SCI
GPIO.0_SCI
24*
D I/O
设备复位。内部 POR 或 VDD 监控器的开漏输出。可通过使用外部源将此引
脚迫低表 4 中指定的时间来启动系统复位。
直流输出 在 GPIO 模式下,此引脚指示设备是否处于 USB 挂起状态。可通过配置
PROM 配置极性,默认值为低电平有效。
D I/O
在 GPIO 模式下,此引脚是标准通信接口的用户可配置输入或输出。
直流输入 在调制解调器控制模式下,此引脚是标准通信接口的数据载波检测控制输入
(低电平有效)。
23*
DTR_SCI
GPIO.2_SCI
接地。必须连接到地面。
直流输入 在调制解调器控制模式下,此引脚是标准通信接口的振铃指示器控制输入
(低电平有效)。
DCD_SCI
GPIO.1_SCI
电源输入 I/O 电源电压输入。
D I/O
在 GPIO 模式下,此引脚是标准通信接口的用户可配置输入或输出。
直流输出 在调制解调器控制模式下,此引脚是标准通信接口的数据终端就绪控制输出
(低电平有效)。
22*
DSR_SCI
D I/O
在 GPIO 模式下,此引脚是标准通信接口的用户可配置输入或输出。
直流输入 在调制解调器控制模式下,此引脚是标准通信接口的数据集就绪控制输入
(低电平有效)。
TXD_SCI
21
直流输出 标准通信接口的异步数据输出 (UART 传输)。
RXD_SCI
20
直流输入 标准通信接口的异步数据输入 (UART 接收)。
RTS_SCI
19*
直流输出 标准通信接口的发送就绪控制输出 (低电平有效)。
CTS_SCI
18*
直流输入 标准通信接口的清除发送控制输入 (低电平有效)。
*注:不使用时可令引脚保持未连接状态。
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7
CP2105
表 7. CP2105 引脚定义 (续)
名称
引脚编号
SUSPEND
17*
RI_ECI
NC
16*
直流输出 在 GPIO 模式下,此引脚指示设备是否处于 USB 挂起状态。可通过配置
PROM 配置极性,默认值为低电平有效。
—
在 GPIO 模式下,不使用此引脚。
直流输入 在调制解调器控制模式下,此引脚是增强通信接口的数据载波检测控制输入
(低电平有效)。
VPP
15*
DTR_ECI
GPIO.1_ECI
说明
直流输入 在调制解调器控制模式下,此引脚是标准通信接口的振铃指示器控制输入
(低电平有效)。
DCD_ECI
GPIO.0_ECI
类型
特殊
此外,在任一模式下,如果在此引脚与 GND 之间连接一个 4.7 μF 电容器,
即可通过 USB 接口对配置 ROM 进行编程。
D I/O
在 GPIO 模式下,此引脚是增强通信接口的用户可配置输入或输出。
直流输出 在调制解调器控制模式下,此引脚是增强通信接口的数据终端就绪控制输出
(低电平有效)。
14*
DSR_ECI
D I/O
在 GPIO 模式下,此引脚是增强通信接口的用户可配置输入或输出。
直流输入 在调制解调器控制模式下,此引脚是增强通信接口的数据集就绪控制输入
(低电平有效)。
TXD_ECI
13
直流输出 增强通信接口的异步数据输出 (UART 传输)。
RXD_ECI
12
直流输入 增强通信接口的异步数据输入 (UART 接收)。
RTS_ECI
11*
直流输出 增强通信接口的发送就绪控制输出 (低电平有效)。
CTS_ECI
10*
直流输入 增强通信接口的清除发送控制输入 (低电平有效)。
*注:不使用时可令引脚保持未连接状态。
8
修订版 1.0
GPIO.0_SCI / DCD_SCI
GPIO.1_SCI / DTR_SCI
GPIO.2_SCI / DSR_SCI
TXD_SCI
RXD_SCI
RTS_SCI
24
23
22
21
20
19
CP2105
SUSPEND / RI_SCI
1
18
CTS_SCI
GND
2
17
SUSPEND / RI_ECI
D+
3
16
NC / DCD_ECI / VPP
D-
4
15
GPIO.0_ECI / DTR_ECI
VIO
5
14
GPIO.1_ECI / DSR_ECI
VDD
6
13
TXD_ECI
CP2105-GM
顶视图
11
12
RTS_ECI
RXD_ECI
9
RST
10
8
VBUS
CTS_ECI
7
REGIN
GND(可选)
图 2. QFN-24 引脚分配图 (顶视图)
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9
CP2105
4. QFN-24 封装规格
`
图 3. QFN-24 封装图
表 8. QFN-24 封装尺寸
尺寸
A
A1
b
D
D2
e
E
E2
最小值
0.70
0.00
0.18
2.55
2.55
类型
0.75
0.02
0.25
4.00 BSC.
2.70
0.50 BSC.
4.00 BSC.
2.70
最大值
0.80
0.05
0.30
2.80
2.80
尺寸
L
L1
aaa
bbb
ddd
eee
Z
是
最小值
0.30
0.00
—
—
—
—
—
—
类型
0.40
—
—
—
—
—
0.24
0.18
最大值
0.50
0.15
0.15
0.10
0.05
0.08
—
—
注:
1. 除非另有说明,所示所有尺寸单位均为毫米 (mm)。
2. 尺寸和公差标注符合 ANSI Y14.5M-1994。
3. 此图纸符合 JEDEC 固态草案 MO-220 变体 WGGD,但定制部件 D2、 E2、 Z、 Y 和 L 除外,
它们的公差标注遵从供应商规定。
4. 建议的卡回流温度曲线遵照针对小体型组件的 JEDEC/IPC J-STD-020 规格。
10
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CP2105
图 4. QFN-24 建议的 PCB 焊盘图案
表 9. QFN-24 PCB 焊盘图案尺寸
尺寸
C1
C2
E
X1
最小值
最大值
3.90
4.00
3.90
4.00
0.50 BSC
0.20
0.30
尺寸
X2
Y1
Y2
最小值
2.70
0.65
2.70
最大值
2.80
0.75
2.80
注:
一般说明
1. 除非另有说明,所示所有尺寸单位均为毫米 (mm)。
2. 此焊盘图案设计基于 IPC-7351 指导方针。
阻焊层设计
3. 所有金属焊盘均须为非阻焊层限定 (NSMD) 焊盘。阻焊层与金属焊盘之间的净空须至少达到
60 μm,焊盘四周净空均须达到该值。
网板设计
4. 应使用具有梯形壁的不锈钢激光切割电抛光网板来确保良好的焊膏脱离。
5. 网板厚度应为 0.125 mm (5 mil)。
6. 所有周边焊盘的网板孔径与焊盘尺寸的比率都应为 1:1。
7. 中心焊盘应在 1.30 mm 的螺距上使用一个 2x2 的 1.10 x 1.10 mm 开孔阵列。
卡组装
8. 建议使用免洗 3 类焊膏。
9. 建议的卡回流温度曲线遵照针对小体型组件的 JEDEC/IPC J-STD-020 规格。
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CP2105
5. USB 功能控制器和收发器
CP2105 中的通用串行总线 (USB) 功能控制器是一个符合 USB 2.0 标准的全速设备,带有集成收发器和片上匹配和
上拉电阻。USB 功能控制器管理 USB 与 UART 之间的所有数据传输,以及 USB 主机控制器产生的命令请求和用于
控制 UART 和 GPIO 引脚功能的命令。
支持使用 USB 挂起和恢复状态同时对 CP2105 设备以及外部电路进行电源管理。检测到总线上存在挂起信令时,
CP2105 便会进入挂起模式。进入挂起模式时,如果已针对 GPIO 模式配置的相应的接口,将会声明 SUSPEND 信
号。 SUSPEND 在 CP2105 复位后也会进行声明,直至 USB 枚举期间的设备配置完成为止。 SUSPEND 默认情况
下低电平有效,但可以使用 PROM 配置为高电平有效。
发生下列任何一种情况时 CP2105 会退出挂起模式:检测到或产生了恢复信令;检测到 USB 复位信号;或发生设备
复位。退出挂起模式时,SUSPEND 信号会取消声明。SUSPEND 在 CP2105 复位期间始终会弱上拉至高阻抗状态
的 VIO。如果不希望出现这种情况,可以利用强力下拉 (10 kΩ) 来确保 SUSPEND 在复位期间一直保持在低水平。
USB 挂起期间各种引脚的逻辑电平和输出模式 (推挽或开漏)可在 PROM 中进行配置。有关详细信息,请参阅
第 9 节。
6. 异步串行数据总线 (UART) 接口
CP2105 包含两个 UART 接口,名为增强通信接口 (ECI) 和标准通信接口 (SCI)。
每个 UART 接口都包括 TXD (传输)和 RXD (接收)数据信号以及 RTS 和 CTS 流控制信号。还可以选择为每个
接口启用调制解调器控制信号 DSR、 DTR、 DCD 和 RI。如果应用不需要调制解调器控制信号,可以将这些引脚配
置为执行备选功能,如 GPIO 和 SUSPEND 信号。 UART 支持 RTS/CTS、 DSR/DTR 和 X-On/X-Off 握手。 UART
可通过编程支持各种数据格式和波特率。ECI 还支持另外几种 SCI 所不支持的 UART 配置选项。如果使用的是虚拟
COM 端口驱动程序,则在 PC 上进行 COM 端口配置期间设置数据格式和波特率。如果使用的是 USBXpress 驱动
程序,则通过 USBXpress API 配置 CP2105。表 10 中列出了每个接口可用的数据格式和波特率。
表 10. 数据格式和波特率
接口
增强通信接口 (ECI)
标准通信接口 (SCI)
数据位1
5、 6、 7 和
8
停止位
1、 1.52 和 2
1
无、偶位、奇位、总为 1、总为 0
无、偶位、奇位
奇偶校验类型
波特率
300 bps 至 2.0 Mbps
2400、 4800、 7200、 9600、 14400、 19200、
28800、 38400、 56000、 57600、 115200、
128000、 230400、 460800、 921600
3
注:
1. 在 921600 bps 以上的波特率下不支持 5 和 6 位数据大小。
2. 1.5 停止位仅在使用 5 个数据位时可用。
3. 有关 ECI 接口可行波特率的更多详细信息,请参阅 “6.1. ECI 波特率生成” 。
12
修订版 1.0
CP2105
6.1. ECI 波特率生成
增强接口的波特率发生器非常灵活,允许用户请求 300 bps 至 2.0 Mbps 范围内的任何波特率。如果无法直接使用
48 MHz 振荡器生成波特率,设备会选择尽可能接近的方案。实际波特率由 公式 1 和 公式 2 控制。
48 MHz
时钟分频器 = ----------------------------------------------------------------------2 × Prescale × 请求的波特率
预分频 = 4,如果请求的波特率 ≤ 365 bps
预分频 = 1,如果请求的波特率 > 365 bps
公式 1. 时钟分频器计算
48 MHz
实际波特率 = ----------------------------------------------------------------2 × Prescale × 时钟分频器
预分频 = 4,如果请求的波特率 ≤ 365 bps
预分频 = 1,如果请求的波特率 > 365 bps
公式 2. 波特率计算
大部分波特率可在小于 1.0% 的误差率下生成。对于大部分 UART 应用,一般的经验法则是,将发送器和接收器上
的波特率误差率限制在不超过 ±2% 的范围内。公式 1 求得的时钟分频器值四舍五入到最近的整数,这可能会产生误
差源。另一个误差源将是 48 MHz 振荡器,其准确率为 ±0.25%。知道了实际和请求的波特率,便可使用公式 3 计算
出总波特率误差。
实际波特率 -⎞ ± 0.25%
波特率误差 (%) = 100 × ⎛ 1 – ----------------------------------⎝
请求的波特率⎠
公式 3. 波特率误差计算
UART 还支持传输断线。可在 1 至 125 ms 范围内设定断线的时长,也可以将其设置为无限期传输,直至应用程序
发出停止命令。
7. GPIO 模式和调制解调器模式
可在 GPIO 模式或调制解调器模式下配置 CP2105 上的每个接口。这使 SCI 和 ECI 在不同引脚处都有调制解调器
控制信号或 GPIO 信号可供使用。表 11 显示了每种模式下提供的功能。默认情况下,两种接口都配置为使用 GPIO
模式。
表 11. CP2105 调制解调器模式和 GPIO 模式
接口
标准通信接口
增强通信接口
引脚编号
调制解调器模式
GPIO 模式
24
DCD_SCI
GPIO_0_SCI
23
DTR_SCI
GPIO_1_SCI
22
DSR_SCI
GPIO_2_SCI
1
RI_SCI
SUSPEND_SCI
15
DTR_ECI
GPIO_0_ECI
14
DSR_ECI
GPIO_1_ECI
17
RI_ECI
SUSPEND_ECI
只能为每个接口选择一个模式。此外,CP2105 的模式只能配置一次,设定后将无法复位成默认配置。有关如何配置
CP2105 端口引脚的详细信息,请参阅 “AN223: Port Configuration and GPIO for CP210x” (AN223:CP210x 端口
配置和 GPIO)。
修订版 1.0
13
CP2105
8. GPIO 引脚
CP2105 支持五个用户可配置 GPIO 引脚,用于表示状态和控制信息。标准通信接口 (SCI) 有三个 GPIO 引脚,而增
强通信接口 (ECI) 则有两个 GPIO 引脚。要将引脚用作 GPIO 引脚,必须在 GPIO 模式下配置带 GPIO 引脚的接口。
默认情况下, CP2105 上的两个通信接口都配置为使用 GPIO 模式。如果需要调制解调器控制信号,必须将接口配
置为使用调制解调器模式。有关调制解调器模式的详细信息,请参阅第 7 节。
其中的每个 GPIO 引脚都可用作输入、开漏输出或推挽输出。其中的四个 GPIO 引脚还具有表 12 中所列的备选功能
(GPIO.2_SCI 没有备选功能)。
表 12. GPIO 模式备选功能
GPIO 引脚
备选功能
GPIO.0_ECI
传输计时
GPIO.1_ECI
RX 计时/RS-485 收发器控制
GPIO.0_SCI
传输计时
GPIO.1_SCI
接收计时
默认情况下,所有 GPIO 引脚都配置为 GPIO 输入。每个设备可一次性编程引脚的配置。开漏输出与推挽输出之间
的差异体现在 GPIO 输出被推升至逻辑高电平时。逻辑高电平开漏输出通过内部拉上电阻将引脚拉至 VIO 轨。逻辑
高电平推挽输出则将引脚直接连接至 VIO 电压。以高于 VIO 引脚的电压连接到逻辑电平时,通常使用开漏输出。可
以通过外部拉上电阻将这些引脚安全地拉至更高的外部电压。最大外部拉上电压为 5 V。
读写 GPIO 引脚的速度受限于 USB 总线的计时。建议不要将配置为输入或输出的 GPIO 引脚用于实时信令。
有关这些引脚的配置和使用的详细信息,请参阅 Silicon Labs 网站上的 “AN144: CP21xx Customization Guide”
(AN144:CP21xx 定制指南)和 “AN223: Port Configuration and GPIO for CP210x” (AN223:CP210x 的端口配
置和 GPIO)。
8.1. GPIO.0-1 — 传输和接收计时
可以为增强通信接口和标准通信接口将 GPIO.0 和 GPIO.1 都配置为传输计时和接收计时引脚。当设备不传输或接
收数据时,这些引脚为逻辑高电平引脚,传输数据时,它们以表 6 中规定的固定频率计时。这些引脚通常连接到两
个 LED 以指示数据传输状态。
VIO
CP2105
GPIO.0 — TX 切换
GPIO.1 — RX 切换
图 5. 传输和接收计时典型连接图
14
修订版 1.0
CP2105
8.2. GPIO.1_ECI — RS-485 收发器总线控制
GPIO.1_ECI 可配置为 RS-485 总线收发器控制引脚,或连接到收发器 DE 和 RE 输入的增强通信接口。配置为使用
RS-485 模式时,将在 UART 数据传输以及断线传输期间声明引脚, RX 计时模式不可用。 GPIO.1_ECI 的 RS-485
模式默认情况下高电平有效,也可配置用于低电平有效模式。
CP2105
RS-485
收发器
TX
R
RX
D
GPIO.1_ECI – RS485
RE
DE
图 6. RS-485 收发器典型连接图
修订版 1.0
15
CP2105
8.3. 硬件流控制 (RTS 和 CTS)
要利用 CP2105 RTS 和 CTS 引脚的功能,必须将设备配置为使用硬件流控制。
RTS,或称发送就绪,是来自 CP2105 的低电平有效输出,它向外部 UART 设备指示, CP2105 的 UART RX FIFO
在增强通信接口上尚未达到 191 字节的水印级别,或在标准通信接口上尚未达到 63 字节的水印级别,已准备好接受
更多数据。当 RX FIFO 中的数据量达到水印时, CP2105 将 RTS 拉高以指示外部 UART 设备停止发送数据。
CTS,或称清除发送,是 CP2105 的低电平有效输入,当外部 UART 设备的 RX FIFO 将要变满时,会使用它指示
CP2105。 CTS 拉高时, CP2105 不会发送超过两个字节的数据。
CP2105
RS232
系统
TX
TX
RX
RX
RTS
RTS
CTS
CTS
图 7. 硬件流控制典型连接图
16
修订版 1.0
CP2105
9. 一次可编程 ROM
CP2105 包括一个内部一次可编程 ROM,可用于定制 OEM 应用所需的 USB 供应商 ID (VID)、产品 ID (PID)、产品
描述字符串、电源描述符、设备发行编号、接口字符串以及设备序列号。如果可编程 ROM 尚未编程,将使用表 13
和表 14 中所示的默认配置数据。
表 13. 默认 USB 配置数据
名称
值
供应商 ID
10C4h
产品 ID
EA70h
电源描述符 (属性)
80h (总线供电)
电源描述符 (最大功率)
32h (100 mA)
发行编号
0100h (发行版本 01.00)
序列字符串
唯一的 8 字符 ASCII 字符串 (最多 16 个字符)
产品描述字符串
“CP2105 USB 转 UART 桥接器控制器” (最多 47 个字符)
ECI 接口字符串
“增强 COM 端口” (最多 32 个字符)
ECI 工作模式
GPIO 模式
SCI 接口字符串
“标准 COM 端口” (最多 32 个字符)
SCI 工作模式
GPIO 模式
表 14. 默认 GPIO、 UART 和挂起配置数据
名称
值
GPIO.0_ECI/DTR_ECI
GPIO 输入
GPIO.1_ECI/DSR_ECI
GPIO 输入
GPIO.0_SCI/DCD_SCI
GPIO 输入
GPIO.1_SCI/DTR_SCI
GPIO 输入
GPIO.2_SCI/DSR_SCI
GPIO 输入
刷新缓冲区
打开时刷新 ECI 和 SCI TX 与 RX FIFO
SUSPEND/RI_ECI
推挽,低电平有效
SUSPEND/RI_SCI
推挽,低电平有效
RS-485 电平
高电平有效
尽管定制 USB 配置数据是可选的,我们仍极力建议定制 VID/PID 组合。唯一的 VID/PID 组合可以防止驱动程序与
其它制造商产品的任何其它 USB 驱动程序发生冲突。可从 www.usb.org 获得供应商 ID, Silicon Labs 也可免费为
OEM 产品提供可与 Silicon Labs VID 一起使用的 PID。如果 OEM 应用可以实现将多台基于 CP210x 的设备与同一
台 PC 相连,还建议分别定制每台设备的序列字符串。
Silicon Labs 可以在装运前将所需的配置信息编入配置数据 ROM。也可以通过为 PCB 增加一个电容器通过 USB 接
口在系统内进行编程。如果配置 ROM 是在系统内进行编程,则必须在 NC/DCD_ECI/VPP 引脚与地面之间增加一个
4.7 µF 电容器。在编程操作期间,不应将其它电路连接到 NC/DCD_ECI/VPP,并且 VDD 必须保持不低于 3.3 V,方
可成功地写入配置 ROM。
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CP2105
10. 调压器
CP2105 包括一个片上 5 转 3.45 V 调压器。这使 CP2105 可以配置为 USB 总线供电设备或 USB 自供电设备。图 8
中显示的是设备在使用调压器的总线供电应用中的典型连接图。启用后,调压器输出即会出现在 VDD 引脚上,可用
于为外部设备供电。有关调压器的电气特性,请参阅表 5。如果需要使用调压器在自供电应用中提供 VDD,可使用
图 8 中的相同连接,但要将 REGIN 连接到板载 5 V 供电,并断开它与 VBUS 引脚的连接。
VIO
注3
CP2105
4.7 k
RST
SUSPEND / RI_ECI
3.45 V 电源
1-5 µF
VIO
注2
VDD
GPIO0_ECI / DTR_ECI
0.1 µF
GPIO.1_ECI / DSR_ECI
RTS_ECI
REGIN
CTS_ECI
增强
UART 和
GPIO
信号
RXD_ECI
1 µF
TXD_ECI
GND
USB
连接器
注4
NC / DCD_ECI / VPP
RXD_SCI
TXD_SCI
VBUS
RTS_SCI
VBUS
D+
D+
D-
D-
CTS_SCI
SUSPEND / RI_SCI
GPIO.0_SCI / DCD_SCI
GND
标准
UART 和
GPIO
信号
GPIO.1_SCI / DTR_SCI
GPIO.2_SCI / DSR_SCI
注1
注 1: 应在连接器处增加兼容全速 USB 的雪崩瞬态电压抑制二极管,以进行 ESD 保护。
使用 Littelfuse 部件号为 SP0503BAHT 的产品或等效产品。
注 2: 外部拉上并非必需,但可以增加以提高抗扰度。
注 3: VIO 可以直接连接到 VDD,也可连接到低至 1.8 V 的电源以设置 I/O 接口电压。
注 4: 如果要通过 USB 对配置 ROM 进行编程,则必须在 NC / DCD_ECI / VPP 与地面之间增加
一个 4.7 µF 电容器。在编程操作期间,引脚不应与其它电路相连,并且 VDD 必须至少为 3.3 V。
图 8. 典型总线供电连接图
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修订版 1.0
CP2105
如果为 VDD 引脚供应的是 3.0 转 3.6 V 电源,则 CP2105 还可以起 USB 自供电设备的作用,绕过调压器。对于此
配置,应将 REGIN 输入连接到 VDD 以绕过调压器。图 9 中显示的是一个典型的连接图,所示为自供电应用中绕过
了调压器的设备。
USB 最大功率和功率属性描述符必须与设备功耗和配置相匹配。有关如何为 CP2105 定制 USB 描述符的信息,请
参阅应用说明 “AN144: CP21xx Customization Guide” (AN144:CP21xx 定制指南)。
VIO
VIO
注3
注2
4.7 k
CP2105
RST
SUSPEND / RI_ECI
VDD
3.3 V
电源
GPIO0_ECI / DTR_ECI
REGIN
GPIO.1_ECI / DSR_ECI
RTS_ECI
CTS_ECI
1-5 µF
注4
NC / DCD_ECI / VPP
0.1 µF
增强
UART 和
GPIO
信号
RXD_ECI
TXD_ECI
GND
USB
连接器
RXD_SCI
TXD_SCI
VBUS
RTS_SCI
VBUS
D+
D+
D-
D-
CTS_SCI
SUSPEND / RI_SCI
GPIO.0_SCI / DCD_SCI
GND
标准
UART 和
GPIO
信号
GPIO.1_SCI / DTR_SCI
GPIO.2_SCI / DSR_SCI
注1
注 1: 应在连接器处增加兼容全速 USB 的雪崩瞬态电压抑制二极管,以进行 ESD 保护。
使用 Littelfuse 部件号为 SP0503BAHT 的产品或等效产品。
注 2: 外部拉上并非必需,但可以增加以提高抗扰度。
注 3: VIO 可以直接连接到 VDD,也可连接到低至 1.8 V 的电源以设置 I/O 接口电压。
注 4: 如果要通过 USB 对配置 ROM 进行编程,则必须在 NC / DCD_ECI / VPP 与地面之间增加
一个 4.7 µF 电容器。在编程操作期间,引脚不应与其它电路相连,并且 VDD 必须至少为 3.3 V。
图 9. 典型自供电连接图 (绕过调压器)
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CP2105
11. CP2105 设备驱动程序
有两套设备驱动程序可供 CP2105 设备使用:虚拟 COM 端口 (VCP) 驱动程序和 USBXpress 直接访问驱动程序。
只需一套驱动程序便可与设备建立连接。
http://www.silabs.com/products/mcu/Pages/SoftwareDownloads.aspx 上提供了最新的驱动程序。
11.1. 虚拟 COM 端口驱动程序
CP2105 虚拟 COM 端口 (VCP) 设备驱动程序可使基于 CP2105 的设备以两个 COM 端口形式出现在 PC 的应用软
件面前。 PC 上运行的应用软件可以像访问两个标准硬件 COM 端口那样访问基于 CP2105 的设备。不过, PC 与
CP2105 设备之间的实际数据传输是通过 USB 接口执行的。因此,无需修改应用程序,使用现有 COM 端口应用程
序便可通过 USB 向基于 CP2105 的设备传输数据。有关用于使用虚拟 COM 驱动程序连接到 CP2105 的示例代码,
请参阅应用说明 “AN197: Serial Communications Guide for the CP210x” (AN197:CP210x 串行通信指南)。
11.2. USBXpress 驱动程序
Silicon Labs USBXpress 驱动程序提供了另外一种与 CP2105 设备连接的解决方案。不需要掌握串行端口协议专有
知识,而是使用简单的高级应用编程接口 (API) 来提供更简单的 CP210x 连接和功能。USBXpress for CP210x 开发
工具包包括 Windows 设备驱动程序、 Windows 设备驱动程序安装程序和卸载程序以及以 Windows 动态链接库
(DLL) 形式提供的主机接口函数库(主机 API)。建议为同时包括新 PC 软件的新产品使用 USBXpress 驱动程序集。
应用说明 “AN169: USBXpress Programmer's Guide” (AN169:USBXpress 编程人员指南)中对 USBXpress 做了
介绍。
11.3. 驱动程序定制
除了可以按照第 12 页的 “6. 异步串行数据总线 (UART) 接口” 中所述定制设备外,还可以对驱动程序以及驱动程序
安装软件包进行定制。有关生成定制 VCP 和 USBXpress 驱动程序的详细信息,请参阅 “AN220: USB Driver
Customization” (AN220:USB 驱动程序定制)。
重要说明:驱动程序中的 VID/PID 必须与设备中的 VID/PID 匹配,驱动程序才能正常加载,设备随后方可与 PC 建
立连接。
11.4. 驱动程序认证
CP2105 的默认驱动程序通过了 Microsoft Windows 硬件质量实验室 (WHQL) 认证。认证意味着这些驱动程序已经
过 Microsoft 测试,可以安装在其最新操作系统上而不出现任何警告或错误。
使用 AN220 软件生成的定制驱动程序不会自动获得认证。要获得认证,它们必须先履行 Microsoft 驱动程序分销商
提交流程。请联系 Silicon Labs 支持部以获得有关履行该流程的协助。
20
修订版 1.0
CP2105
12. 相关应用说明
以下应用说明适用于 CP2105。http://www.silabs.com/products/mcu/Pages/ApplicationNotes.aspx 上提供了这些应
用说明及其随附软件的最新版本。
AN144: CP21xx Device Customization Guide (AN144:CP21xx 设备定制指南)。此应用说明描述如何利用
AN144 软件 CP21xxSetID 在 CP21xx 设备上配置 USB 参数。
AN169: USBXpress Programmer's Guide (AN169:USBXpress 编程人员指南)。此应用说明描述
USBXpress API 接口并包括示例代码。
AN197: Serial Communications Guide for the CP210x (AN197:CP210x 串行通信指南)。此应用说明描述
如何利用标准 Windows COM 端口功能与 CP210x 通信,并包括示例代码。
AN220: USB Driver Customization (AN220:USB 驱动程序定制)。此应用说明描述如何利用 AN220 软件来
为 VCP 或 USBXpress 驱动程序定制 OEM 信息。
AN223: Port Configuration And GPIO for CP210x (AN223:CP210x 端口配置和 GPIO)。此应用说明描述
如何利用 AN223 软件来配置 GPIO 的其它可配置引脚。
修订版 1.0
21
CP2105
文档变更列表
修订版 0.1 至修订版 0.5
更新了第 1 页的订购部件号。
更新了整个第 2 节的电气规格。
在第 3 节增加了有关 VPP 引脚的信息。
增加了第 7 节。
更新了第 8 节。
更新了第 9 节。
修订版 0.5 至修订版 1.0
22
删除了预备语言。
修订版 1.0
CP2105
注:
修订版 1.0
23
CP2105
联系信息
Silicon Laboratories Inc.
400 West Cesar Chavez
Austin, TX 78701
电话:1+(512) 416-8500
传真:1+(512) 416-9669
免费电话:1+(877) 444-3032
请访问 Silicon Labs 技术支持 Web 页面:
https://www.silabs.com/support/pages/contacttechnicalsupport.aspx
并注册,以提交技术支持请求。
本文档中的信息在文档发布时被认为在所有方面都是准确的,但其内容可能会随时变更,恕不另行通知。Silicon Laboratories 对错误和遗漏
概不承担任何责任,并拒绝对因使用本文档中包含的信息而造成的任何后果承担责任。此外,Silicon Laboratories 对于未加描述的功能或参
数的正常工作概不承担任何责任。 Silicon Laboratories 保留在未做进一步通知的情况下进行更改的权利。 Silicon Laboratories 不对其产品
对任何特定用途的适用性做任何担保、表示或保证,也不承担因应用或使用任何产品或电路而引发的任何赔偿责任,并明确拒绝承担任何以
及全部赔偿责任,包括但不限于间接或附带损害。Silicon Laboratories 产品并非设计、计划或授权用于旨在支持或维持生命的应用,或任何
其它 Silicon Laboratories 产品的故障可能导致人员伤亡的应用。如果购买者购买或使用 Silicon Laboratories 产品是为了任何此类非预定或
未经授权的应用,则应对 Silicon Laboratories 受到的所有索赔和损害作出赔偿并使 Silicon Laboratories 免于受到相关的伤害。
Silicon Laboratories、 Silicon Labs 和 USBXpress 是 Silicon Laboratories Inc. 的商标。
本文中的其它产品或品牌名称均是其各自持有者的商标或注册商标
24
修订版 1.0
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