基于FT311D的USB转外围硬件接口拓展方案设计

摘要：FT311D接口芯片为Android手机或平板电脑提供了USB转外部UART、GPIO、PWM、I2C、SPI硬件接口功能。本文介绍了FT311D的硬件特点及其在Android平台下的软件开发方法。实验表明，基于FT311D的Android设备USB转外部接口方案硬件设计简单，软件开发方便，可广泛应用于物联网、车载系统、POS机、智能医疗保健仪器设备等。

引言

目前，移动市场已经急剧地改变了IT行业的格局，市场正在向智能手机和平板电脑等移动计算设备倾斜。因此，很多传统的PC软件的开发也正在迅速地向移动平台迁移，Android智能手机和平板电脑移动设备逐步成为重要的计算应用平台。

由于考虑系统硬件体积、功耗、成本等因素，除了常用的USB接口外，基于Android的智能手机或平板电脑往往缺乏硬件拓展接口，这某种程度上限制了这些智能移动设备与物理世界的信息交互能力，例如外界传感器数据的获取，外部执行装置的控制和在车载系统、POS机、智能医疗保健仪器设备中的应用等。

FT311D接口芯片能为Android手机或平板电脑提供USB转外部UART、GPIO、PWM、I2C、SPI等硬件接口，无需安装USB驱动，全面兼容USB 2.0接口，不需要软件移植，不受Android操作系统升级的影响，只需安装对应的APK就能实现数据通信，这有利于解决Android移动设备硬件接口的扩展难题。

本文介绍了基于FT311D的Android移动设备的USB转外围硬件接口拓展方案，主要内容包括FT311D的硬件特点及其在Android平台下的软件开发方法。

1 FT311D接口芯片

FT311D芯片是由美国FTDI公司研制生产的面向Android移动设备的USB转外部硬件接口解决方案。FT311D芯片直接集成了USB通信协议栈，它分别支持USB转UART、GPIO、PWM、I2C、SPI。FT311D芯片系统功能如图1所示。

当FT311D的外围接口配置为UART串口模式时，该接口作为具有流控制的基本异步串行UART端口使用。FT311D的UART支持的波特率为300～921 600baud。其I2C总线主控端接口可以连接到支持125 kbps的I2C总线从控端接口。另外通用接口GPIO可以配置为提供多路脉冲宽度调制(PWM)输出信号，这些输出可用于控制电机、制动器、传感器、DC/DC转换器或AC/DC电源的PWM信号以及玩具、照明应用、家用电器和工业设备等。

图2为FT311D芯片引脚定义，FT311D系统原理框图如图3所示，主要引脚的功能略——编者注。

FT311D分别支持UART、GPIO、PWM、I2C、SPI硬件接口，具体接口类型由CNFG2、CNFG1和CNFG0引脚决定。接口的类型定义及其对应引脚略——编者注。

2 软件开发

基于Android开发平台的软件开发，FT311D硬件接口应用程序主要包括两部分，即用户层User Layer和接口层Layer，详见图4。

用户层面向高层应用程序开发，程序员不需要过多考虑Android设备与FT311D接口芯片通信的具体细节，只需要借助相应的用户函数即可实现USB转GPIO/UART/I2C/SPI/PWM接口的驱动程序设计。而接口层则具体来执行用户层提供的API函数功能，实现FT311D与Andoid系统间的USB通信功能，涉及具体的通信协议和数据包格式等。FTDI公司提供了用户层和接口层的Java类文件，可以很方便地编译到用户的应用程序中。

3 系统应用开发实例

接下来主要介绍FT311D作为UART串行通信接口时的驱动程序开发方法。在实际开发应用中，基于Android手机开发环境，FT311D硬件串口驱动软件开发的着力点是UART Layer的API函数的正确使用。与图4类似，图5是UART串行通信驱动程序框图。图6为基于FT311D串行口，Android平板电脑与桌面PC串行通信实验实物图。

3.1 FT311-UART Layer

FT311-UART Layer提供了UART接口类的用户API函数。

3.1.1 SetCofig函数

函数SetConfig(int baudRate，byte dataBits，byte stopBits，byte parity，byte flowControl)的功能是设置串行通信帧格式包括通信波特率、停止位、校验位等，在使用串口前，必须先使用该函数来进行正确的设置。

baudRate波特率：最小是300，最大值是921 600，默认值是9 600。

dataBits数据位：7位或8位。

stopBits停止位：1或2位。

Parity校验位：0代表没有校验;1为奇校验;2为偶校验。

flowControl流控：0为没有，1代表有流控。

3.1.2 SendData函数功能

Send Data(byte numBytes，char[]buffer)向FT311DUART串行口发送数据。其中numBytes是发送的字节数，最大值是256;buffer是所发送数据的地址指针。

3.1.3 ReadData函数功能

Read Data(byte numBytes，byte[]buffer，byte[]actualNumBytes)从FT311D UART串行口读取数据。

numBytes是接收的字节数;buffer是所发送数据的地