Adaptadora para Puerto Serial desde Puerto USB
putadoras modernas, sobre todo las notebooks, no poseen puerto cual es un problema a la hora de poner en práctica muchos de los atados en Saber Electrónica, para el comando de PLCs, sistemas de tc, En esta nota presentamos el montaje de una placa adaptadora 32 que convierte las señales USB a la norma RS232. Se trata de un vo fácil de usar que emplea el circuito integrado FT232BM, de la Future Technology Devices que permite “agregar” un puerto serial ad reemplaza a un puerto USB) a una computadora, pudiéndose n la mayoría de los sistemas operativos más difundidos (fue probada ows y Linux). La principal característica radica en que es posible nar” el puerto COM asociado al puerto USB donde se ha colocado ptador, permitiendo así, la conexión de PLCs, nuestra caja de trabajo ara telefonía celular.
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lo to Integrado FT232BM USB UART (USB-Serial) BM es la 2ª generación del circuito integrado USB UART de FTDI. Este o no sólo agrega funcionalidad extra a su predecesor FT8U232AM y cantidad de componentes externos, sino que también mantiene un alto compatibilidad de patas con el original, haciéndolo fácil de mejorar o stos de los diseños existentes así como aumentar el potencial para usar el o en nuevas áreas de aplicación. Para los más entendidos, a continuación s las principales características de este circuito integrado, que fueron de la información brindada por el fabricante.
ísticas del Hardware rencia USB <=>Asincrónica de Datos en Serie, en un solo chip s Completas de Protocolo y de Interfaz con Modem /F soporta datos de 7/8 bits, 1-2 bits de detención y paridad r/guión/espacio/ninguna ad de datos 300 = > 3M Baud (TTL) ad de datos 300 = > 1M Baud (RS232) ad de datos 300 = > 3M Baud (RS422/RS485) Almacenamiento temporario) de recepción de 384 bytes / buffer de ón de 128 bytes para una alta generación de datos de exclusión ajustable del buffer RX re plenamente asistido o Protocolo X-encendido/X-apagado te incorporado para caracteres de eventos y condición de ruptura de línea l automático del buffer de transmisión para RS485 te para la Suspensión/Reactivac Suspensión/Reactivación ión de USB a través de las patas SLEEP# te para dispositivos de alta potencia alimentados por el Bus USB a través PWREN# rsor de nivel integrado en UART y señales de control para “comunicar” con de 5V y de 3,3V ador integrado de 3,3V para USB IO o integrado de reinicialización de encendido licador integrado PLL de reloj de 6MHz-48MHz s de transferencia de datos isocrónico o masivo USB namiento con fuente de alimentación única de 4,35V a 5,25V atibilidad con controlador anfitrión UHCI/OHCI/EHCI atibilidad con USB 1.1 y USB 2.0
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ID, PID, Número Serie y cadenas de descripción de Producto en externa OM programable a través de USB sulado compacto de 32 patas ara Puerto Virtual COM (VCP) sa provee drivers para “manejar” a este circuito integrado con los s sistemas operativos: 98 y Windows 98 SE 2000/ME/XP CE 4.2 8 y OS-9 X 0 y superior rivers Directos USB + Interfaz DLL S/W) para 98 y Windows 98 SE 2000/ME/XP CE 4.2 y superior Aplicación res USB <=> RS232 res USB <=> RS422/RS485 e Periféricos RS232 hacia USB s y cables USB de transferencia de datos de teléfonos celulares e cos e diseños basados en MCU (Unidad microcontroladora) a USB ncia de datos de video de banda angosta y de audio USB ncia de datos PDA <=>USB inteligentes USB de tarjetas SB - PC Set Top Box USB inalámbricos USB ntación USB USB de Código de Barras
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Conseguidas en el FT232BM ación resumimos las mejoras del dispositivo de 2ª generación comparado edecesor FT8U232AM:
integrado de Reinicia-lización de Encendido (POR) itivo ahora incorpora una función interna POR. La pata existente RESET# ne a fin de permitir que la lógica externa reinicialice el dispositivo donde se sin embargo, para muchas aplicaciones esta pata simplemente se puede a Vcc. Además, se provee una nueva pata de salida de reinicialización #) a fin de permitir que el nuevo circuito POR provea una reinicialización un MCU externo y otros dispositivos. RSTOUT# era la pata TEST en la n anterior de di spositivos. integrado RCCLK positivos anteriores, se requería un circuito externo RC para asegurar que cia del oscilador y la del multiplicador PLL de reloj fueran estables antes ar el reloj interno del dispositivo. Este circuito ahora está incorporado en el y la pata asignada a esta función ahora se designa como pata TEST y ectarse a GND para la operación normal. or integrado de nivel para las señales de control y de interfaz de la sitivos anteriores excitaban a la UART y a las señales de control con gicos CMOS de 5V. El nuevo dispositivo tiene una pata separada VCC-IO do que el dispositivo interfase con 3,3V y otras familias lógicas sin
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d de circuitos integrados externos de conversores de nivel. ejorado de adminis-tración de potencia para dispositivos de alta alimentados por el bus USB sitivos anteriores tenían una pata USBEN que se volvía activa cuando el o era enumerado por USB. Para proveer el control de potencia, esta señal ser disparada externamente con SLEEP# y RESET#. aro ahora se hace en el integrado. USBEN ha sido reemplazada por la ñal PWREN# que se puede usar para activar directamente un transistor o de canal P en aplicaciones donde se requiere conmutación de potencia de externos. Una nueva opción basada en EEPROM hace que el dispositivo emente sus líneas de interfaz de la UART cuando se apaga la ión (PWREN# está en ALTO). En este modo, cualquier tensión residual o externo pasa a tierra cuando se quita la alimentación, asegurando de ra que el circuito externo controlado por PWREN# se reinicialice mente cuando se restablece la alimentación. e inferior de suspensión ación de RCCLK dentro del dispositivo y l as mejoras del diseño interno la corriente de suspensión de la FT232BM por debajo de 200µA do el pull-up de USBDP) en el modo de suspensión de USB. Esto permite argen para que los periféricos satisfagan el límite de corriente de ón de USB de 500µA. para transferencias isócronas de USB que la transferencia masiva de USB usualmente es la mejor elección para rencia de datos, el tiempo programado de los datos no está garantizado. caciones donde la permanencia de la programación tiene prioridad sobre la de los datos, como transferencia de audio y datos de video de banda el nuevo dispositivo ofrece ahora una opción de transferencia isócrona de iante un bit de opción en la EEPROM. e exclusión programable del buffer de recepción ositivo anterior, el tiempo de exclusión del buffer de recepción usado para remanentes del buffer de recepción estaba fijado en 16ms. Este tiempo de ahora es programable en USB en incrementos de 1ms desde 1ms hasta ermitiendo así que el di spositivo sea mejor optimizado para protocolos que tiempos de respuesta más rápidos a partir de paquetes cortos de datos. de la temporización de TXDEN temporización de TXDEN ha sido fijada para eliminar el retardo externo riormente se requería para aplicaciones de RS485 a altas velocidades de ón. TXDEN ahora funciona correctamente durante una condición de e la transmisión. le relajado de VCC un nivel de desacople de VCC dentro del integrado. Aunque esto no necesidad de capacitores externos de desacople, mejora mucho la de los requerimientos de diseño de la plaqueta de circuito impreso para r las especificaciones de la FCC, CE y otras relacionadas con la EMI. idad mejorada del prescalador n anterior del prescaler soportaba la división por (n + 0), (n + 0,125), (n + + 0,5) donde n es un entero entre 2 y 16384 (2 elevado a la 14). A esto se ado (n + 0,375), (n + 0,625), (n + 0,75) y (n + 0,875) que se pueden usar orar la exactitud de algunas velocidades de transmisión y generar nuevas s eran imposibles (especialmente las mayores). t Bang” ositivo tiene una nueva opción llamada modo “bit bang”. En este modo, las e control de interfaz de la UART se pueden conmutar entre el modo de e la UART y un puerto de entrada/salida paralelo de 8 bits. Los paquetes se pueden enviar al dispositivo y se enviarán secuencialmente a la interfaz ocidad controlada por la posición del prescaler. Además de permitir que el o se use independientemente como controlador de E/S de propósito controlando, por ejemplo, luces, relés y llaves, existen otras posibilidades
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FIGURA 6 tes. Por ejemplo, el dispositivo se puede conectar a un FPGA configurable tal como lo suministran empresas como Altera y Xilinx. El dispositivo rmalmente no está configurado (o sea, no tiene una función definida) al la alimentación. re de aplicación de la PC podría usar el modo bit bang para descargar configuración para el FPGA que definirían su función de hardware y, que el FPGA se configure, la FT232BM puede volver al modo de interfaz T para permitir que el dispositivo FPGA programado se comunique con la és de USB. Este método permite que un usuario cree un periférico USB ” cuya función de hardware se puede definir bajo control del software de n. are basado en el FPGA se puede mejorar fácilmente o cambiar totalmente nte cambiando el archivo de datos de configuración del FPGA. FTDI notas de aplicación, software y módulos de desarrollo para esta área de n. de división por 1 del prescalador itivo anterior tenía un problema cuando la parte entera del divisor se ponía la versión actual, si se pone el valor del prescaler en 1 da una velocidad de ón de 2 millones de baudios y poniéndolo en 0 da una velocidad de 3 de baudios. No se soporta la división no entera con valores del divisor 1. omponentes externos de soporte de eliminar la red RCCLK RC, y para la mayoría de las aplicaciones la d de un circuito de externo de reinicialización, también hemos eliminado el iento de un pull-up de 100kž en EECS para seleccionar la operación de uando la FT232BM se usa sin la EEPROM de configuración, EECS, EESK A se pueden dejar ahora sin conectar. Para circuitos que requieren un po de reinicialización (donde el circuito se reinicializa externamente n circuito integrado generador de reinicialización o la reinicialización se ediante el puerto de E/S de un MCU, FPGA o ASIC) ya no se requiere un ansistorizado externo dado que el resistor de pull-up de 1,5kž en USBDP conectar a la pata RSTOUT# en vez de a 3,3V. TOUT# excita con 3,3V, no con Vcc de 5V. Esta es la configuración para los nuevos diseños.
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con EEPROM extendida ación anterior de dispositivos sólo soportaba la EEPROM del tipo 93C46 bits). Los nuevos dispositivos también trabajarán con EEPROM del tipo 28 x 16 bits) y 93C66 (256 x 16 bits). El espacio extra no es usado por el o; sin embargo, está disponible para que lo use otra MCU/circuito lógico la FT232BM se mantiene en reinicialización. (opción de plena velocidad) a opción basada en EEPROM permite que la FT232BM devuelva un r de dispositivo USB 2.0 a diferencia de uno USB 1.1. ispositivo debe ser uno USB 2.0 Full Speed (Plena Velocidad) (12 Mb/s) a de uno USB 2.0 High Speed (Alta Velocidad) (480 Mb/s). múltiple de dispositivo sin EEPROM o se conecta ninguna EEPROM al dispositivo (o una EEPROM en blanco ), la FT232BM ya no da un número de serie como parte de su descriptor Esto permite que se conecten múltiples dispositivos simultáneamente a la C. Sin embargo, todavía recomendamos mucho que se use la EEPROM sin números de serie, un dispositivo sólo se puede identificar por el puerto el árbol USB al que está conectado, el cual puede cambiar si el usuario nchufa el dispositivo en un puerto diferente.
a en Bloques (simplificado) del FT232BM ra 1 se puede observar el diagrama en bloques simplificado del circuito FT232BM, la descripción de los bloques más importantes es la siguiente: or de 3,3V dor LDO genera una tensión de referencia de 3,3V para excitar los buffers de la célula del transceptor USB. Requiere un capacitor externo de e que hay que conectar a la pata de salida del regulador 3V3OUT. provee potencia de salida de 3,3V a la pata RSTOUT#. La función de este bloque es alimentar el Transceptor USB y las Células del or de Reinicialización en vez de ali mentar un circuito lógico externo. Sin , los circuitos externos que requieren 3,3V con una corriente no mayor de bién podrían tomar su potencia de la pata 3V3OUT si se requiere. tor USB del transceptor USB provee la interfaz física USB 1.1 /USB 2.0 de plena al cable USB. Los excitadores de salida proveen señalización de control dad de crecimiento de nivel 3,3V, mientras que un receptor diferencial y 2 s de una sola terminación proveen datos de entrada USB, SEO y de condición de Reinicialización USB. L USB DPLL se engancha con los datos entrantes NRZI USB y provee el perado y señales de datos separadamente al bloque SIE. r de 6MHz del oscilador de 6MHz genera una entrada de reloj de referencia de 6MHz icador de reloj x8 a partir de un cristal externo de 6MHz o resonador . ador de reloj x8 icador de reloj x8 toma la entrada de 6MHz de la célula del oscilador y n reloj de referencia de 12MHz para los bloques SIE, Máquina de Protocolo
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controlador de UART FIFO. También genera un reloj de referencia de ara los bloques USB DPPL y el Generador de Velocidad de Transmisión. de Interfaz Serie (SIE) ina de Interfaz Serie (SIE) realiza la conversión Paralelo a Serie y Serie a de los datos USB. De acuerdo con la especificación USB 2.0, realiza el s-relleno de bits y la generación/verificación de la corriente de datos USB. de Protocolo USB ina de Protocolo USB administra la corriente de datos desde el extremo ontrol del dispositivo USB. Maneja los pedidos de protocolo USB de bajo erados por el controlador anfitrión USB y los comandos para controlar los os funcionales de la UART. de Doble Puerto (128 bytes) del extremo de salida USB se almacenan en el buffer TX de doble puerto s del buffer al registro de transmisión de la UART bajo control del or de UART FIFO.
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de Doble Puerto (384 bytes) del registro de recepción de la UART se almacenan en el buffer RX de rto antes de ser quitados por la SIE por un pedido de USB de datos en el inal de datos del dispositivo. dor de UART FIFO rolador maneja la transferencia de datos entre los buffers RX y TX de rto y los registros de transmisión y recepción de la UART.
realiza la conversión asincrónica paralela a serie y serie a paralela de 7/8 s datos en la interfaz RS232 (RS422 y RS485). Las señales de control as por la UART incluyen RTS, CTS, DSR, DTR, DCD y RI. La UART na señal de control de habilitación del transmisor (TXDEN) para ayudar en con transceptores RS485. La UART soporta opciones de protocolo , DSR/DTR y X-On/X-Off. El protocolo se maneja por hardware (donde se para asegurar tiempos de respuesta rápidos. La UART también soporta la BREAK de RS232 y las condiciones de detección. or de velocidad de transmisión erador provee una entrada de reloj x16 a la UART a partir de un reloj de a de 48MHz y consta de un prescaler de 14 bits y 3 registros que proveen ina de la velocidad de transmisión (usada para dividir por un número + una . Esto determina la Velocidad de Transmisión de la UART que es ble desde 183 baudios hasta 3 millones de baudios. or de RESET la provee una reinicialización de encendido confiable al circuito interno del o. Se provee una entrada RESET# y una salida RSTOUT# adicional para ue otros dispositivos reinicialicen la FT232BM o que la FT232BM e otros dispositivos respectivamente. Durante la reinicialización, RSTOUT# n estado bajo; de lo contrario, excita con nivel de 3,3V provisto por el r de la plaqueta. usar RSTOUT# para controlar directamente el pull-up de 1,5K en USBDP requiere una enumeración demorada de USB. También se puede usar icializar otros dispositivos. RSTOUT# permanecerá en alta impedancia proximadamente 5 ms después que Vcc ha subido por encima de 3,5V Y or está funcionando Y RESET# está en estado alto.RESET# debe e a Vcc a menos que sea un requerimiento reinicializar el dispositivo lógica externa o un C.I. externo generador de reinicialización. e EEPROM T232BM trabajará sin la EEPROM opcional, se puede usar una EEPROM 3C46 (93C56 o 93C66) para adaptar a medida el USB VID, PID, Número Cadenas de Descripción del Producto y el valor del Descriptor de Potencia 32BM para aplicaciones de OEM. Otros parámetros controlados por la
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FIGURA 12 incluyen Despertar Remoto, Modo de Transferencia Isócrono, Descenso Tensión en el Apagado y modos del descriptor USB 2.0 .La EEPROM de una configuración de 16 bits de ancho tal como MicroChip 93LC46B o te capaz de una frecuencia de reloj de 1Mb/s con Vcc = 4,35V a 5,25V. La se programa en la plaqueta a través de USB usando una utilidad e de la página de internet de FTDI (www.ftdichip.com). Esto permite que se a parte en blanco en la plaqueta y se programe como parte del proceso de fabricación. conecta ninguna EEPROM (o la EEPROM está en blanco), FT232BM VID, Descripción de Producto PID y el valor del Descriptor de Potencia por corporados. En este caso, el dispositivo no tendrá un número de serie te del descriptor de USB. inales del FT232BM ra 2 podemos ver un grafico ampliado del encapsulado FT232BM y de su de patas. En la tabla 1 se describe brevemente la función de cada pata. ra 3 se pueden apreciar las dimensiones del FT232BM en encapsulado
ación del Oscilador 4 muestra cómo usar la FT232BM con un resonador de cerámica de 3 tiene el capacitor de carga incorporado, de modo que no se requieren es externos de carga y representa una configuración económica. La es +/- 0,1 % y está especialmente diseñado para aplicaciones USB de ocidad. Se recomienda un capacitor de carga de 1Mohm a través de XTIN a fin de garantizar este nivel de exactitud. La figura 5 ilustra cómo usar la con un cristal de 6MHz o resonador cerámico de 2 patas. aso, estos dispositivos no tienen capacitores de carga incorporados de e tienen que agregarse entre XTIN, XTOUT y GND como se muestra. En el e muestra un valor de 27pF que es bueno para muchos cristales y algunos res, pero seleccione el valor recomendado por el fabricante donde sea i usa un cristal, use el tipo de corte paralelo. ación de la EEPROM 6 muestra cómo conectar la FT232BM a la EEPROM 93C46 (93C56 o ECS (pata 32) se conecta directamente a la pata de selección del (CS) de la EEPROM. EESK (pata 1) se conecta directamente a la pata de de la EEPROM. EEDATA (pata 2) se conecta directamente a la pata de entrada (Din) de la EEPROM. Existe una condición potencial en la cual a Output (Dout) de la EEPROM como la pata EEDATA del FT232BM ntregar datos al mismo tiempo. Para evitar un choque de datos potencial ituación, Dout de la EPROM se conecta a EEDATA de la FT232BM a un resistor de 2,2kž. una reinicialización de encendido o una reinicialización de USB, el explorará la EEPROM para descubrir (a) si una EEPROM está conectada itivo y (b) si el dato del dispositivo es válido. Si es así, entonces la usará el dato en la EEPROM; de lo contrario, usará los valores por corporados. Cuando se emite un comando válido a la EEPROM desde la , la EEPROM reconocerá el comando poniendo su pata Dout en estado n de verificar esta condición, es necesario poner Dout en alto usando un e 10kž. Si no ocurre el reconocimiento del comando, entonces EEDATA se n alto mediante el resistor de 10kž durante esta parte del ciclo y el o detectará un comando inválido o ninguna EEPROM presente. riedades de EEPROM en el mercado: una es de 16 bits de ancho y la otra its de ancho. La FT232BM requiere EEPROMs de 16 bits de ancho tal ispositivo MicroChip 93LC46B. La EEPROM debe ser capaz de leer datos ocidad de reloj de 1Mb con una fuente de alimentación de 4,35V a 5,25V. ía de los componentes disponibles son capaces de esto. la hoja de datos de los fabricantes para descubrir cómo conectar las patas a EEPROM. En algunos dispositivos no hay que conectarlas y en otros se
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FIGURA 14 ara seleccionar el modo de 8/16 bits o para funciones de prueba. Algunos ntes tienen la distribución de las patas girada 90º de manera que e el componente requerido y sus opciones cuidadosamente. e compartir la EEPROM entre la FT232BM y otro dispositivo externo tal MCU. Sin embargo, esto sólo se puede hacer cuando la FT232BM está en ión de reinicialización, dado que en ese momento está en el estado “tritado de alta impedancia) con su interfaz. iguración típica usaría 4 bits de un puerto de E/S del MCU. Un bit se usaría tener la reinicialización de la FT232BM (usando RESET#) en el encendido s 3 se conectarían a las patas EECS, EESK, y EEDATA de la FT232BM a r/escribir datos en la EEPROM en ese momento. Una vez que el MCU ha rito la EEPROM, pondría RESET# en alto para permitir que la FT232BM se gure y enumere a través de USB.
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Tarjeta Adaptadora para Puerto Serial desde Puerto USB Página 3 Configuración Alimentada por Bus USB Un dispositivo alimentado por el bus USB obtiene su potencia del propio bus USB (figura 7). Las reglas básicas para dichos dispositivos son las siguientes: a. Al enchufar, el dispositivo no debe extraer más de 100mA. b. Al suspender USB, el dispositivo no debe extraer más de 500µA. c. Un dispositivo de alta potencia alimentado por bus (uno que extrae más de 100mA) debe usar la pata PWREN# para mantener la corriente debajo de 100mA al enchufar (conectar) y 500 uA al suspender USB. d. Un dispositivo que consume más de 100mA no debe enchufarse a un hub alimentado por el bus USB. e. Ningún dispositivo puede extraer más de 500mA del bus USB. PWRCTL (pata 14) se pone en estado bajo para decirle al dispositivo que use un descriptor de potencia del bus USB. El descriptor de potencia de la EEPROM debe programarse para que coincida con la corriente extraída por el dispositivo. Se conecta una cuenta de ferrita en serie con la alimentación USB para evitar que se irradie ruido del dispositivo y circuito asociado (EMI) por el cable USB al anfitrión. El valor de la cuenta de ferrita depende de la cuenta total requerida por el circuito. Configuración del FT232BM con Alimentación Externa En la figura 8 se muestra el circuito del FT232BM cuando se lo alimenta con una fuente externa. Las principales características de esta configuración son las siguientes: a. Un dispositivo autoalimentado no debe forzar corriente por el bus USB cuando el Anfitrión USB o Controlador de Hub esté apagado. b. Un dispositivo autoalimentado puede tomar tanta corriente como necesite durante la operación normal y la suspensión de USB dado que tiene su propia fuente de alimentación. c. Un dispositivo autoalimentado puede usarse con cualquier Anfitrión USB y Hubs alimentados por el bus USB y autoalimentados.
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PWRCTL (pata 14) debe ponerse alta para decirle al dispositivo que use el descriptor de potencia del bus USB. El descriptor de potencia de l a EEPROM debe programarse en cero. Para satisfacer el requerimiento (a), el resistor de pull-up de 1,5kž en USBDP se conecta a RSTOUT# . Sin embargo, la potencia del bus USB se usa para controlar la pata RESET# de la FT232BM. Cuando el Anfitrión USB o Hub está encendido, RSTOUT# conectará el resistor de 1,5kž en USBDP a 3,3V, identificando así al dispositivo como de velocidad plena para USB. Cuando el Anfitrión USB o Hub están apagados, RESET# pasará a bajo y el dispositivo se mantendrá en reinicialización. Si RESET# está en estado bajo, RSTOUT# también, de modo que no se forzará ninguna corriente por USBDP a través del resistor de pull-up de 1,5kž cuando el anfitrión o el hub están apagados. Si esto no ocurre, puede pasar que algun anfitrión USB o controlador de hub se encienda erráticamente. Nota: cuando la FT232BM está en reinicialización, las patas de la interfaz de la UART pasarán todas al estado “tri-state”. Estas patas tienen resistores internos de pull-up de 200kž conectadas a VCCIO, de modo que suavemente pasarán a alto a menos que sean excitadas por algún circuito lógico externo. Conversor USB a RS232/RS422 La figura 9 muestra cómo conectar la interfaz de la UART de la FT232BM a un circuito integrado Conversor de Nivel RS232 para formar un conversor USB<=>RS232 usando la serie popular “213” de conversores de nivel TTL a RS232. Estos dispositivos tienen 4 transmisores y 5 receptores en un envase de 28
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