Преобразователь USB в последовательный порт является основой точного USB-датчика температуры.
Настоящая идея конструкции представляет простую, точную и надежную конструкцию для измерения температуры, использующую USB-порт. На рис.1 показана полная схема устройства измерения температуры. Основой датчика является FT232RQ, преобразователь USB в последовательный порт компании FTDI (Future Technology Devices International). Кроме возможности использования FT232 в режиме обычного UART, FT232 может работать и в так называемом bit-bang (управления битами) режиме. В этом режиме линии ввода-вывода работают как двунаправленные шины данных, которые полностью контролирует пользователь. Подключение к шине USB происходит по стандартной схеме, а с другой стороны микросхемы к ней подключен AD7814, цифровой датчик температуры компании Analog Devices. Датчик температуры использует только три вывода: SCK (тактовый сигнал), SS# (выбор ведомого), и SDO (вывод последовательных данных) из четырех сигналов SPI шины. Для исключения сбоев в работе датчика температуры, его сигнал SDI (ввод последовательных данных) должен быть заземлен. FT232 работает как мастер SPI шины, эмулируя протокол для AD7814, устанавливая и сбрасывая соответствующие выводы порта для сигналов SS# и SCK. Данные, поступающие с датчика, считываются вместе со всеми другими линиями шины. Процесс чтения данных происходит одновременно с процессом записи. Для соответствия спецификации шины USB, необходимо отключать питание датчика температуры, используя сигнал «sleep», когда шина USB неактивна. Микросхема датчика получает питание через USB и потребляет всего лишь около 20 мА. В программном обеспечении необходимо всего лишь открыть микросхему и переключить ее в режим управления битами. После этого, можно выдавать фиксированную последовательность байтов данных для эмуляции работы мастера SPI шины с ведушего ПК в FT232 (рис.2). Программа получает обратно данные о состояния портов и ПК и FT232, в зависимости от включения линий на ввод или вывод. Так как микросхема FT232 имеет уникальный серийный номер, можно идентифицировать нужное устройство при подключении к порту нескольких датчиков. Таким образом,есть возможность обработать одним ПК несколько датчиков. Основа данной конструкции не ограничивается измерением температуры. Можно использовать датчики других величин имеющих цифровой интерфейс.
Для получения текущего значения температуры, необходимо записать 35 фиксированных байт в порт регистра. Датчик ожидает 16 тактовых импульсов на линии SCK, в то время когда сигнал на линии SS# равен логическому нулю. Тактовая частота составляет 1 МГц. Устройство считывает данные с датчика во время операции записи. После того, как реализация протокола со стороны датчика будет закончена, можно получить данные с ведущего ПК для дальнейшей обработки. Кроме выдачи 10 бит выходных данных датчик формирует дополнительные избыточные данные (рис.2). Пунктирной линией отмечены байты которые не требуют дополнительной обработки.
Данная идея конструкции реализована в виде двух двухслойных PCB (печатных плат) с размерами всего 18 × 12 мм и 7,6 × 30,5 мм. На рис.3 они показаны в сравнении с размером стандартной USB-вилки тип А.
