基于CH371的實(shí)用USB接口設(shè)計(jì)

摘要：給出一種基于CH371實(shí)用USB接口的硬件設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn)。該USB接口具有硬件接口簡單、軟件編制容易、勿需了解任何USB協(xié)議或固件程序甚至驅(qū)動(dòng)程序等特點(diǎn)，是一種非常適用于工程應(yīng)用的USB接口。

通用串行總線USB（Universal Serial Bus）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Nerthern Telecom七家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的新一代總線接口標(biāo)準(zhǔn)。作為一種PC機(jī)與外設(shè)之間的高速通信接口，USB具有連接靈活、可熱插拔、一種接口適合多種設(shè)備、速度高（USB1.1協(xié)議支持12Mb/s,USB2.0協(xié)議支持480Mb/s）、自動(dòng)配置、無需定位及運(yùn)行安裝程序、可為外設(shè)提供電源、低功耗、低成本、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，因而在數(shù)碼相機(jī)、便攜式儀器、便攜式存儲(chǔ)設(shè)備等產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。

    但是，USB接口的開發(fā)一般要求設(shè)計(jì)人員對(duì)USB的標(biāo)準(zhǔn)、Firmware(固件)編程及驅(qū)動(dòng)程序的編寫等有較深入的理解，因此限制了一般的硬件工程師對(duì)USB接口產(chǎn)品的開發(fā)使用。我們?cè)诒銛y式無線抄表系統(tǒng)中使用的USB接口芯片CH371，使用簡單、性能卓越，價(jià)格低廉，只要熟悉單片機(jī)編程及簡單的VB或VC應(yīng)用程序編程，一般的硬件工程師在極短的周期內(nèi)就能很容易地開發(fā)出相應(yīng)的USB產(chǎn)品。

1 USB總線的通用接口芯片CH371簡介

CH371是一個(gè)USB總線的通用接口芯片，如圖1所示。在本地端，CH371具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)、DSP等控制器的系統(tǒng)總線上。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CH371的配套軟件提供了簡潔易用的操作接口，與本地端的單片機(jī)通信就如讀寫硬盤中的文件。CH371屏蔽了USB通信中的所有協(xié)議，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用層與本地端控制器之間提供端對(duì)端的連接。使用CH371，不需要了解任何USB協(xié)議或者固件程序，甚至驅(qū)動(dòng)程序，就可以輕松地將并口、串口的產(chǎn)品升級(jí)到USB接口。它具有以下特點(diǎn)：

*屏蔽USB協(xié)議，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用層與本地端之間提供端對(duì)端的連接。

*兩種通信模式：單向數(shù)據(jù)流模式、請(qǐng)求加應(yīng)答模式，支持偽中斷。

*自動(dòng)完成USB配置過程，完全不需要本地端控制器作任何處理。

*標(biāo)準(zhǔn)的USB V1.1接口，即插即用，D+引腳內(nèi)置上拉電阻。

*內(nèi)置4個(gè)端點(diǎn)，支持USB的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。

*通用Windows驅(qū)動(dòng)程序，提供設(shè)備級(jí)接口和應(yīng)用層接口。

圖2

*通用的本地8位數(shù)據(jù)總線，4線控制，即讀選通、寫選通、寫選輸入、中斷輸出。

*占用16個(gè)地址，可選直接地址方式或者復(fù)用地址方式。

*內(nèi)置輸入輸出緩沖區(qū)，以中斷方式通知本地端控制器傳輸數(shù)據(jù)。

*內(nèi)置硬件實(shí)現(xiàn)的I2C主接口，應(yīng)用層可以直接讀寫外掛的I2C從設(shè)備。

*在主控方式下可以提供16根輸入信號(hào)線或者12根獨(dú)立控制的輸出信號(hào)線。

*內(nèi)置上電復(fù)位，提供高電平有效復(fù)位輸出和低電平有效復(fù)位輸出。

*內(nèi)置可選的看門狗電路Watch-Dog，為本地端控制器提供監(jiān)控。

2 基于CH371 USB接口的硬件設(shè)計(jì)

圖2給出的是CH371與MCU的硬件接口簡圖。對(duì)MCU AT89C52的硬件連接比較簡單，主要是在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如晶振的選擇連接以及復(fù)位電路等，沒有什么特殊的要求，而CH371的復(fù)位完全可以采用單片機(jī)復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)。帶I2C接口的串行EEPROM 24C01的作用是存儲(chǔ)產(chǎn)品的VID、PID、設(shè)備序列號(hào)等信息，只要地址不相同，就可以掛接多片帶I2C接口的外圍芯片，用戶可以利用提供的動(dòng)態(tài)連接庫的函數(shù)，非常方便地完成對(duì)串地EEPROM的讀出和寫入。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，也可以沒有EEPROM，CH371將使用默認(rèn)的VID、PID、產(chǎn)品描述符和電源描述符，并且沒有設(shè)備的序列號(hào)。

需要注意的是：最好在USB連接器的1和4之間跨接1個(gè)100μF的電解電容和1個(gè)0.1μF的獨(dú)石或瓷片電容；12MHz晶振的外殼最好接地；阻抗匹配電阻為80Ω～150Ω。

3 信息傳輸軟件實(shí)現(xiàn)流程

下位機(jī)數(shù)據(jù)上傳子程序流程簡圖如圖3所示。

下位機(jī)中斷服務(wù)程序流程如圖4所示。

    對(duì)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用層的程序，在計(jì)算機(jī)上裝載WINCHIPHEAD提供的CH371的通用驅(qū)動(dòng)程序后，不必再考慮USB通信協(xié)議、固件程序、驅(qū)動(dòng)程序、自動(dòng)配置過程和底層數(shù)據(jù)傳輸過程。只需要根據(jù)提供的動(dòng)態(tài)連接庫的接口函數(shù)，用VB或VC編制自己的應(yīng)用程序即可。

結(jié)語

從目前實(shí)際應(yīng)用來看，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的。尤其是基于CH371的USB接口，具有硬件設(shè)計(jì)簡單、軟件編程容易、成本低、傳輸速率快、可靠性高等特點(diǎn)。相信基于CH371的USB接口新產(chǎn)品將會(huì)越來越多。