基于CH371的實(shí)用USB接口硬件設(shè)計(jì)

1、基于CH371的實(shí)用USB接口硬件設(shè)計(jì)浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 徐瑞華現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有很多新的接口總線標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展迅速而且在業(yè)界比較流行的有三種：IEEE1394、藍(lán)牙和USB。其中的通用串行總線USB(Universal Serial Bus)是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern 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

2、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)。被廣泛的應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備。 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)谠O(shè)計(jì)無人值守變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)就碰到了這一困難。由于設(shè)計(jì)時(shí)間緊湊，因此，如果要在短時(shí)間內(nèi)全面掌握USB的通信協(xié)議和有關(guān)運(yùn)行機(jī)制是根本不可能的。USB接口芯片CH371為我們解決了這一難題。CH371使用簡(jiǎn)單、性能卓越，價(jià)格低廉，只要熟悉單片機(jī)編程及簡(jiǎn)單的VB或VC應(yīng)用程序編程，一般的

3、硬件工程師就能在很短的時(shí)間內(nèi)完成USB產(chǎn)品開發(fā)。1 CH371簡(jiǎn)介CH371是一個(gè)USB總線的通用接口芯片。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、MCU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(jiǎn)潔易用的操作接口，與本地端的單片機(jī)通訊就如同讀寫硬盤中的文件。CH371屏蔽了USB通訊中的所有協(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?；贑H371，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。歸納起來，其具有以下特點(diǎn)： 屏蔽USB協(xié)議，在計(jì)算機(jī)應(yīng)

4、用層與本地端之間提供端對(duì)端的連接。 兩種通訊模式：?jiǎn)蜗驍?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。 通用的本地8位數(shù)據(jù)總線，4線控制：讀選通、寫選通、片選輸入、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

5、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。 可選多種封裝：DIP28、SOP28、DIP24、CHIP。 底層協(xié)議說明以及整體方案請(qǐng)索取相關(guān)資料（需簽署技術(shù)保密協(xié)議）。2基于CH371的USB接口設(shè)計(jì)圖1給出了CH371芯片連接USB總線的標(biāo)準(zhǔn)電路，CH371芯片可以直接使用USB 總線的5V電源。電容C3和C4用于電源退耦；電阻R1和R2串接于CH371芯片與USB總線之間，用于阻抗匹配；晶振X1、電容C1和C2用于CH371芯片的時(shí)鐘振蕩電路。CH371芯

6、片的SCL和SDA信號(hào)線可以直接連接I2C 接口的從設(shè)備。例如，連接24C0X器件，用于存儲(chǔ)在系統(tǒng)斷電后不能丟失的重要數(shù)據(jù)，或者存儲(chǔ)身份識(shí)別數(shù)據(jù)、記費(fèi)數(shù)據(jù)等，CH371的I2C接口與并行接口之間獨(dú)立，所以24C0X中的數(shù)據(jù)只有計(jì)算機(jī)應(yīng)用層能夠存取。圖 1CH371芯片具有通用的被動(dòng)并行接口，可以直接連接多種單片機(jī)、DSP、MCU等。圖2給出了常用的MCS-51系列的應(yīng)用電路，CH371芯片可以通過D7D0、-RD、-WR、-CS、ALE直接掛接到單片機(jī)的系統(tǒng)總線上。連接ALE而不連接A3A0則采用復(fù)用地址方式，連接A3A0而不連接ALE則采用直接地址方式。當(dāng)采用復(fù)用地址方式時(shí)，CH371芯片的

7、A3A0引腳空閑，將A3A0用于LED驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)輸入等；當(dāng)采用直接地址方式時(shí)，應(yīng)該將CH371芯片的ALE引腳懸空或者接高電平，然后通過A3A0直接輸入地址。該電路中CH371芯片向單片機(jī)提供了上電復(fù)位信號(hào)RST，中斷輸出-INT連接到單片機(jī)的外部中斷INT0，反相器用于簡(jiǎn)單的地址譯碼，SRAM器件62256的地址為8000H-FFFFH，CH371芯片的地址為0000H-7FFFH（實(shí)際只需要16個(gè)地址）。圖 2在我們?cè)O(shè)計(jì)的無人值守變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中由于電路比較大，因此，考慮到CPU管腳的資源問題，采用了串口和并口并用的方法。將兩個(gè)164串起來，其中一個(gè)164的A、B口連接到CPU的P2.0上

8、，將時(shí)鐘引腳接到P2.1上，這樣就只要占用CPU的兩個(gè)腳就能完成6264的13位地址。具體原理圖見圖3所示。圖 3在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的時(shí)候，由于考慮CPU接口資源問題，我們?cè)?jīng)也考慮過用三片373進(jìn)行分步鎖存，兩片串聯(lián)，再與另一片并聯(lián)到P0口上，這樣先從P0口上輸出低位地址，在第一片上進(jìn)行鎖存，然后再在P0口上輸出高位地址。使得在并聯(lián)片上進(jìn)行鎖存，與此同時(shí)，與第一片串聯(lián)的那片373對(duì)剛才第一片鎖寸的低位地址進(jìn)行二次鎖寸，這樣，6264的13位地址就全部被同時(shí)送到地址口上了。但是由于這樣設(shè)計(jì)的話整個(gè)電路結(jié)構(gòu)就顯得比較復(fù)雜，所以沒有采用。在此只作一種設(shè)計(jì)思路，望同行提出寶貴意見！總結(jié)從目前實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果來看，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的?；贑H37