USB總線接口芯片應用管理論文

時間：2022-06-26 05:29:00

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USB總線接口芯片應用管理論文

摘要：CH371是一種新型usb通用總線接口芯片。利用該芯片可在不了解任何USB協議或固件程序甚至驅動程序的情況下，輕松地將并口或串口產品升級到USB接口。文中介紹了該接口芯片的主要特點和引腳功能，給出了CH371與其它總線進行接口的幾種應用電路，同時給出了CH371與MCS-51單片機的接口程序。

關鍵詞：USB總線接口芯片CH371單片機

1引言

CH371是一種USB總線通用接口芯片。該芯片具有8位數據總線以及讀、寫、片選控制線和中斷輸出，可以方便地掛接到單片機、DSP、MCU等控制器的系統總線上；在計算機系統中，通過CH371的配套軟件可提供簡潔易用的操作接口，從而使其與本地端的單片機通訊就如同讀寫硬盤中的文件一樣簡單。由于CH371屏蔽了USB通訊中的所有協議，因而可在計算機應用層與本地端控制器之間提供端對端的連接。在不需要了解任何USB協議或者固件程序甚于驅動程序的情況下，就可輕松地將并口、串口產品升級到USB接口。

CH371的主要特點如下：

●屏蔽了USB協議，可在計算機應用層與本地端之間實現端對端的連接。

●具有單向數據流和請求加應答兩種通訊模式，并支持偽中斷。

●可自動完成USB配置過程，完全不需要本地端控制器作任何處理。

●采用標準的USB1.1接口，即插即用，D+引腳內置上接電阻。

●內置4個端點，支持USB的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。

●帶有通用Windows驅動程序，可提供設備級接口和應用層接口。

●具有通用本地8位數據總線，可用4線控制讀選通、寫選通、片選輸入和中斷輸出。

●占用16個地址，可選擇直接地址方式或者復用地址方式。

●內置輸入輸出緩沖區，能以中斷方式通知本地端控制器傳輸數據。

●內置I2C主接口，因而應用層可以直接讀寫外掛的I2C從設備。

●在主控方式下可以提供16根據輸入信號線或12根獨立控制的輸出信號線。

●內置上電復位電路，可提供高電平有效復位輸出和低電平有效復位輸出。

●內含可選的看門狗電路Watch-Dog，能為本地端控制器提供監控。

●具有DIP28、SOP28、DIP24、CHIP等多種封裝形式。

2引腳功能

CH371的引腳排列如圖1所示，表1所列是其引腳功能。

表1CH371的引腳功能

28腳封裝

的引腳號24腳封裝

的引腳號引腳名稱類型引腳說明

2824VCC電源電源正端

129GND電源接地

1411XI輸入晶體振蕩輸入端，帶偏置電阻

1310XO輸出晶體振蕩反相輸出端

107D+雙向USBD+數據線，內置上拉電阻可控

118D-雙向USBD-數據線

96OFF輸入用于關閉D+上位電阻，高有效，帶下拉

22151912D7D0雙向8位雙向數據總線，帶上拉，可直接輸入和獨立控制輸出

44RD輸入讀選通輸入，低有效，帶上拉，同時用于看門狗的清除輸入

33WR輸入寫選通輸入，低有效，帶上拉

2723CS輸入片選輸入，低有效，帶下拉

22ALE輸入地址鎖存使能，高有效，帶上拉，在下降沿可鎖存數據總線的復用地址

11INT輸出中斷輸出，傳輸成功，低有效

585部分支持A3A0雙向4位地址輸入線，帶上拉，可直接輸入和獨立控制輸出

2421SCL輸出I2C接口時鐘線

2320SDA雙向I2C接口數據線，開漏輸出，帶上拉

2522RST輸出上電復位和看門狗復位，高有效

26不支持RST輸出上電復位和看門狗復位，低有效

3應用

3.1與USB總線的連接

圖2是CH371與USB總線的接口連接電路，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；將電阻R1和R2串接在CH371與USB總線之間可進行阻抗匹配；晶振X1、電容C1和C2用于CH371芯片的時鐘振蕩電路。CH371芯片的SCL和SDA信號線可以直接連接I2C接口的從設備，如連接24COX器件以用來存儲系統斷電后不能丟失的重要數據，也可以存儲身份識別數據、記費數據等，由于24COX中的數據只有計算機應用層才能夠存取。

3.2與單片機的接口電路

CH371芯片具有通用的被動并行接口，可以直接連接多種單片機、DSP和MCU。圖3所示是CH371與MCS-51系列單片機的接口電路，CH371可通過D7～D0、RD、WR、CS、ALE直接掛接到AT89C51的系統總線上。連接ALE而不連接A3～A0則采用復用地址方式，連接A3～A0而不連接ALE則采用直接地址方式。當采用復用地址方式時，CH371的A3～A0腳空閑，此時可以參考主控方式將A3～A0用于LED驅動或狀態輸入等；當采用直接地址方式時，應該將CH371芯片的ALE引腳懸空或者接高電平，然后通過A3～A0直接輸入地址。該電路中，CH371可向AT89C51提供上電復位信號RST。CH371的中斷輸出INT連接到U2的外部中斷INTO，反相器U5用于簡單的地址譯碼，SRAM器件62256的地址為8000H-FFFFH，CH371的地址為0000H-7FFFH（實際只需要16個地址）。

3.3主控方式應用

圖4是CH371在主控方式下的應用電路。該電路實際是基于CH371的主控方式設計的8通道數據采集器。可以看出：包括CH371在內，該電路只用到了三個集成電路，并且不需要任何單片機、DSP、MCU等控制器。CH371芯片的雙向引腳A3～A0應該設置為輸出，其中A3用于以低電平啟動模數轉換，A2～A0用于選擇采集通道，雙向引腳D7～D0應該設置為輸入，用于輸入采集到的結果，CS、ALE用于輸入采集狀態。實際電路應該采用精確的參考電壓，并添加輔助電路（如電源退耦電容等）。另外，也可以用自帶多通道選擇器的模數轉換芯片來代替U6和U7，如8通道AD芯片MAX158等。

3.4與單片機的接口程序

下面是U2（MCS-51單片機）與U1（CH371）的接口參考程序：

；*********************

；需要主程序定義的參數

；CH371_PAGEEQU00H；CH371所在的頁面地址，地址譯碼后自動片選

；CH371_SYSTEMEQU02H；CH371系統功能設定寄存器的地址偏移

；CH371_CONFIGEQU02H；CH371設備配置信息寄存器的地址偏移

；CH371_INT_SETEQU06H；CH371中斷數據設定寄存器的地址偏移

；CH371_STATUSEQU06H；CH371傳輸狀態信息寄存器的地址偏移

；CH371_LENGTHEQU07H；CH371數據長度寄存器的地址偏移

；CH371_BUFFEREQU08H；CH371O數據緩沖區的起始地址偏移

；SAVE_STATUSDATA29H；保存傳輸狀態信息，根據需要可選

；SAVE_LENGTHDATA2AH；當前數據緩沖區中的長度，用于保存下傳長度

；SAVE_BUFFERDATA30H；數據緩沖區，用于保存接收到的下傳數據

；*********************

；初始化子程序

；USE：ACC,DPTR

CH371_INIT:MOVDPH,#CH371_PAGE

；CH371所在的頁面地址，地址譯碼后自動片選MOVDPL,#CH371_LENGTH；CH371數據長度寄存器的地址偏移

圖3

MOVA,#OFH

MOVX@DPTR,A；置上傳數據長度寄存器為15，暫時沒有數據上傳

CLRA；尚未有數據下傳

MOVSAVE_LENGTH,A；保存下傳數據長度

SETBITO；置外部信號為下降沿觸發

CLRIEO；清中斷標志

SETBPXO；置高優先級

SETBEXO；允許中斷

RET

；上傳數據子程序

；ENTRY:RO指向存放了準備上傳數據的緩沖區，R7準備上傳的數據長度0至8

；USE:ACC,B,R0,R7,DPTR

CH371_UPLOAD:MOVB,R7；將數據長度暫存到B中

MOVDPH,#CH371_PAGE；CH371所在的頁面地址，地址譯碼后自動片選

MOVDPL,#CH371_BUFFER；CH371數據緩沖區的起始地址偏移

MOVA,R7；上傳數據長度

JZCH371_UPLOAD_O；數據長度為0則不必寫入

CH371_UPLOAD_1:MOVA,@RO；讀取一字節的數據

INCRO；指向下一個數據的地址

MOVX@DPTR,A；寫到CH371的上傳數據緩沖區

INCDPL

DJNZR7,CH371_UPLOAD-1；繼續讀取上傳數據直至結束

CH371_UPLOAD_0:MOVDPL,#CH371_LENGTH；CH371數據長度寄存器的地址偏移

MOVA,B

MOVX@DPTR,A；將本次數據的長度置入上傳數據長度寄存器

RET

；中斷服務子程序

；USE：堆棧6字節，工作寄存器組1的RO,R7

CH371_INTER:PUSHPSW；現場保護

CLRIEO；清中斷標志，防止重復執行，對應于INTO中斷

PUSHACC

PUSHDPL

PUSHDPH

SETBRSO；PSW.3,切換至工作寄存器組1

MOVDPH,#CH371_PAGE；CH371所在的頁面地址，地址譯碼后自動片選

MOVDPL,#CH371_STATUS；CH371傳輸狀態信息寄存器的地址偏移

MOVXA,@DPTR；讀取傳輸狀態信息寄存器

MOVSAVE-STATUS,A；保存傳輸狀態

MOVDPL,#CH371_LENGTH；CH371數據長度寄存器的地址偏移

JBACC.0,CH371_INT_UP；傳輸狀態信息寄存器位0為1，則指示上傳完成

；是數據下傳完成中斷

MOVXA,@DPTR；讀取下傳數據長度寄存器

MOVSAVE_LENGTH,A；保持下傳數據長度

JZCH371_INT_RET；下傳數據長度為0，則直接退出中斷

MOVDPL,#CH371_BUFFER；CH371數據緩沖區的起始地址偏移

MOVRO,#SAVE-BUFFER；單片機內部的數據緩沖區，用于存放下傳數據

MOVR7,A；用于讀取數據的計數

CH371_INT_DOWN:MOVXA,@DPTR；讀取一字節的下傳數據

INCDPL；指向下一個數據的地址

MOV@RO,A；保存到數據緩沖區

INCRO

DJNZR7,CH371_INT_DOWN；繼續讀取下傳數據直至結束

SJMPCH371_INT_RET；接收完下傳數據，退出中斷

；是數據上傳完成中斷

CH371_INT_UP:MOVA,#0FH；15

MOVX@DPTR,A；置上傳數據長度寄存器為15，暫時沒有后續數據

CH371_INT_RET:；中斷返回

POPDPH

POPDPL

POPACC

POPPSW；恢復寄存器并選擇工作寄存器組0

RETI；中斷返回

；

；*********************

4結束語

CH371芯片具有通用的被動并行接口，可以直接連接多種單片機、DSP、MCU等。可以預見，CH371將在USB產品設計中大顯身手。