一种新型的USB通信技术研究

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       通用串行总线(Universal Serial Bus,简称USB)是在1995年被提出来的,并由Compaq,Digital Equipment Corp(现属于Compaq),IBM,Intel,Microsoft,NEC和Northern Telecom等7家公司定义和推广。由于USB技术具有易于使用、热插拔、速度快、功耗低等特点,使得USB通信技术得到广泛应用。基于此,本文提出了一种基于CH372芯片的USB通信技术,可实现单片机与计算机之间的USB通讯。

  1 CH372简介

  USB接口芯片种类繁多,基本上可分为两类:一类是内带有CPU通用功能的USB接口芯片,另一类是内部不带集成CPU的纯粹的USB接口芯片。CH371、CH372、CH375芯片系列就是后者。本研究中,由于USB接口仅用于读写等数据传送功能,且数据处理及信号转换部分还需单片机控制,因此选用纯粹的USB接口芯片CH372与AT89C52单片机配合实现。在单片机端,CH372具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出,可以方便挂接到单片机/DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上;在计算机端,CH372的配套软件提供了简洁易用的操作接口,与本地端的单片机通信就如同读写文件一样便捷。

  CH372芯片与普通的通用串口芯片相比有以下优点:

  1)全速设备接口,兼容USB2.0,即插即用,外围元器件只需晶体和电容即可;

  2)提供一对主端点和一对辅助端点,支持控制传输、批量传输、中断传输;

  3)具有省事的内置固件模式和灵活的外部固件模式,内置固件模式下屏蔽了相关的USB协议,自动完成标准的USB枚举配置过程,完全不需要本地端控制器做任何处理,简化了单片机的固件编程;

  4)通用Windows驱动程序提供设备接口,通过DLL提供API应用层接口;

  5)通用的本地8位数据总线,4线控制:读选通、写选通、片选输入、中断输出;

  6)主端点上传下传缓冲区各64字节,辅助端点上传下传缓冲区各8字节。

  2 系统硬件电路设计

  CH372芯片在本地端提供了通用的被动并行接口,包括:8位双向数据总线D7~D0、读选通输入引脚RD#、写选通输入引脚WR#、片选输入引脚CS#、中断输出引脚INT#以及地址输入引脚A0。通过被动并行接口,CH372可以很方便地连接到各种8位单片机、DSP、MCU芯片上,并且可以与多个外围器件共存。基于CH372芯片的信息和参数。这里给出了CH372芯片单片机端的USB通讯电路,如图1所示。同时,该芯片可通过普通USB传输线实现与计算机的互通,图1中J1即为USB接头。

 


  CH372芯片电路及PCB板设计需要注意的事项有:

  1)为了降低电磁辐射,减少来自外界的干扰,PCB板的晶体Y1的金属外壳接地;

  2)为了降低对时钟信号的干扰,PCB设计时尽量不在晶体及振荡电容附近走线,尤其是不要走继电器、电动机等带有瞬时冲击电流的电源线和强信号线;

  3)给USB插座单独供电,使USB设备刚插上时的电容充电过程不影响单片机和CH372:

  4)在USB插座前串接限流电阻或电感;

  5)PCB板布局要合理,电阻电容对齐,温度敏感的器件布置远离电源,板子要敷铜。

  3 软件设计

  CH372在计算机应用层与本地端单片机之间提供了端对端的连接,在这个基础上,USB接口可以选用单向数据流和请求加应答两种通讯方式。采用请求加应答的方式实现通信,都是由计算机主动请求,单片机被动应答完成数据传输。在程序编制过程中约定3种数据传输模式,通过计算机传输数据进行确定,分别是:

  1)计算机下传数据01H,单片机上传存放数据的文件的参数;

  2)计算机下传数据02H及8字节参数,8字节参数包括存放数据的地址、数据的数量,单片机通过调用相关子程序分析参数,并将相应的数据上传;

  3)计算机下传数据03H,单片机执行关闭CH372的操作命令。

  3.1 单片机端程序

  在单片机端采用汇编语言编写程序,在程序设计过程中,考虑到系统的可靠性、稳定性以及调试过程直观性的需要,故采用汇编语言编写程序,程序流程如图2所示。

 

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