一種新型的USB通信技術(shù)研究

通用串行總線(xiàn)(Universal Serial Bus，簡(jiǎn)稱(chēng)USB)是在1995年被提出來(lái)的，并由Compaq，Digital Equipment Corp(現屬于Compaq)，IBM，Intel，Microsoft，NEC和Northern Telecom等7家公司定義和推廣。由于USB技術(shù)具有易于使用、熱插拔、速度快、功耗低等特點(diǎn)，使得USB通信技術(shù)得到廣泛應用?；诖?，本文提出了一種基于CH372芯片的USB通信技術(shù)，可實(shí)現單片機與計算機之間的USB通訊。

1 CH372簡(jiǎn)介
USB接口芯片種類(lèi)繁多，基本上可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是內帶有CPU通用功能的USB接口芯片，另一類(lèi)是內部不帶集成CPU的純粹的USB接口芯片。CH371、CH372、CH375芯片系列就是后者。本研究中，由于USB接口僅用于讀寫(xiě)等數據傳送功能，且數據處理及信號轉換部分還需單片機控制，因此選用純粹的USB接口芯片CH372與AT89C52單片機配合實(shí)現。在單片機端，CH372具有8位數據總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出，可以方便掛接到單片機／DSP／MCU／MPU等控制器的系統總線(xiàn)上；在計算機端，CH372的配套軟件提供了簡(jiǎn)潔易用的操作接口，與本地端的單片機通信就如同讀寫(xiě)文件一樣便捷。
CH372芯片與普通的通用串口芯片相比有以下優(yōu)點(diǎn)：
1)全速設備接口，兼容USB2．0，即插即用，外圍元器件只需晶體和電容即可；
2)提供一對主端點(diǎn)和一對輔助端點(diǎn)，支持控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸；
3)具有省事的內置固件模式和靈活的外部固件模式，內置固件模式下屏蔽了相關(guān)的USB協(xié)議，自動(dòng)完成標準的USB枚舉配置過(guò)程，完全不需要本地端控制器做任何處理，簡(jiǎn)化了單片機的固件編程；
4)通用Windows驅動(dòng)程序提供設備接口，通過(guò)DLL提供API應用層接口；
5)通用的本地8位數據總線(xiàn)，4線(xiàn)控制：讀選通、寫(xiě)選通、片選輸入、中斷輸出；
6)主端點(diǎn)上傳下傳緩沖區各64字節，輔助端點(diǎn)上傳下傳緩沖區各8字節。

2 系統硬件電路設計
CH372芯片在本地端提供了通用的被動(dòng)并行接口，包括：8位雙向數據總線(xiàn)D7～D0、讀選通輸入引腳RD#、寫(xiě)選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳CS#、中斷輸出引腳INT#以及地址輸入引腳A0。通過(guò)被動(dòng)并行接口，CH372可以很方便地連接到各種8位單片機、DSP、MCU芯片上，并且可以與多個(gè)外圍器件共存?；贑H372芯片的信息和參數。這里給出了CH372芯片單片機端的USB通訊電路，如圖1所示。同時(shí)，該芯片可通過(guò)普通USB傳輸線(xiàn)實(shí)現與計算機的互通，圖1中J1即為USB接頭。

CH372芯片電路及PCB板設計需要注意的事項有：
1)為了降低電磁輻射，減少來(lái)自外界的干擾，PCB板的晶體Y1的金屬外殼接地；
2)為了降低對時(shí)鐘信號的干擾，PCB設計時(shí)盡量不在晶體及振蕩電容附近走線(xiàn)，尤其是不要走繼電器、電動(dòng)機等帶有瞬時(shí)沖擊電流的電源線(xiàn)和強信號線(xiàn)；
3)給USB插座單獨供電，使USB設備剛插上時(shí)的電容充電過(guò)程不影響單片機和CH372：
4)在USB插座前串接限流電阻或電感；
5)PCB板布局要合理，電阻電容對齊，溫度敏感的器件布置遠離電源，板子要敷銅。

3 軟件設計
CH372在計算機應用層與本地端單片機之間提供了端對端的連接，在這個(gè)基礎上，USB接口可以選用單向數據流和請求加應答兩種通訊方式。采用請求加應答的方式實(shí)現通信，都是由計算機主動(dòng)請求，單片機被動(dòng)應答完成數據傳輸。在程序編制過(guò)程中約定3種數據傳輸模式，通過(guò)計算機傳輸數據進(jìn)行確定，分別是：
1)計算機下傳數據01H，單片機上傳存放數據的文件的參數；
2)計算機下傳數據02H及8字節參數，8字節參數包括存放數據的地址、數據的數量，單片機通過(guò)調用相關(guān)子程序分析參數，并將相應的數據上傳；
3)計算機下傳數據03H，單片機執行關(guān)閉CH372的操作命令。
3．1 單片機端程序
在單片機端采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序，在程序設計過(guò)程中，考慮到系統的可靠性、穩定性以及調試過(guò)程直觀(guān)性的需要，故采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序，程序流程如圖2所示。