USB總線(xiàn)接口芯片CH371及其應用
加入技術(shù)交流群
摘要：CH371是一種新型USB通用總線(xiàn)接口芯片。利用該芯片可在不了解任何USB協(xié)議或固件程序甚至驅動(dòng)程序的情況下，輕松地將并口或串口產(chǎn)品升級到USB接口。文中介紹了該接口芯片的主要特點(diǎn)和引腳功能，給出了CH371與其它總線(xiàn)進(jìn)行接口的幾種應用電路，同時(shí)給出了CH371與MCS-51單片機的接口程序。
關(guān)鍵詞：USB 總線(xiàn)接口芯片 CH371 單片機
1 引言
CH371是一種USB總線(xiàn)通用接口芯片。該芯片具有8位數據總線(xiàn)以及讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)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(xiàn)上；在計算機系統中，通過(guò)CH371的配套軟件可提供簡(jiǎn)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(xiě)硬盤(pán)中的文件一樣簡(jiǎn)單。由于CH371屏蔽了USB通訊中的所有協(xié)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(xié)議或者固件程序甚于驅動(dòng)程序的情況下，就可輕松地將并口、串口產(chǎn)品升級到USB接口。
CH371的主要特點(diǎn)如下：
●屏蔽了USB協(xié)議，可在計算機應用層與本地端之間實(shí)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(dòng)完成USB配置過(guò)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(gè)端點(diǎn)，支持USB的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。
●帶有通用Windows驅動(dòng)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(xiàn)，可用4線(xiàn)控制讀選通、寫(xiě)選通、片選輸入和中斷輸出。
●占用16個(gè)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(xiě)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(xiàn)或12根獨立控制的輸出信號線(xiàn)。
●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(mén)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1 CH371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(chēng) | 類(lèi) 型 | 引 腳 說(shuō) 明 |
| 28 | 24 | VCC | 電源 | 電源正端 |
| 12 | 9 | GND | 電源 | 接地 |
| 14 | 11 | XI | 輸入 | 晶體振蕩輸入端，帶偏置電阻 |
| 13 | 10 | XO | 輸出 | 晶體振蕩反相輸出端 |
| 10 | 7 | D+ | 雙向 | USB D+數據線(xiàn)，內置上拉電阻可控 |
| 11 | 8 | D- | 雙向 | USB D-數據線(xiàn) |
| 9 | 6 | OFF | 輸入 | 用于關(guān)閉D+上位電阻，高有效，帶下拉 |
| 2215 | 1912 | D7D0 | 雙向 | 8位雙向數據總線(xiàn)，帶上拉，可直接輸入和獨立控制輸出 |
| 4 | 4 | RD | 輸入 | 讀選通輸入，低有效，帶上拉，同時(shí)用于看門(mén)狗的清除輸入 |
| 3 | 3 | WR | 輸入 | 寫(xiě)選通輸入，低有效，帶上拉 |
| 27 | 23 | CS | 輸入 | 片選輸入，低有效，帶下拉 |
| 2 | 2 | ALE | 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(xiàn)的復用地址 |
| 1 | 1 | INT | 輸出 | 中斷輸出，傳輸成功，低有效 |
| 58 | 5部分支持 | A3A0 | 雙向 | 4位地址輸入線(xiàn)，帶上拉，可直接輸入和獨立控制輸出 |
| 24 | 21 | SCL | 輸出 | I2C接口時(shí)鐘線(xiàn) |
| 23 | 20 | SDA | 雙向 | I2C接口數據線(xiàn)，開(kāi)漏輸出，帶上拉 |
| 25 | 22 | RST | 輸出 | 上電復位和看門(mén)狗復位，高有效 |
| 26 | 不支持 | RST | 輸出 | 上電復位和看門(mén)狗復位，低有效 |
3 應用
3.1 與USB總線(xiàn)的連接
圖2是CH371與USB總線(xiàn)的接口連接電路，CH371芯片可以直接使用USB總線(xiàn)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(xiàn)之間可進(jìn)行阻抗匹配；晶振X1、電容C1和C2用于CH371芯片的時(shí)鐘振蕩電路。CH371芯片的SCL和SDA信號線(xiàn)可以直接連接I2C接口的從設備，如連接24COX器件以用來(lái)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(dòng)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(guò)D7～D0、RD、WR、CS、ALE直接掛接到AT89C51的系統總線(xiàn)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(shí)，CH371的A3～A0腳空閑，此時(shí)可以參考主控方式將A3～A0用于LED驅動(dòng)或狀態(tài)輸入等；當采用直接地址方式時(shí)，應該將CH371芯片的ALE引腳懸空或者接高電平，然后通過(guò)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(jiǎn)單的地址譯碼，SRAM器件62256的地址為8000H-FFFFH，CH371的地址為0000H-7FFFH（實(shí)際只需要16個(gè)地址）。
圖4是CH371在主控方式下的應用電路。該電路實(shí)際是基于CH371的主控方式設計的8通道數據采集器?？梢钥闯觯喊–H371在內，該電路只用到了三個(gè)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(dòng)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(tài)。實(shí)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(lái)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_PAGE EQU 00H；CH371所在的頁(yè)面地址，地址譯碼后自動(dòng)片選
；CH371_SYSTEM EQU 02H；CH371系統功能設定寄存器的地址偏移
；CH371_CONFIG EQU 02H；CH371設備配置信息寄存器的地址偏移
；CH371_INT_SET EQU 06H；CH371中斷數據設定寄存器的地址偏移
；CH371_STATUS EQU 06H；CH371傳輸狀態(tài)信息寄存器的地址偏移
；CH371_LENGTH EQU 07H；CH371數據長(cháng)度寄存器的地址偏移
；CH371_BUFFER EQU 08H；CH371O數據緩沖區的起始地址偏移
；SAVE_STATUS DATA 29H；保存傳輸狀態(tài)信息，根據需要可選
；SAVE_LENGTH DATA 2AH；當前數據緩沖區中的長(cháng)度，用于保存下傳長(cháng)度
；SAVE_BUFFER DATA 30H；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:MOV DPH,#CH371_PAGE
；CH371所在的頁(yè)面地址，地址譯碼后自動(dòng)片選MOV DPL,#CH371_LENGTH；CH371數據長(cháng)度寄存器的地址偏移
圖3
MOVX @DPTR,A；置上傳數據長(cháng)度寄存器為15，暫時(shí)沒(méi)有數據上傳
CLR A；尚未有數據下傳
MOV SAVE_LENGTH,A；保存下傳數據長(cháng)度
SETB ITO；置外部信號為下降沿觸發(fā)
CLR IEO；清中斷標志
SETB PXO；置高優(yōu)先級
SETB EXO；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(cháng)度0至8
；USE:ACC,B,R0,R7,DPTR
CH371_UPLOAD:MOV B,R7；將數據長(cháng)度暫存到B中
MOV DPH,#CH371_PAGE；CH371所在的頁(yè)面地址，地址譯碼后自動(dòng)片選
MOV DPL,#CH371_BUFFER；CH371數據緩沖區的起始地址偏移
MOV A,R7；上傳數據長(cháng)度
JZ CH371_UPLOAD_O；數據長(cháng)度為0則不必寫(xiě)入
CH371_UPLOAD_1:MOV A,@RO；讀取一字節的數據
INC RO；指向下一個(gè)數據的地址
MOVX @DPTR,A；寫(xiě)到CH371的上傳數據緩沖區
INC DPL
DJNZ R7,CH371_UPLOAD-1；繼續讀取上傳數據直至結束
CH371_UPLOAD_0:MOV DPL,#CH371_LENGTH；CH371數據長(cháng)度寄存器的地址偏移
MOV A,B
MOVX @DPTR,A；將本次數據的長(cháng)度置入上傳數據長(cháng)度寄存器
RET
；中斷服務(wù)子程序
；USE：堆棧6字節，工作寄存器組1的RO,R7
CH371_INTER:PUSH PSW；現場(chǎng)保護
CLR IEO；清中斷標志，防止重復執行，對應于INTO中斷
PUSH ACC
PUSH DPL
PUSH DPH
SETB RSO；PSW.3,切換至工作寄存器組1
MOV DPH,#CH371_PAGE；CH371所在的頁(yè)面地址，地址譯碼后自動(dòng)片選
MOV DPL,#CH371_STATUS；CH371傳輸狀態(tài)信息寄存器的地址偏移
MOVX A,@DPTR；讀取傳輸狀態(tài)信息寄存器
MOV SAVE-STATUS,A；保存傳輸狀態(tài)
MOV DPL,#CH371_LENGTH；CH371數據長(cháng)度寄存器的地址偏移
JB ACC.0,CH371_INT_UP；傳輸狀態(tài)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
MOVX A,@DPTR；讀取下傳數據長(cháng)度寄存器
MOV SAVE_LENGTH,A；保持下傳數據長(cháng)度
JZ CH371_INT_RET ；下傳數據長(cháng)度為0，則直接退出中斷
MOV DPL,#CH371_BUFFER；CH371數據緩沖區的起始地址偏移
MOV RO,#SAVE-BUFFER；單片機內部的數據緩沖區，用于存放下傳數據
MOV R7,A ；用于讀取數據的計數
CH371_INT_DOWN:MOVX A,@DPTR；讀取一字節的下傳數據
INC DPL ；指向下一個(gè)數據的地址
MOV @RO,A；保存到數據緩沖區
INC RO
DJNZ R7,CH371_INT_DOWN；繼續讀取下傳數據直至結束
SJMP CH371_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:MOV A,#0FH；15
MOVX @DPTR,A ；置上傳數據長(cháng)度寄存器為15，暫時(shí)沒(méi)有后續數據
CH371_INT_RET: ；中斷返回
POP DPH
POP DPL
POP ACC
POP PSW ；恢復寄存器并選擇工作寄存器組0
RETI ；中斷返回
；
；* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
4 結束語(yǔ)
CH371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、DSP、MCU等?？梢灶A見(jiàn)，CH371將在USB產(chǎn)品設計中大顯身手。
評論