USB接口芯片CH375的原理及應用(圖)
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對usb接口芯片ch375的功能、原理做了較詳細的介紹，并給出了在單片機讀寫(xiě)u盤(pán)中的實(shí)例及注意事項。
隨著(zhù)計算機技術(shù)的快速發(fā)展，usb移動(dòng)存儲設備的使用已經(jīng)非常普遍，因此在一些需要轉存數據的設備、儀器上使用usb移動(dòng)存儲設備接口的芯片便相繼產(chǎn)生了，ch375就是其中之一，它是一個(gè)usb總線(xiàn)的通用接口芯片，支持host主機方式和slave設備方式。
在本地端，ch375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，可以方便地掛接到單片機/dsp/mcu等控制器的系統總線(xiàn)上。在usb主機方式下，ch375還提供了串行通信方式，通過(guò)串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機/dsp/mcu等相連接。ch375的usb主機方式支持各種常用的usb全速設備，外部單片機/dsp/mcu可以通過(guò)ch375按照相應的usb協(xié)議與usb設備通信。
ch375芯片內部結構
1 內部結構
ch375芯片內部集成了pll倍頻器、主從usb接口sie、數據緩沖區、被動(dòng)并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸的協(xié)議處理器、通用的固件程序等。ch375芯片引腳排列如圖1所示。
2 內部物理端點(diǎn)
ch375芯片內部具有7個(gè)物理端點(diǎn)。
端點(diǎn)0是默認端點(diǎn)，支持上傳和下傳，上傳和下傳緩沖區各是8b；端點(diǎn)1包括上傳端點(diǎn)和下傳端點(diǎn)，上傳和下傳緩沖區各是8b，上傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號是81h，下傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號是01h；端點(diǎn)2包括上傳端點(diǎn)和下傳端點(diǎn)，上傳和下傳緩沖區各是64b，上傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號是82h，下傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號是02h。
主機端點(diǎn)包括輸出端點(diǎn)和輸入端點(diǎn)，輸出和輸入緩沖區各是64b，主機端點(diǎn)與端點(diǎn)2合用同一組緩沖區，主機端點(diǎn)的輸出緩沖區就是端點(diǎn)2的上傳緩沖區，主機端點(diǎn)的輸入緩沖區就是端點(diǎn)2的下傳緩沖區。
其中，ch375的端點(diǎn)0、端點(diǎn)1、端點(diǎn)2只用于usb設備方式，在usb主機方式下只需要用到主機端點(diǎn)。
軟件接口
對于usb存儲設備的應用，ch375直接提供了數據塊的讀寫(xiě)接口，以512b的物理扇區為基本讀寫(xiě)單位，從而將usb存儲設備簡(jiǎn)化為一種外部數據存儲器，單片機可以自由讀寫(xiě)usb存儲設備中的數據，也可以自由定義其數據結構。
ch375以c語(yǔ)言子程序庫提供了usb存儲設備的文件級接口，這些應用層接口api包含了常用的文件級操作，可以移植并嵌入到各種常用的單片機程序中。
ch375的u盤(pán)文件級子程序庫具有以下特性：支持常用的fat12、fat16 和fat32 文件系統，磁盤(pán)容量可達100gb以上，支持多級子目錄，支持8.3格式的大寫(xiě)字母文件名，支持文件打開(kāi)、新建、刪除、讀寫(xiě)以及搜索等。
ch375的文件級接口api子程序需要大約600b的隨機存儲器ram 作為緩沖區。所有api在調用后都有操作狀態(tài)返回，但不一定有應答數據。有關(guān)api參數的說(shuō)明請參考ch375數據手冊。
ch375在單片機讀寫(xiě)u盤(pán)中的電路原理圖
圖2給出了mcs-51單片機讀寫(xiě)u盤(pán)的電路原理圖，如果ch375芯片的txd引腳懸空或者沒(méi)有通過(guò)下接電阻接地，那么ch375工作于串口方式。在串口方式下，ch375只需要與單片機/dsp/mcu連接3個(gè)信號線(xiàn)，txd引腳、rxd引腳以及int#引腳，其他引腳都可以懸空。除了連接線(xiàn)較少之外，其他外圍電路與并口方式基本相同。由于int#引腳和txd 引腳在ch375復位期間只能提供微弱的高電平輸出電流，在進(jìn)行較遠距離的連接時(shí)，為了避免int#或者txd在ch375復位期間受到干擾而導致單片機誤操作，可以在int#引腳或者txd引腳上加阻值為1～5kω的上拉電阻，以維持較穩定的高電平。在ch375芯片復位完成后，int#引腳和txd引腳將能夠提供5ma的高電平輸出電流或者5ma的低電平吸入電流。
單片機讀寫(xiě)u盤(pán)的接口
由于ch375內置了處理mass-storage海量存儲設備的專(zhuān)用通信協(xié)議的固件，所以嵌入式系統的單片機可以通過(guò)ch375將u盤(pán)（usb閃存盤(pán)、usb外置硬盤(pán)）作為可移動(dòng)的大容量存儲器。數據讀寫(xiě)只需要幾條指令，而不需要詳細了解usb通信協(xié)議。
如果嵌入式系統需要將usb存儲設備組織為文件系統，那么可以直接調用ch375文件級子程序庫提供的接口api，由子程序庫處理文件系統。
ch375主機usb-host的電路設計注意事項
某些usb設備帶電插入時(shí)常出現如下問(wèn)題。
● ch375復位或者單片機復位（尤其是采用up 監控電路的單片機系統）。
● ch375或者單片機突然工作不正常，失去控制。
● ch375芯片的工作電流突然增大并且持續如此，時(shí)間長(cháng)了芯片發(fā)熱燙手。
出現上述問(wèn)題時(shí)可參考如下解決方法。
● 給usb插座單獨供電，這樣，即使usb設備剛插上時(shí)存在電容充電過(guò)程，也不會(huì )影響單片機和ch375。變通方法是，將5v主電源分別通過(guò)兩個(gè)獨立的限流電感后（或者在pcb中電源線(xiàn)分開(kāi)走），一組提供給ch375和單片機等，另一組提供給usb插座。
● 在usb插座前串接限流電阻或者電感，并在usb插座電源上并聯(lián)儲能用的電解電容。如果用電感也可以限制電流突變，防止電源電壓突降，但是用電感在usb設備拔出后，容易在usb插座中產(chǎn)生過(guò)沖高壓，所以必須接儲能電容。（注意，在第一版ch375評估板的原理圖中已經(jīng)標出usb插座的限流電阻r1為1ω，建議將其換為阻值5ω的電阻或者保險電阻）
● 其他臨時(shí)的解決方法（不推薦）：①在usb設備與usb插座之間加入usb延長(cháng)線(xiàn)。②在主電源上并聯(lián)較大的儲能電容，在u盤(pán)剛插入時(shí)提供足夠的瞬時(shí)電能，減少對電源電壓的影響。
● 參考目前計算機端的解決方法：usb端口的電源供給是通過(guò)保險電阻或者限流電感提供的，這些能夠限制瞬時(shí)電流。對于計算機前面板的usb端口，由于本身通過(guò)一段較長(cháng)的連接導線(xiàn)，自然減弱了對主電源的影響，而且計算機的5v電源功率很大，連續供電電流都在20a以上，所以不易受影響。
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