基于CH372芯片的USB通信系统软硬件设计

发布时间:2010-11-5 19:31    发布者:techshare
关键词: CH372 , USB , 软硬件 , 通信系统 , 芯片
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。






3.2 计算机端程序

CH372在计算机端提供了应用层接口,应用层接口是由CH372动态链接库DLL提供的面向功能应用的API,所有API在调用后都有操作状态返回,但不一定有应答数据。CH372动态链接库提供的API包括:设备管理API、数据传输API、中断处理API。

在计算机端采用Visual Basic(VB)编写程序,利用VisualBasic的该特性,调用CH372动态链接库DLL提供的面向功能的应用API函数编写计算机端的应用程序,其工作流程如图3所示。





4 试验结果

本文自主研发的基于CH372的USB通信技术,设计约定了3种通信模式,下面仅介绍模式2(下传02H和8字节参数)下的通信调试过程,其调试通信步骤如下:

1)在计算机端安装了CH372的Windows系统下的驱动CH372DRV,安装后,上位机电路板可以像U盘一样在计算机上进行热插拔。

2)运行上位机板USB芯片的初始化程序后,计算机端设备管理器会跳出如图4的窗口,表示芯片工作正常,计算机和上位机板就可以采用请求加问答的方式进行通信。

3)计算机运行Visual Basic平台下的程序代码如下所示,向上位机发送数据02H和参数。






4)发送数据结束后,计算机跳出如图5反馈窗口,该窗口表示下传9个参数成功,单片机在接收到02H及相应的参数后,通过分析参数,确定要上传数据的存放地址、上传数据的个数,并通过CH372将数据上传至计算机。在计算机端,接收的数据放在预先设定的文件中,如图6所示,以备为计算机分析处理数据所调用。 




5 结束语

本文研究了基于CH372的USB通讯技术,设计了采用CH372实现单片机与计算机连通的硬件电路,并自主开发了计算机端和单片机端的应用程序。试验表明在所设计的约定下,单片机与计算机很好地实现了数据通信,且该设计能够明显提高了系统数据传输速度,增强了数据传输的准确性和可靠性。
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