USB總線接口芯片CH371及其應(yīng)用

1 引言

CH371是一種USB總線通用接口芯片。該芯片具有8位數(shù)據(jù)總線以及讀、寫(xiě)、片選控制線和中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)、DSP、 MCU等控制器的系統(tǒng)總線上;在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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(jī)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(jì)算機(jī)應(yīng)用層與本地端控制器之間提供端對(duì)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(qū)動(dòng)程序的情況下，就可輕松地將并口、串口產(chǎn)品升級(jí)到USB接口。

CH371的主要特點(diǎn)如下：

●屏蔽了USB協(xié)議，可在計(jì)算機(jī)應(yīng)用層與本地端之間實(shí)現(xiàn)端對(duì)端的連接。

●具有單向數(shù)據(jù)流和請(qǐng)求加應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的USB1.1接口，即插即用，D+引腳內(nèi)置上接電阻。

●內(nèi)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(qū)動(dòng)程序，可提供設(shè)備級(jí)接口和應(yīng)用層接口。

●具有通用本地8位數(shù)據(jù)總線，可用4線控制讀選通、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(fù)用地址方式。

●內(nèi)置輸入輸出緩沖區(qū)，能以中斷方式通知本地端控制器傳輸數(shù)據(jù)。

●內(nèi)置I2C主接口，因而應(yīng)用層可以直接讀寫(xiě)外掛的I2C從設(shè)備。

●在主控方式下可以提供16根據(jù)輸入信號(hào)線或12根獨(dú)立控制的輸出信號(hào)線。

●內(nèi)置上電復(fù)位電路，可提供高電平有效復(fù)位輸出和低電平有效復(fù)位輸出。

●內(nèi)含可選的看門(mén)狗電路Watch-Dog，能為本地端控制器提供監(jiān)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(hào)24腳封裝

的引腳號(hào)引腳名稱類 型引 腳 說(shuō) 明

2824VCC電源電源正端

129GND電源接地

1411XI輸入晶體振蕩輸入端，帶偏置電阻

1310XO輸出晶體振蕩反相輸出端

107D+雙向USB D+數(shù)據(jù)線，內(nèi)置上拉電阻可控

118D-雙向USB D-數(shù)據(jù)線

96OFF輸入用于關(guān)閉D+上位電阻，高有效，帶下拉

22151912D7D0雙向8位雙向數(shù)據(jù)總線，帶上拉，可直接輸入和獨(dú)立控制輸出

44RD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

33WR輸入寫(xiě)選通輸入，低有效，帶上拉

2723CS輸入片選輸入，低有效，帶下拉

22ALE輸入地址鎖存使能，高有效，帶上拉，在下降沿可鎖存數(shù)據(jù)總線的復(fù)用地址

11INT輸出中斷輸出，傳輸成功，低有效

585部分支持A3A0雙向4位地址輸入線，帶上拉，可直接輸入和獨(dú)立控制輸出

2421SCL輸出I2C接口時(shí)鐘線

2320SDA雙向I2C接口數(shù)據(jù)線，開(kāi)漏輸出，帶上拉

2522RST輸出上電復(fù)位和看門(mén)狗復(fù)位，高有效

26不支持RST輸出上電復(fù)位和看門(mén)狗復(fù)位，低有效

3 應(yīng)用

3.1 與USB總線的連接

圖2是CH371與USB總線的接口連接電路，CH371芯片可以直接使用USB總線的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(hào)線可以直接連接I2C接口的從設(shè)備，如連接24COX器件以用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)斷電后不能丟失的重要數(shù)據(jù)，也可以存儲(chǔ)身份識(shí)別數(shù)據(jù)、記費(fèi)數(shù)據(jù)等，由于24COX中的數(shù)據(jù)只有計(jì)算機(jī)應(yīng)用層才能夠存取。

3.2 與單片機(jī)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(jī)、DSP和MCU。圖3所示是CH371與MCS-51系列單片機(jī)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(tǒng)總線上。連接ALE而不連接A3～A0則采用復(fù)用地址方式，連接A3～A0而不連接ALE則采用直接地址方式。當(dāng)采用復(fù)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(qū)動(dòng)或狀態(tài)輸入等;當(dāng)采用直接地址方式時(shí)，應(yīng)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(fù)位信號(hào)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)。

3.3 主控方式應(yīng)用

圖4是CH371在主控方式下的應(yīng)用電路。該電路實(shí)際是基于CH371的主控方式設(shè)計(jì)的8通道數(shù)據(jù)采集器?？梢钥闯觯喊–H371在內(nèi)，該電路只用到了三個(gè)集成電路，并且不需要任何單片機(jī)、DSP、MCU等控制器。CH371芯片的雙向引腳A3～A0應(yīng)該設(shè)置為輸出，其中A3用于以低電平啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，A2～A0用于選擇采集通道，雙向引腳D7～D0應(yīng)該設(shè)置為輸入，用于輸入采集到的結(jié)果，CS、ALE用于輸入采集狀態(tài)。實(shí)際電路應(yīng)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(shù)轉(zhuǎn)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(jī)的接口程序

下面是U2(MCS-51單片機(jī))與U1(CH371)的接口參考程序：

;* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

;需要主程序定義的參數(shù)

;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(tǒng)功能設(shè)定寄存器的地址偏移

;CH371_CONFIG EQU 02H;CH371設(shè)備配置信息寄存器的地址偏移

;CH371_INT_SET EQU 06H;CH371中斷數(shù)據(jù)設(shè)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(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器的地址偏移[!--empirenews.page--]

;CH371_BUFFER EQU 08H;CH371O數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的起始地址偏移

;SAVE_STATUS DATA 29H;保存?zhèn)鬏敔顟B(tài)信息，根據(jù)需要可選

;SAVE_LENGTH DATA 2AH;當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的長(zhǎng)度，用于保存下傳長(zhǎng)度

;SAVE_BUFFER DATA 30H;數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用于保存接收到的下傳數(shù)據(jù)

;* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

;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(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器的地址偏移

圖3

MOV A,#OFH

MOVX @DPTR,A;置上傳數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器為15，暫時(shí)沒(méi)有數(shù)據(jù)上傳

CLR A;尚未有數(shù)據(jù)下傳

MOV SAVE_LENGTH,A;保存下傳數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

SETB ITO;置外部信號(hào)為下降沿觸發(fā)

CLR IEO;清中斷標(biāo)志

SETB PXO;置高優(yōu)先級(jí)

SETB EXO;允許中斷

RET

;上傳數(shù)據(jù)子程序

;ENTRY:RO指向存放了準(zhǔn)備上傳數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，R7準(zhǔn)備上傳的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度0至8

;USE:ACC,B,R0,R7,DPTR

CH371_UPLOAD:MOV B,R7;將數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(shù)據(jù)緩沖區(qū)的起始地址偏移

MOV A,R7;上傳數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

JZ CH371_UPLOAD_O;數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0則不必寫(xiě)入

CH371_UPLOAD_1:MOV A,@RO;讀取一字節(jié)的數(shù)據(jù)

INC RO;指向下一個(gè)數(shù)據(jù)的地址

MOVX @DPTR,A;寫(xiě)到CH371的上傳數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

INC DPL

DJNZ R7,CH371_UPLOAD-1;繼續(xù)讀取上傳數(shù)據(jù)直至結(jié)束

CH371_UPLOAD_0:MOV DPL,#CH371_LENGTH;CH371數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器的地址偏移

MOV A,B

MOVX @DPTR,A;將本次數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度置入上傳數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器

RET

;中斷服務(wù)子程序

;USE：堆棧6字節(jié)，工作寄存器組1的RO,R7

CH371_INTER:PUSH PSW;現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)

CLR IEO;清中斷標(biāo)志，防止重復(fù)執(zhí)行，對(duì)應(yīng)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?zhèn)鬏敔顟B(tài)

MOV DPL,#CH371_LENGTH;CH371數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(shù)據(jù)下傳完成中斷

MOVX A,@DPTR;讀取下傳數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器

MOV SAVE_LENGTH,A;保持下傳數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

JZ CH371_INT_RET ;下傳數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0，則直接退出中斷

MOV DPL,#CH371_BUFFER;CH371數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的起始地址偏移

MOV RO,#SAVE-BUFFER;單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用于存放下傳數(shù)據(jù)

MOV R7,A ;用于讀取數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)

CH371_INT_DOWN:MOVX A,@DPTR;讀取一字節(jié)的下傳數(shù)據(jù)

INC DPL ;指向下一個(gè)數(shù)據(jù)的地址

MOV @RO,A;保存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

INC RO

DJNZ R7,CH371_INT_DOWN;繼續(xù)讀取下傳數(shù)據(jù)直至結(jié)束

SJMP CH371_INT_RET ;接收完下傳數(shù)據(jù)，退出中斷

;是數(shù)據(jù)上傳完成中斷

CH371_INT_UP:MOV A,#0FH;15

MOVX @DPTR,A ;置上傳數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器為15，暫時(shí)沒(méi)有后續(xù)數(shù)據(jù)

CH371_INT_RET: ;中斷返回

POP DPH

POP DPL

POP ACC

POP PSW ;恢復(fù)寄存器并選擇工作寄存器組0

RETI ;中斷返回

;

;* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

4 結(jié)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(jī)、DSP、MCU等?？梢灶A(yù)見(jiàn)，CH371將在USB產(chǎn)品設(shè)計(jì)中大顯身手。