1、引言

　　USB（Universal Serial Bus―通用串行總線）是由Intel，Compaq，Digital，IBM， Microsoft，NEC，Northern Telecom七家世界的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的新一代總線接口標(biāo)準(zhǔn)。作為一種PC機(jī)與外設(shè)之間的高速通信接口，USB具有連接靈活、可熱插拔、一種接口適合多種設(shè)備、速度高（USB1.1協(xié)議支持12Mbps，USB2.0協(xié)議支持480Mbps）、自動(dòng)配置、無(wú)需定位及運(yùn)行安裝程序、可為外設(shè)提供電源、低功耗、低成本、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因而在數(shù)碼相機(jī)、便攜式儀器、便攜式存儲(chǔ)設(shè)備等產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。

　　但是，USB接口的開(kāi)發(fā)一般要求設(shè)計(jì)人員對(duì)USB的標(biāo)準(zhǔn)、Firmware（固件）編程及驅(qū)動(dòng)程序的編寫等有較深入的理解，因此限制了一般的硬件工程師對(duì) USB接口產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)使用;我們?cè)诒銛y式無(wú)線抄表系統(tǒng)中使用的USB接口芯片CH371，使用簡(jiǎn)單、性能卓越，價(jià)格低廉，只要熟悉單片機(jī)編程及簡(jiǎn)單的VB 或VC應(yīng)用程序編程，使一般的硬件工程師在極短的周期內(nèi)就能很容易地開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的USB產(chǎn)品。圖1示出了無(wú)線抄表與管理系統(tǒng)的原理框圖。

　　2、USB總線的通用接口芯片CH371簡(jiǎn)介

　　CH371是USB總線的通用接口芯片。

　　如圖2所示，在本地端，CH371具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，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，CH371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(jī)通信就如同讀寫硬盤中的文件。CH371屏蔽了USB通信中的所有協(xié)議，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?；贑H371，不需要了解任何USB協(xié)議或者固件程序甚至驅(qū)動(dòng)程序，就可以輕松地將并口、串口的產(chǎn)品升級(jí)到USB接口。

　　它具有以下特點(diǎn)：

　?。?） 屏蔽USB協(xié)議，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用層與本地端之間提供端對(duì)端的連接;

　　（2） 兩種通信模式：?jiǎn)蜗驍?shù)據(jù)流模式、請(qǐng)求加應(yīng)答模式，支持偽中斷;

　　（3） 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;

　?。?） 標(biāo)準(zhǔn)的USB V1.1接口，即插即用，D+引腳內(nèi)置上拉電阻;

　　（5） 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;

　　（6） 通用Windows驅(qū)動(dòng)程序，提供設(shè)備級(jí)接口和應(yīng)用層接口;

　?。?） 通用的本地8位數(shù)據(jù)總線，4線控制：讀選通、寫選通、片選輸入、中斷輸出;

　　（8） 占用16個(gè)地址，可選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)，以中斷方式通知本地端控制器傳輸數(shù)據(jù);

　?。?0） 內(nèi)置硬件實(shí)現(xiàn)的I2C主接口，應(yīng)用層可以直接讀寫外掛的I2C從設(shè)備;

　?。?1） 在主控方式下可以提供16根輸入信號(hào)線或者12根獨(dú)立控制的輸出信號(hào)線;

　?。?2） 內(nèi)置上電復(fù)位，提供高電平有效復(fù)位輸出和低電平有效復(fù)位輸出;

　?。?3） 內(nèi)置可選的看門狗電路Watch-Dog，為本地端控制器提供監(jiān)控。

　　3、CH371在基于單片機(jī)的無(wú)線抄表儀中的硬件接口設(shè)計(jì)

　　圖3示出的是CH371與MCU的硬件接口簡(jiǎn)圖，因此對(duì)MCU AT89C52的硬件連接比較簡(jiǎn)略，主要是在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如晶振的選擇連接以及復(fù)位電路等沒(méi)有什么特殊的要求，而CH371的復(fù)位完全可以采用單片機(jī)復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)。帶I2C接口的串行EEPROM 24C01的作用是用于存儲(chǔ)產(chǎn)品的VID、PID、設(shè)備序列號(hào)等信息，只要地址不相同就可以掛接多片帶I2C接口的外圍芯片，用戶可以利用提供的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的函數(shù)非常方便地完成對(duì)串行EEPROM的讀出和寫入相應(yīng)的信息。當(dāng)然系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也可以沒(méi)有EEPROM，CH371將使用默認(rèn)的VID、PID、產(chǎn)品描述符和電源描述符，并且沒(méi)有設(shè)備的序列號(hào)。

　　需要注意的是，在USB連接器1和4之間跨接一個(gè)100μF電解電容和一個(gè)0.1μF獨(dú)石或瓷片電容;12MHz的晶振的外殼接地;阻抗匹配電阻在80Ω~150Ω之間即可。

　　4 、信息傳輸軟件實(shí)現(xiàn)流程

　　（1） 下位機(jī)數(shù)據(jù)上傳子程序

　　流程簡(jiǎn)圖如圖4所示。

　　圖4 數(shù)據(jù)上傳子程序流程圖

　?。?） 下位機(jī)中斷服務(wù)程序

　　流程圖如圖5所示。

　　圖5 下位機(jī)中斷服務(wù)程序流程圖

　　（3） 計(jì)算機(jī)應(yīng)用層的程序

　　在計(jì)算機(jī)上裝載WINCHIPHEAD 提供的CH371的通用驅(qū)動(dòng)程序后，我們不必再考慮USB通信協(xié)議、固件程序、驅(qū)動(dòng)程序、自動(dòng)配置過(guò)程和底層數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，只需要根據(jù)提供的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的接口函數(shù)，用VB或VC編制自己的應(yīng)用程序即可。

　　5 、結(jié)束語(yǔ)

　　從目前的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的。尤其是基于CH371的USB接口具有硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、軟件編程容易、成本低、傳輸速率快、可靠性高等特點(diǎn)，相信基于CH371的USB 接口新產(chǎn)品將會(huì)越來(lái)越多。