基于CH371的實用USB接口設計
摘要：給出一種基于CH371實用USB接口的硬件設計與軟件實現。該USB接口具有硬件接口簡單、軟件編制容易、勿需了解任何USB協議或固件程序甚至驅動程序等特點，是一種非常適用于工程應用的USB接口。關鍵詞：CH371 USB 接口AT89C52
通用串行總線USB（Universal Serial Bus）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Nerthern Telecom七家世界著名的計算機和通信公司共同推出的新一代總線接口標準。作為一種PC機與外設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備、速度高（USB1.1協議支持12Mb/s,USB2.0協議支持480Mb/s）、自動配置、無需定位及運行安裝程序、可為外設提供電源、低功耗、低成本、高可靠性等優點，因而在數碼相機、便攜式儀器、便攜式存儲設備等產品中廣泛應用。
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但是，USB接口的開發一般要求設計人員對USB的標準、Firmware(固件)編程及驅動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USB接口產品的開發使用。我們在便攜式無線抄表系統中使用的USB接口芯片CH371，使用簡單、性能卓越，價格低廉，只要熟悉單片機編程及簡單的VB或VC應用程序編程，一般的硬件工程師在極短的周期內就能很容易地開發出相應的USB產品。
1 USB總線的通用接口芯片CH371簡介
CH371是一個USB總線的通用接口芯片，如圖1所示。在本地端，CH371具有8位數據總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機、DSP等控制器的系統總線上。在計算機系統中，CH371的配套軟件提供了簡潔易用的操作接口，與本地端的單片機通信就如讀寫硬盤中的文件。CH371屏蔽了USB通信中的所有協議，在計算機應用層與本地端控制器之間提供端對端的連接。使用CH371，不需要了解任何USB協議或者固件程序，甚至驅動程序，就可以輕松地將并口、串口的產品升級到USB接口。它具有以下特點：
*屏蔽USB協議，在計算機應用層與本地端之間提供端對端的連接。
*兩種通信模式：單向數據流模式、請求加應答模式，支持偽中斷。
*自動完成USB配置過程，完全不需要本地端控制器作任何處理。
*標準的USB V1.1接口，即插即用，D+引腳內置上拉電阻。
*內置4個端點，支持USB的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。
*通用Windows驅動程序，提供設備級接口和應用層接口。
圖2
*通用的本地8位數據總線，4線控制，即讀選通、寫選通、寫選輸入、中斷輸出。
*占用16個地址，可選直接地址方式或者復用地址方式。
*內置輸入輸出緩沖區，以中斷方式通知本地端控制器傳輸數據。
*內置硬件實現的I2C主接口，應用層可以直接讀寫外掛的I2C從設備。
*在主控方式下可以提供16根輸入信號線或者12根獨立控制的輸出信號線。
*內置上電復位，提供高電平有效復位輸出和低電平有效復位輸出。
*內置可選的看門狗電路Watch-Dog，為本地端控制器提供監控。
2 基于CH371 USB接口的硬件設計
圖2給出的是CH371與MCU的硬件接口簡圖。對MCU AT89C52的硬件連接比較簡單，主要是在該系統的設計中，如晶振的選擇連接以及復位電路等，沒有什么特殊的要求，而CH371的復位完全可以采用單片機復位電路產生的復位信號。帶I2C接口的串行EEPROM 24C01的作用是存儲產品的VID、PID、設備序列號等信息，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態連接庫的函數，非常方便地完成對串地EEPROM的讀出和寫入。系統設計中，也可以沒有EEPROM，CH371將使用默認的VID、PID、產品描述符和電源描述符，并且沒有設備的序列號。
需要注意的是：最好在USB連接器的1和4之間跨接1個1
00μF的電解電容和1個0.1μF的獨石或瓷片電容；12MHz晶振的外殼最好接地；阻抗匹配電阻為80Ω～150Ω。
3 信息傳輸軟件實現流程
下位機數據上傳子程序流程簡圖如圖3所示。
下位機中斷服務程序流程如圖4所示。
對于計算機應用層的程序，在計算機上裝載WINCHIPHEAD提供的CH371的通用驅動程序后，不必再考慮USB通信協議、固件程序、驅動程序、自動配置過程和底層數據傳輸過程。只需要根據提供的動態連接庫的接口函數，用VB或VC編制自己的應用程序即可。
結語
從目前實際應用來看，系統的設計是成功的。尤其是基于CH371的USB接口，具有硬件設計簡單、軟件編程容易、成本低、傳輸速率快、可靠性高等特點。相信基于CH371的USB接口新產品將會越來越多。
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