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USB總線接口芯片CH371及其應用
摘要：CH371是一種新型USB通用總線接口芯片。利用該芯片可在不了解任何USB協議或固件程序甚至驅動程序的情況下，輕松地將并口或串口產品升級到USB接口。文中介紹了該接口芯片的主要特點和引腳功能，給出了CH371與其它總線進行接口的幾種應用電路，同時給出了CH371與MCS-51單片機的接口程序。關鍵詞：USB 總線接口芯片 CH371 單片機
1 引言
CH371是一種USB總線通用接口芯片。該芯片具有8位數據總線以及讀、寫、片選控制線和中斷輸出，可以方便地掛接到單片機、DSP、MCU等控制器的系統總線上；在計算機系統中，通過CH371的配套軟件可提供簡潔易用的操作接口，從而使其與本地端的單片機通訊就如同讀寫硬盤中的文件一樣簡單。由于CH371屏蔽了USB通訊中的所有協議，因而可在計算機應用層與本地端控制器之間提供端對端的連接。在不需要了解任何USB協議或者固件程序甚于驅動程序的情況下，就可輕松地將并口、串口產品升級到USB接口。
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CH371的主要特點如下：
●屏蔽了USB協議，可在計算機應用層與本地端之間實現端對端的連接。
●具有單向數據流和請求加應答兩種通訊模式，并支持偽中斷。
●可自動完成USB配置過程，完全不需要本地端控制器作任何處理。
●采用標準的USB1.1接口，即插即用，D+引腳內置上接電阻。
●內置4個端點，支持USB的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。
●帶有通用Windows驅動程序，可提供設備級接口和應用層接口。
●具有通用本地8位數據總線，可用4線控制讀選通、寫選通、片選輸入和中斷輸出。
●占用16個地址，可選擇直接地址方式或者復用地址方式。
●內置輸入輸出緩沖區，能以中斷方式通知本地端控制器傳輸數據。
●內置I2C主接口，因而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根據輸入信號線或12根獨立控制的輸出信號線。
●內置上電復位電路，可提供高電平有效復位輸出和低電平有效復位輸出。
●內含可選的看門狗電路Watch-Dog，能為本地端控制器提供監控。
●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
24腳封裝
的引腳號
引腳名稱
類 型
引 腳 說 明
28 24 VCC 電源 電源正端 12 9 GND 電源 接地 14 11 XI 輸入 晶體振蕩輸入端，帶偏置電阻 13 10 XO 輸出 晶體振蕩反相輸出端 10 7 D+ 雙向 USB D+數據線，內置上拉電阻可控 11 8 D- 雙向 USB D-數據線 9 6 OFF 輸入 用于關閉D+上位電阻，高有效，帶下拉 2215 1912 D7D0 雙向 8位雙向數據總線，帶上拉，可直接輸入和獨立控制輸出 4 4 RD 輸入 讀選通輸入，低有效，帶上拉，同時用于看門狗的清除輸入 3 3 WR 輸入 寫選通輸入，低有效，帶上拉 27 23 CS 輸入 片選輸入，低有效，帶下拉 2 2 ALE 輸入 地址鎖存使能，高有效，帶上拉，在下降沿可鎖存數據總線的復用地址 1 1 INT 輸出 中斷輸出，傳輸成功，低有效 58 5部分支持 A3A0 雙向 4位地址輸入線，帶上拉，可直接輸入和獨立控制輸出 24 21 SCL 輸出 I2C接口時鐘線 23 20 SDA 雙向 I2C接口數據線，開漏輸出，帶上拉 25 22 RST 輸出 上電復位和看門狗復位，高有效 26 不支持 RST 輸出 上電復位和看門狗復位，低有效3 應用
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總線之間可進行阻抗匹配；晶振X1、電容C1和C2用于CH371芯片的時鐘振蕩電路。CH371芯片的SCL和SDA信號線可以直接連接I2C接口的從設備，如連接24COX器件以用來存儲系統斷電后不能丟失的重要數據，也可以存儲身份識別數據、記費數據等，由于24COX中的數據只有計算機應用層才能夠存取。
3.2 與單片機的接口電路
CH371芯片具有通用的被動并行接口，可以直接連接多種單片機、DSP和MCU。圖3所示是CH371與MCS-51系列單片機的接口電路，CH371可通過D7～D0、RD、WR、CS、ALE直接掛接到AT89C51的系統總線上。連接ALE而不連接A3～A0則采用復用地址方式，連接A3～A0而不連接ALE則采用直接地址方式。當采用復用地址方式時，CH371的A3～A0腳空閑，此時可以參考主控方式將A3～A0用于LED驅動或狀態輸入等；當采用直接地址方式時，應該將CH371芯片的ALE引腳懸空或者接高電平，然后通過A3～A0直接輸入地址。該電路中，CH371可向AT89C51提供上電復位信號RST。CH371的中斷輸出INT連接到U2的外部中斷INTO，反相器U5用于簡單的地址譯碼，SRAM器件62256的地址為8000H-FFFFH，CH371的地址為0000H-7FFFH（實際只需要16個地址）。
3.3 主控方式應用
圖4是CH371在主控方式下的應用電路。該電路實際是基于CH371的主控方式設計的8通道數據采集器�？梢钥闯觯喊–H371在內，該電路只用到了三個集成電路，并且不需要任何單片機、DSP、MCU等控制器。CH371芯片的雙向引腳A3～A0應該設置為輸出，其中A3用于以低電平啟動模數轉換，A2～A0用于選擇采集通道，雙向引腳D7～D0應該設置為輸入，用于輸入采集到的結果，CS、ALE用于輸入采集狀態。實際電路應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轉換芯片來代替U6和U7，如8通道AD芯片MAX158等。
3.4 與單片機的接口程序
下面是U2（MCS-51單片機）與U1（CH371）的接口參考程序：
；* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
；需要主程序定義的參數
；CH371_PAGE EQU 00H；CH371所在的頁面地址，地址譯碼后自動片選
；CH371_SYSTEM EQU 02H；CH371系統功能設定寄存器的地址偏移
；CH371_CONFIG EQU 02H；CH371設備配置信息寄存器的地址偏移
；CH371_INT_SET EQU 06H；CH371中斷數據設定寄存器的地址偏移
；CH371_STATUS EQU 06H；CH371傳輸狀態信息寄存器的地址偏移
；CH371_LENGTH EQU 07H；CH371數據長度寄存器的地址偏移
；CH371_BUFFER EQU 08H；CH371O數據緩沖區的起始地址偏移
；SAVE_STATUS DATA 29H；保存傳輸狀態信息，根據需要可選
；SAVE_LENGTH DATA 2AH；當前數據緩沖區中的長度，用于保存下傳長度
；SAVE_BUFFER DATA 30H；數據緩沖區，用于保存接收到的下傳數據
；* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
；初始化子程序
；USE：ACC,DPTR
CH371_INIT:MOV DPH,#CH371_PAGE
；CH371所在的頁面地址，地址譯碼后自動片選MOV DPL,#CH371_LENGTH；CH371數據長度寄存器的地址偏移
圖3
MOV A,#OFH
MOVX @DPTR,A；置上傳數據長度寄存器為15，暫時沒有數據上傳
CLR A；尚未有數據下傳
MOV SAVE_LENGTH,A；保存下傳數據長度
SETB ITO；置外部信號為下降沿觸發
CLR IEO；清中斷標志
SETB PXO；置高優先級
SETB EXO；允許中斷
RET
；上傳數據子程序
；ENTRY:RO指向存放了準備上傳數據的緩沖區，R7準備上傳的數據長度0至8
；USE:ACC,B,R0,R7,DPTR
CH371_UPLOAD:MOV B,R7；將數據長度暫存到B中
MOV DPH,#CH371_PAGE；CH371所在的頁面地址，地址譯碼后自動片選
MOV DPL,#CH371_BUFFER；CH371數據緩沖區的起始地址偏移
MOV A,R7；上傳數據長度
JZ CH371_UPLOAD_O；數據長度為0則不必寫入
CH371_UPLOAD_1:MOV A,@RO；讀取一字節的數據
INC RO；指向下一個數據的地址
MOVX @DPTR,A；寫到CH371的上傳數據緩沖區
INC DPL
DJNZ R7,CH371_UPLOAD-1；繼續讀取上傳數據直至結束
CH371_UPLOAD_0:MOV DPL,#CH371_LENGTH；CH371數據長度寄存器的地址偏移
MOV A,B
MOVX @DPTR,A；將本次數據的長度置入上傳數據長度寄存器
RET
；中斷服務子程序
；USE：堆棧6字節，工作寄存器組1的RO,R7
CH371_INTER:PUSH PSW；現場保護
CLR IEO；清中斷標志，防止重復執行，對應于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所在的頁面地址，地址譯碼后自動片選
MOV DPL,#CH371_STATUS；CH371傳輸狀態信息寄存器的地址偏移
MOVX A,@DPTR；讀取傳輸狀態信息寄存器
MOV SAVE-STATUS,A；保存傳輸狀態
MOV DPL,#CH371_LENGTH；CH371數據長度寄存器的地址偏移
JB ACC.0,CH371_INT_UP；傳輸狀態信息寄存器位0為1，則指示上傳完成
；是數據下傳完成中斷
MOVX A,@DPTR；讀取下傳數據長度寄存器
MOV SAVE_LENGTH,A；保持下傳數據長度
JZ CH371_INT_RET ；下傳數據長度為0，則直接退出中斷
MOV DPL,#CH371_BUFFER；CH371數據緩沖區的起始地址偏移
MOV RO,#SAVE-BUFFER；單片機內部的數據緩沖區，用于存放下傳數據
MOV R7,A ；用于讀取數據的計數
CH371_INT_DOWN:MOVX A,@DPTR；讀取一字節的下傳數據
INC DPL ；指向下一個數據的地址
MOV @RO,A；保存到數據緩沖區
INC RO
DJNZ R7,CH371_INT_DOWN；繼續讀取下傳數據直至結束
SJMP CH371_INT_RET ；接收完下傳數據，退出中斷
；是數據上傳完成中斷
CH371_INT_UP:MOV A,#0FH；15
MOVX @DPTR,A ；置上傳數據長度寄存器為15，暫時沒有后續數據
CH371_INT_RET: ；中斷返回
POP DPH
POP DPL
POP ACC
POP PSW ；恢復寄存器并選擇工作寄存器組0
RETI ；中斷返回
；
；* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
4 結束語
CH371芯片具有通用的被動并行接口，可以直接連接多種單片機、DSP、MCU等�？梢灶A見，CH371將在USB產品設計中大顯身手。
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