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由于USB技術具有易于使用、熱插拔、速度快、功耗低等特點，使得USB通信技術得到廣泛應用。基于此，本文提出了一種基于CH372芯片的USB通信技術，可實現單片機與計算機之間的USB通訊。 1 CH372簡介 USB接口芯片種類繁多，基本上可分為兩類：一類是內帶有CPU通用功能的USB接口芯片，另一類是內部不帶集成CPU的純粹的USB接口芯片。CH371、CH372、CH375芯片系列就是后者。本研究中，由于USB接口僅用于讀寫等數據傳送功能，且數據處理及信號轉換部分還需單片機控制，因此選用純粹的USB接口芯片CH372與AT89C52單片機配合實現。在單片機端，CH372具有8位數據總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便掛接到單片機/DSP/MCU/MPU等控制器的系統總線上;在計算機端，CH372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同讀寫文件一樣便捷。 CH372芯片與普通的通用串口芯片相比有以下優點： 1)全速設備接口，兼容USB2.0，即插即用，外圍元器件只需晶體和電容即可; 2)提供一對主端點和一對輔助端點，支持控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸; 3)具有省事的內置固件模式和靈活的外部固件模式，內置固件模式下屏蔽了相關的USB協議，自動完成標準的USB枚舉配置過程，完全不需要本地端控制器做任何處理，簡化了單片機的固件編程; 4)通用Windows驅動程序提供設備接口，通過DLL提供API應用層接口; 5)通用的本地8位數據總線，4線控制：讀選通、寫選通、片選輸入、中斷輸出; 6)主端點上傳下傳緩沖區各64字節，輔助端點上傳下傳緩沖區各8字節。 2 系統硬件電路設計 CH372芯片在本地端提供了通用的被動并行接口，包括：8位雙向數據總線D7～D0、讀選通輸入引腳RD#、寫選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳CS#、中斷輸出引腳INT#以及地址輸入引腳A0。通過被動并行接口，CH372可以很方便地連接到各種8位單片機、DSP、MCU芯片上，并且可以與多個外圍器件共存。基于CH372芯片的信息和參數。這里給出了CH372芯片單片機端的USB通訊電路，如圖1所示。同時，該芯片可通過普通USB傳輸線實現與計算機的互通，圖1中J1即為USB接頭。 CH372芯片電路及PCB板設計需要注意的事項有： 1)為了降低電磁輻射，減少來自外界的干擾，PCB板的晶體Y1的金屬外殼接地; 2)為了降低對時鐘信號的干擾，PCB設計時盡量不在晶體及振蕩電容附近走線，尤其是不要走繼電器、電動機等帶有瞬時沖擊電流的電源線和強信號線; 3)給USB插座單獨供電，使USB設備剛插上時的電容充電過程不影響單片機和CH372： 4)在USB插座前串接限流電阻或電感; 5)PCB板布局要合理，電阻電容對齊，溫度敏感的器件布置遠離電源，板子要敷銅。 3 軟件設計 CH372在計算機應用層與本地端單片機之間提供了端對端的連接，在這個基礎上，USB接口可以選用單向數據流和請求加應答兩種通訊方式。采用請求加應答的方式實現通信，都是由計算機主動請求，單片機被動應答完成數據傳輸。在程序編制過程中約定3種數據傳輸模式，通過計算機傳輸數據進行確定，分別是： 1)計算機下傳數據01H，單片機上傳存放數據的文件的參數; 2)計算機下傳數據02H及8字節參數，8字節參數包括存放數據的地址、數據的數量，單片機通過調用相關子程序分析參數，并將相應的數據上傳; 3)計算機下傳數據03H，單片機執行關閉CH372的操作命令。 3.1 單片機端程序 在單片機端采用匯編語言編寫程序，在程序設計過程中，考慮到系統的可靠性、穩定性以及調試過程直觀性的需要，故采用匯編語言編寫程序，程序流程如圖2所示。 3.2 計算機端程序 CH372在計算機端提供了應用層接口，應用層接口是由CH372動態鏈接庫DLL提供的面向功能應用的API，所有API在調用后都有操作狀態返回，但不一定有應答數據。CH372動態鏈接庫提供的API包括：設備管理API、數據傳輸API、中斷處理API。 在計算機端采用Visual Basic(VB)編寫程序，利用VisualBasic的該特性，調用CH372動態鏈接庫DLL提供的面向功能的應用API函數編寫計算機端的應用程序，其工作流程如圖3所示。 4 試驗結果 本文自主研發的基于CH372的USB通信技術，設計約定了3種通信模式，下面僅介紹模式2(下傳02H和8字節參數)下的通信調試過程，其調試通信步驟如下： 1)在計算機端安裝了CH372的Windows系統下的驅動CH372DRV，安裝后，上位機電路板可以像U盤一樣在計算機上進行熱插拔。 2)運行上位機板USB芯片的初始化程序后，計算機端設備管理器會跳出如圖4的窗口，表示芯片工作正常，計算機和上位機板就可以采用請求加問答的方式進行通信。 3)計算機運行Visual Basic平臺下的程序代碼如下所示，向上位機發送數據02H和參數。 4)發送數據結束后，計算機跳出如圖5反饋窗口，該窗口表示下傳9個參數成功，單片機在接收到02H及相應的參數后，通過分析參數，確定要上傳數據的存放地址、上傳數據的個數，并通過CH372將數據上傳至計算機。在計算機端，接收的數據放在預先設定的文件中，如圖6所示，以備為計算機分析處理數據所調用。 5 結束語 本文研究了基于CH372的USB通訊技術，設計了采用CH372實現單片機與計算機連通的硬件電路，并自主開發了計算機端和單片機端的應用程序。試驗表明在所設計的約定下，單片機與計算機很好地實現了數據通信，且該設計能夠明顯提高了系統數據傳輸速度，增強了數據傳輸的準確性和可靠性。 |
