USB总线接口芯片CH371及其应用

　　摘要：CH371是一种新型USB通用总线接口芯片。利用该芯片可在不了解任何USB协议或固件程序甚至驱动程序的情况下，轻松地将并口或串口产品升级到USB接口。文中介绍了该接口芯片的主要特点和引脚功能，给出了CH371与其它总线进行接口的几种应用电路，同时给出了CH371与MCS-51单片机的接口程序。

　　关键词：USB 总线接口芯片 CH371 单片机

　　1 引言

　　CH371是一种USB总线通用接口芯片。该芯片具有8位数据总线以及读、写、片选控制线和中断输出，可以方便地挂接到单片机、DSP、MCU等控制器的系统总线上;在计算机系统中，通过CH371的配套软件可提供简洁易用的操作接口，从而使其与本地端的单片机通讯就如同读写硬盘中的文件一样简单。由于CH371屏蔽了USB通讯中的所有协议，因而可在计算机应用层与本地端控制器之间提供端对端的连接。在不需要了解任何USB协议或者固件程序甚于驱动程序的情况下，就可轻松地将并口、串口产品升级到USB接口。

　　

 

　　CH371的主要特点如下：

　　●屏蔽了USB协议，可在计算机应用层与本地端之间实现端对端的连接。

　　●具有单向数据流和请求加应答两种通讯模式，并支持伪中断。

　　●可自动完成USB配置过程，完全不需要本地端控制器作任何处理。

　　●采用标准的USB1.1接口，即插即用，D+引脚内置上接电阻。

　　●内置4个端点，支持USB的控制传输、批量传输、中断传输。

　　●带有通用Windows驱动程序，可提供设备级接口和应用层接口。

　　●具有通用本地8位数据总线，可用4线控制读选通、写选通、片选输入和中断输出。

　　●占用16个地址，可选择直接地址方式或者复用地址方式。

　　●内置输入输出缓冲区，能以中断方式通知本地端控制器传输数据。

　　●内置I2C主接口，因而应用层可以直接读写外挂的I2C从设备。

　　●在主控方式下可以提供16根据输入信号线或12根独立控制的输出信号线。

　　●内置上电复位电路，可提供高电平有效复位输出和低电平有效复位输出。

　　●内含可选的看门狗电路Watch-Dog，能为本地端控制器提供监控。

　　●具有DIP28、SOP28、DIP24、CHIP等多种封装形式。

　　2 引脚功能

　　CH371的引脚排列如图1所示，表1所列是其引脚功能。

　　表1 CH371的引脚功能

　　28脚封装

　　的引脚号24脚封装

　　的引脚号引脚名称类 型引 脚 说 明

　　2824VCC电源电源正端

　　129GND电源接地

　　1411XI输入晶体振荡输入端，带偏置电阻

　　1310XO输出晶体振荡反相输出端

　　107D+双向USB D+数据线，内置上拉电阻可控

　　118D-双向USB D-数据线

　　96OFF输入用于关闭D+上位电阻，高有效，带下拉

　　22151912D7D0双向8位双向数据总线，带上拉，可直接输入和独立控制输出

　　44RD输入读选通输入，低有效，带上拉，同时用于看门狗的清除输入

　　33WR输入写选通输入，低有效，带上拉

　　2723CS输入片选输入，低有效，带下拉

　　22ALE输入地址锁存使能，高有效，带上拉，在下降沿可锁存数据总线的复用地址

　　11INT输出中断输出，传输成功，低有效

　　585部分支持A3A0双向4位地址输入线，带上拉，可直接输入和独立控制输出

　　2421SCL输出I2C接口时钟线

　　2320SDA双向I2C接口数据线，开漏输出，带上拉

　　2522RST输出上电复位和看门狗复位，高有效

　　26不支持RST输出上电复位和看门狗复位，低有效

　　3 应用

　　3.1 与USB总线的连接

　　图2是CH371与USB总线的接口连接电路，CH371芯片可以直接使用USB总线的5V电源。电容C3和C4用于电源退耦;将电阻R1和R2串接在CH371与USB总线之间可进行阻抗匹配;晶振X1、电容C1和C2用于CH371芯片的时钟振荡电路。CH371芯片的SCL和SDA信号线可以直接连接I2C接口的从设备，如连接24COX器件以用来存储系统断电后不能丢失的重要数据，也可以存储身份识别数据、记费数据等，由于24COX中的数据只有计算机应用层才能够存取。

　　3.2 与单片机的接口电路

　　CH371芯片具有通用的被动并行接口，可以直接连接多种单片机、DSP和MCU。图3所示是CH371与MCS-51系列单片机的接口电路，CH371可通过D7～D0、RD、WR、CS、ALE直接挂接到AT89C51的系统总线上。连接ALE而不连接A3～A0则采用复用地址方式，连接A3～A0而不连接ALE则采用直接地址方式。当采用复用地址方式时，CH371的A3～A0脚空闲，此时可以参考主控方式将A3～A0用于LED驱动或状态输入等;当采用直接地址方式时，应该将CH371芯片的ALE引脚悬空或者接高电平，然后通过A3～A0直接输入地址。该电路中，CH371可向AT89C51提供上电复位信号RST。CH371的中断输出INT连接到U2的外部中断INTO，反相器U5用于简单的地址译码，SRAM器件62256的地址为8000H-FFFFH，CH371的地址为0000H-7FFFH(实际只需要16个地址)。

　　

 

　　3.3 主控方式应用

　　图4是CH371在主控方式下的应用电路。该电路实际是基于CH371的主控方式设计的8通道数据采集器。可以看出：包括CH371在内，该电路只用到了三个集成电路，并且不需要任何单片机、DSP、MCU等控制器。CH371芯片的双向引脚A3～A0应该设置为输出，其中A3用于以低电平启动模数转换，A2～A0用于选择采集通道，双向引脚D7～D0应该设置为输入，用于输入采集到的结果，CS、ALE用于输入采集状态。实际电路应该采用精确的参考电压，并添加辅助电路(如电源退耦电容等)。另外，也可以用自带多通道选择器的模数转换芯片来代替U6和U7，如8通道AD芯片MAX158等。

　　3.4 与单片机的接口程序

　　下面是U2(MCS-51单片机)与U1(CH371)的接口参考程序：

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

　　;需要主程序定义的参数

　　;CH371_PAGE EQU 00H;CH371所在的页面地址，地址译码后自动片选

　　;CH371_SYSTEM EQU 02H;CH371系统功能设定寄存器的地址偏移

　　;CH371_CONFIG EQU 02H;CH371设备配置信息寄存器的地址偏移

　　;CH371_INT_SET EQU 06H;CH371中断数据设定寄存器的地址偏移

　　;CH371_STATUS EQU 06H;CH371传输状态信息寄存器的地址偏移

　　;CH371_LENGTH EQU 07H;CH371数据长度寄存器的地址偏移

　　;CH371_BUFFER EQU 08H;CH371O数据缓冲区的起始地址偏移

　　;SAVE_STATUS DATA 29H;保存传输状态信息，根据需要可选

　　;SAVE_LENGTH DATA 2AH;当前数据缓冲区中的长度，用于保存下传长度

　　;SAVE_BUFFER DATA 30H;数据缓冲区，用于保存接收到的下传数据

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

　　;初始化子程序

　　;USE：ACC,DPTR

　　CH371_INIT:MOV DPH,#CH371_PAGE

　　;CH371所在的页面地址，地址译码后自动片选MOV DPL,#CH371_LENGTH;CH371数据长度寄存器的地址偏移

　　图3

　　MOV A,#OFH

　　MOVX @DPTR,A;置上传数据长度寄存器为15，暂时没有数据上传

　　CLR A;尚未有数据下传

　　MOV SAVE_LENGTH,A;保存下传数据长度

　　SETB ITO;置外部信号为下降沿触发

　　CLR IEO;清中断标志

　　SETB PXO;置高优先级

　　SETB EXO;允许中断

　　RET

　　;上传数据子程序

　　;ENTRY:RO指向存放了准备上传数据的缓冲区，R7准备上传的数据长度0至8

　　;USE:ACC,B,R0,R7,DPTR

　　CH371_UPLOAD:MOV B,R7;将数据长度暂存到B中

　　MOV DPH,#CH371_PAGE;CH371所在的页面地址，地址译码后自动片选

　　MOV DPL,#CH371_BUFFER;CH371数据缓冲区的起始地址偏移

　　MOV A,R7;上传数据长度

　　JZ CH371_UPLOAD_O;数据长度为0则不必写入

　　CH371_UPLOAD_1:MOV A,@RO;读取一字节的数据

　　INC RO;指向下一个数据的地址

　　MOVX @DPTR,A;写到CH371的上传数据缓冲区

　　INC DPL

　　DJNZ R7,CH371_UPLOAD-1;继续读取上传数据直至结束

　　CH371_UPLOAD_0:MOV DPL,#CH371_LENGTH;CH371数据长度寄存器的地址偏移

　　MOV A,B

　　MOVX @DPTR,A;将本次数据的长度置入上传数据长度寄存器

　　RET

　　;中断服务子程序

　　;USE：堆栈6字节，工作寄存器组1的RO,R7

　　CH371_INTER:PUSH PSW;现场保护

　　CLR IEO;清中断标志，防止重复执行，对应于INTO中断

　　PUSH ACC

　　PUSH DPL

　　PUSH DPH

　　SETB RSO;PSW.3,切换至工作寄存器组1

　　MOV DPH,#CH371_PAGE;CH371所在的页面地址，地址译码后自动片选

　　MOV DPL,#CH371_STATUS;CH371传输状态信息寄存器的地址偏移

　　MOVX A,@DPTR;读取传输状态信息寄存器

　　MOV SAVE-STATUS,A;保存传输状态

　　MOV DPL,#CH371_LENGTH;CH371数据长度寄存器的地址偏移

　　JB ACC.0,CH371_INT_UP;传输状态信息寄存器位0为1，则指示上传完成

　　;是数据下传完成中断

　　MOVX A,@DPTR;读取下传数据长度寄存器

　　MOV SAVE_LENGTH,A;保持下传数据长度

　　JZ CH371_INT_RET ;下传数据长度为0，则直接退出中断

　　MOV DPL,#CH371_BUFFER;CH371数据缓冲区的起始地址偏移

　　MOV RO,#SAVE-BUFFER;单片机内部的数据缓冲区，用于存放下传数据

　　MOV R7,A ;用于读取数据的计数

　　CH371_INT_DOWN:MOVX A,@DPTR;读取一字节的下传数据

　　INC DPL ;指向下一个数据的地址

　　MOV @RO,A;保存到数据缓冲区

　　INC RO

　　DJNZ R7,CH371_INT_DOWN;继续读取下传数据直至结束

　　SJMP CH371_INT_RET ;接收完下传数据，退出中断

　　;是数据上传完成中断

　　CH371_INT_UP:MOV A,#0FH;15

　　MOVX @DPTR,A ;置上传数据长度寄存器为15，暂时没有后续数据

　　CH371_INT_RET: ;中断返回

　　POP DPH

　　POP DPL

　　POP ACC

　　POP PSW ;恢复寄存器并选择工作寄存器组0

　　RETI ;中断返回

　　;

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

　　

 

　　4 结束语

　　CH371芯片具有通用的被动并行接口，可以直接连接多种单片机、DSP、MCU等。可以预见，CH371将在USB产品设计中大显身手。