基于ATmega128和CH374的USB接口的軟硬件設計
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1 系統硬件設計
1.1 系統原理
該系統以ATmega128單片機和CH374接口芯片為核心。ATmega128單片機是基于AVR RISC結構8位低功耗CMOS微處理器，內部帶有128 Kb的系統內可編程FLASH程序存儲器；4 Kb的EEPROM;4 Kb的SRAM;串行外圍設備接口（SPI）；有53個可編程的通用I/O腳，32個通用工作寄存器；有4個靈活的具有比較模式和PWM功能的定時器/計數器（T/C）；自帶8通道10位ADC,可選的可編程增益；片內振蕩器的可編程看門狗定時器：與IEEE1149.1規范兼容的JTAG測試接口，可以用于片上調試；6種可以通過軟件選擇的省電模式，采用64引腳TQFP與MLF封裝；峰值運算速度達16 MIPS,非常適合應用在嵌入式系統中。
USB器件采用CH374.該芯片支持USB-HOST主機方式和USB-DEVICE/SLAVE設備方式，內置3端口HUB根集線器，支持低速和全速的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸以及同步/等時傳輸。CH374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 /MCU/MPU等控制器的系統總線上。在計算機系統中，CH374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，降低了開發難度，除此之外，CH374還提供了節約I/O引腳的SPI串行通訊方式，通過SPI串行接口以及中斷輸出與單片機/DSP/MCU/ MPU等相連接。系統原理圖如圖1所示。
圖1 系統原理圖
1.2 硬件電路
CH374通過SPI串行接口以及中斷輸出與單片機連接，以便節約單片機的I/O引腳。CH374芯片的RD#引腳和WD#為低電平（接地）且CS#引腳為高電平（接正電源），則CH374將工作于SPI串口方式。在SPI串口方式下，CH374只需要與ATmega128單片機連接5個信號線：SCS#引腳、SCK引腳、SDI引腳、SDO引腳以及INT#引腳，其它引腳都可以懸空。電路示意圖如圖2所示。
圖2 硬件電路示意圖
ATmega128單片機配置為SPI主機時，SPI接口不自動控制PBO（SS#）引腳，必須由用戶軟件在通信開始前進行處理。對SPI數據寄存器寫入數據即啟動SPI時鐘，將8比特的數據移入CH374芯片。CH374的SPI接口支持SPI模式0和SPI模式3,CH374總是從SPI時鐘SCK的上升沿輸入數據，并在允許輸出時從SCK的下降沿輸出數據，數據位順序是高位在前，計滿8位為一個字節。SPI的操作步驟如下：
1）ATmega128產生CH374芯片的SPI片選，低電平有效；
2）ATmega128按SPI輸出方式發出一個字節的地址碼，用于指定其后讀寫操作的起始地址；
3）ATmega128發出一個字節的命令碼指明操作方向，讀操作命令碼是COH,寫操作命令碼是80H;
4）如果是寫操作，ATmega128發出一個字節的待寫數據，CH374收到并保存到指定地址后地址自動加1,ATmega128繼續發出若干個字節的待寫數據，CH374依次處理，直到ATmega128禁止SPI片選；
5）如果是讀操作，CH374從指定地址讀出一個字節數據并輸出后地址自動加1,ATmega128收到數據并保存，CH374繼續從下一個地址讀出數據并輸出，直到ATmega128禁止SPI片選；
6）ATmega128禁止CH374芯片的SPI片選，以結束當前SPI操作。
2 系統軟件設計
軟件開發采用ATMEL公司的AVR STUDIO 3.53集成開發環境，包括：AVR ASSEMBLER編譯器、AVR STUDIO調試功能、AVR PROG串行、并行下載功能、JTAG ICE仿真功能，本設計采用的是JTAG ICE仿真調試。軟件設計主要包括固件程序設計、應用程序設計和驅動程序設計3個部分。
2.1 固件程序設計
CH374內置了USB通信中的底層協議，因此單片機程序非常簡潔。在外置固件模式下，在完成CH374的初始化工作后，由外部單片機根據需要自行處理各種USB請求，從而完成USB總線連接過程。初始化CH374主要完成USB設備的枚舉，CH374初始化程序的程序如下：
void CH374_PORT_INIT（） /*進行初始化*/
{ unsigned char i;
PORTB |=0x03;/*禁止SPI片選，設置SCS#默認為高電平*/
DDRB |=0x07;/*設置SCS#,SCK,SDI為輸出*/
DDRB=0x08;/*SDO輸入*/
SPCR=0x5C;/*設置SPI模式3*/
CH374_DAT_PORT=1;/*設置為使用外置固件的USB設備方式*//*下述啟用中斷，CH374連接在INT0*/
IT0=0;/*置外部信號為低電平觸發*/
IE0=0;/*清中斷標志*/
EX0=1;/*允許CH374中斷*/
}
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