論CH371的USB接口在便攜式無線抄表系統的應用

引言

　　USB(Universal Serial Bus—通用串行總線)是由Intel，Compaq，Digital，IBM, Microsoft，NEC，Northern 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12Mbps,USB2.0協議支持480Mbps)、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、可靠性高等優點，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。

　　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，使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。圖1示出了無線抄表與管理系統的原理框圖。

　　圖1無線抄表與管理系統的原理框圖

2 USB總線的通用接口芯片CH371簡介

CH371是USB總線的通用接口芯片。

　　如圖2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、MCU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同讀寫硬盤中的文件。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。基于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。

　　圖2 CH371芯片原理圖

它具有以下特點:

(1) 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;
(2) 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;
(3) 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;
(4) 標準的USB V1.1接口，即插即用，D+引腳內置上拉電阻;
(5) 內置4個端點，支持USB的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸;
(6) 通用Windows驅動程序，提供設備級接口和應用層接口;
(7) 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;
(8) 占用16個地址，可選直接地址方式或者復用地址方式;
(9) 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;
(10) 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;
(11) 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;
(12) 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;
(13) 內置可選的看門狗電路Watch-Dog，為本地端控制器提供監控。

3 CH371在基于單片機的無線抄表儀中的硬件接口設計

　　圖3示出的是CH371與MCU的硬件接口簡圖，因此對MCU AT89C52的硬件連接比較簡略，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的作用是用于存儲產品的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行EEPROM的讀出和寫入相應的信息。當然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。