80C51和CH375的USB打印機驅動設計

　　摘要：介紹基于80C51和CH375的LPTUSB打印機驅動器的設計與實現方法，介紹USB總線的通用接口芯片CH375的特點及工作原理，給出80C51單片機通過CH375控制USB打印機的硬件設計及其C語言軟件實現。利用該設計能夠實現并行打印口數據在USB打印機直接打印，極大的克服了有些并口儀器必須連接并口打印機才能打印的弊端，可極大方便用戶的使用。

　　關鍵詞：CH375 LPT USB 打印機 80C51 單片機

引 言

　　本課題來源于北京普析通用公司的一個項目。由于公司現有單機版光譜儀器產品（如1810、T6等）采用的是并行口打印技術，而隨著USB打印機技術的逐漸普及，并行口打印機越來越不好買到，而且有些用戶的打印機只是USB接口而非并行口，因此現有儀器產品對打印機的支持變得不能適應用戶需要。為了實現能將公司的并行口儀器直接和USB打印機相連進行打印，決定設計開發一款LPT-USB打印機的驅動器，負責并口儀器和USB打印機的連接。

　　本文利用單片機和USB總線接口芯片實現LPT-USB打印機的驅動器設計。利用該設計將能夠實現并行打印口數據可以在USB打印機上的直接打印工作，克服了有些并口儀器必須連接并口打印機才能打印的弊端，極大地方便了用戶的使用。

1 CH375芯片特點及工作原理

1.1 CH375芯片特點

　　CH375 是一個USB總線的通用接口芯片，支持Host主機方式和Slave設備方式。CH375芯片內部集成了PLL倍頻器、主從USB接口SIE、數據緩沖區、被動并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸的協議處理器、通用的固件程序等。在本地端，CH375 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。CH375 的USB 主機方式支持各種常用的USB 全速設備，外部單片機/DSP/MCU 可以通過CH375 按照相應的USB 協議與USB 設備通信。CH375芯片有如下特點：

　　① 全速USBHOST 主機接口USB V1.1，支持動態切換主機與設備方式，外圍元器件只需要一個晶體和2個電容;

　　② 主機端點輸入和輸出緩沖區各64 B，支持常用的12 Mbps 全速USB設備;

　　③ 支持USB 設備的控制傳輸、批量傳輸和中斷傳輸；

　　④ 自動檢測USB 設備的連接和斷開，提供設備連接和斷開的事件通知；

　　⑤ 內置控制傳輸協議處理器，簡化常用的控制傳輸；

　　⑥ 并行接口包含8 位數據總線，4 線控制（讀選通、寫選通、片選輸入和中斷輸出）；

　　⑦ 串行接口包含串行輸入、串行輸出和中斷輸出，支持通信波特率動態調整；

　　⑧ 支持5 V電源電壓和3.3 V電源電壓。

1. 2CH375芯片工作原理

　　如圖1所示，CH375芯片通過被動并行接口芯片可以很方便地掛接到各種8 位單片機、DSP和MCU 的系統總線上，并且可以與多個外圍器件共存。并口信號線包括：8 位雙向數據總線D7～D0、讀選通輸入RD、寫選通輸入WR、片選輸入CS、中斷輸出INT以及地址輸入線A0。CH375 芯片的RD和WR可以分別連接到單片機的讀選通輸出引腳和寫選通輸出引腳。INT可以連接到單片機的中斷輸入引腳，中斷請求是低電平有效。當CS和RD以及A0 都為低電平時，CH375 中的數據通過D7～D0 輸出；當CS和WR以及A0 都為低電平時，D7～D0 上的數據被寫入CH375 芯片中；當CS和WR都為低電平而A1 為高電平時，D7～D0 上的數據被作為命令碼寫入CH375 芯片中。

　　圖1主機通過CH375控制USB設備原理圖

圖2硬件電路原理圖

2 硬件電路設計

　　單片機通過CH375控制USB打印機的硬件電路，如圖2所示。

　　如圖2所示，CH375芯片通過被動并行接口芯片掛接到8 位單片機的系統總線上，CH375 的TXD 引腳接地，從而使CH375 工作于并口方式。CH375芯片的8 位雙向數據總線D7～D0直接與單片機的P0數據口相連，RD和WR分別連接到單片機的讀選通輸出引腳和寫選通輸出引腳。片選信號CS連接到單片機的P26引腳，該引腳為低電平時選通CH375芯片。INT可以連接到單片機的中斷輸入INT0引腳，中斷請求是低電平有效。地址輸入線A0連接至單片機的P25引腳，當A0引腳為高電平時選擇命令端口，可以寫入命令；當A0引腳為低電平時選擇數據端口，可以讀寫數據。

　　采用74HC245三態雙向總線驅動器作為打印機口向單片機傳送并口數據的接口，其片選信號與單片機的P27相連，方向控制位DIR與單片機的T0相連。當DIR置成高電平時，數據從A端口向B端口傳送，此時單片機可以通過讀取74HC245數據端口即可得到并口數據。打印機狀態信號BUSY連接至單片機的P15引腳，并口數據采集控制信號CTRL直接連至單片機的INT1中斷引腳，當INT1產生中斷時，單片機從并口將數據取走，然后再發送至打印機打印出來。

3 軟件設計實現

　　軟件實現的流程如圖3所示。該軟件編程是用C語言實現的，通信過程主要包括兩部分：初始化和并口數據的采集。

　　并口數據的采集是通過中斷方式進行的。采集數據的控制信號CTRL連接至單片機的中斷INT1引腳，通過不斷檢測INT1的狀態來進行并口數據的采集。當打印機不忙（即BUSY=0）時，如果有INT1中斷產生，則從74HC245的數據端口將并口數據讀出，同時將打印機忙標志BUSY置1（表示打印機忙）。當數據已經發送至打印機打印時，則將打印機忙標志BUSY置0。然后重復上述步驟進行并口數據的采集及打印。

　　初始化過程分兩部分：單片機初始化和打印機的枚舉初始化。單片機的初始化過程就是直接向相應的I/O口寫初始化值及設置看門狗，可調用函數watchdog_init()實現設置看門狗。

圖3軟件實現流程圖

　　打印機的枚舉初始化過程很重要，要實現打印采集到的并口數據，首先必須成功地枚舉初始化打印機。初始化USB打印機函數init_print()主要用到以下幾個主要函數：

　　◇ get_descr(1),獲取設備描述符。
　　◇ rd_usb_data(buffer)，從CH375中讀取數據到單片機中。
　　◇ set_addr(3)，設置打印機的USB地址。
　　◇ get_full_descr(buffer)，獲取配置描述符。
　　◇ set_config(unsigned char cfg)，加載USB配置值。

　　編者注：具體程序見本刊網站：www.mesnet.com.cn

結語

　　本文詳細介紹了基于80C51單片機和USB總線通用接口芯片CH375的LPT-USB打印機驅動器設計及C語言實現。經測試表明，利用該設計能夠實現并口儀器數據直接經USB打印機打印出來，打印結果正確無誤。該設計現已被用于并口儀器上，利用該驅動器，并行口儀器可以直接和USB打印機相連進行打印，極大克服了有些并口儀器必須連接并口打印機才能打印的弊端，從而很大程度上方便了用戶。