基于CH371的USB接口在便携式无线抄表系统的应用

       1 引言

　   USB(Universal Serial Bus—通用串行总线)是由Intel，Compaq，Digital，IBM, Microsoft，NEC，Northern Telecom七家世界著名的计算机和通信公司共同推出的新一代总线接口标准。

　   作为一种PC机与外设之间的高速通信接口,USB具有连接灵活、可热插拔、一种接口适合多种设备、速度高(USB1.1协议支持12Mbps,USB2.0协议支持480Mbps)、自动配置、无需定位及运行安装程序、可为外设提供电源、低功耗、低成本、可靠性高等优点，因而在数码相机、便携式仪器、便携式存储设备等产品中广泛应用。

　　但是，USB接口的开发一般要求设计人员对USB的标准、Firmware(固件)编程及驱动程序的编写等有较深入的理解，因此限制了一般的硬件工程师对 USB接口产品的开发使用;我们在便携式无线抄表系统中使用的USB接口芯片CH371，使用简单、性能卓越，价格低廉，只要熟悉单片机编程及简单的VB 或VC应用程序编程，使一般的硬件工程师在极短的周期内就能很容易地开发出相应的USB产品。图1示出了无线抄表与管理系统的原理框图。

图1无线抄表与管理系统的原理框图

　　2  USB总线的通用接口芯片CH371简介

　　CH371是USB总线的通用接口芯片。

　　如图2所示，在本地端，CH371具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，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，CH371的配套软件提供了简洁易用的操作接口，与本地端的单片机通信就如同读写硬盘中的文件。CH371屏蔽了USB通信中的所有协议，在计算机应用层与本地端控制器之间提供端对端的连接。基于CH371，不需要了解任何USB协议或者固件程序甚至驱动程序，就可以轻松地将并口、串口的产品升级到USB接口。

图2     CH371芯片原理图

　　它具有以下特点:

       (1) 屏蔽USB协议，在计算机应用层与本地端之间提供端对端的连接;
       (2) 两种通信模式:单向数据流模式、请求加应答模式，支持伪中断;
       (3) 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;
       (4) 标准的USB V1.1接口，即插即用，D+引脚内置上拉电阻;
       (5) 内置4个端点，支持USB的控制传输、批量传输、中断传输;
       (6) 通用Windows驱动程序，提供设备级接口和应用层接口;
       (7) 通用的本地8位数据总线，4线控制:读选通、写选通、片选输入、中断输出;
       (8) 占用16个地址，可选直接地址方式或者复用地址方式;
       (9) 内置输入输出缓冲区，以中断方式通知本地端控制器传输数据;
       (10) 内置硬件实现的I2C主接口，应用层可以直接读写外挂的I2C从设备;
       (11) 在主控方式下可以提供16根输入信号线或者12根独立控制的输出信号线;
       (12) 内置上电复位，提供高电平有效复位输出和低电平有效复位输出;
       (13) 内置可选的看门狗电路Watch-Dog，为本地端控制器提供监控。

　　3  CH371在基于单片机的无线抄表仪中的硬件接口设计

　　图3示出的是CH371与MCU的硬件接口简图，因此对MCU AT89C52的硬件连接比较简略，主要是在该系统的设计中，如晶振的选择连接以及复位电路等没有什么特殊的要求，而CH371的复位完全可以采用单片机复位电路产生的复位信号。

       带I2C接口的串行EEPROM  24C01的作用是用于存储产品的VID、PID、设备序列号等信息，只要地址不相同就可以挂接多片带I2C接口的外围芯片，用户可以利用提供的动态连接库的函数非常方便地完成对串行EEPROM的读出和写入相应的信息。当然系统设计中也可以没有EEPROM，CH371将使用默认的VID、PID、产品描述符和电源描述符，并且没有设备的序列号。

图3CH371与MCU的硬件接口简图

　　需要注意的是，最好在USB连接器1和4之间跨接一个100μF电解电容和一个0.1μF独石或瓷片电容;12MHz的晶振的外壳最好接地;阻抗匹配电阻在80Ω~150Ω之间即可。

　　4  信息传输软件实现流程

　　(1) 下位机数据上传子程序

　　流程简图如图4所示。

图4数据上传子程序流程图     

　　(2) 下位机中断服务程序

　　流程图如图5所示。

图5     下位机中断服务程序流程图

　 (3) 计算机应用层的程序

　  在计算机上装载WINCHIPHEAD 提供的CH371的通用驱动程序后，我们不必再考 虑USB通信协议、固件程序、驱动程序、自动配置过程和底层数据传输过程，只需要根据提供的动态连接库的接口函数，用VB或VC编制自己的应用程序即可。

        5  结束语

　　从目前的实际应用来看，系统的设计是成功的。尤其是基于CH371的USB接口具有硬件设计简单、软件编程容易、成本低、传输速率快、可靠性高等特点，相信基于CH371的USB 接口新产品将会越来越多。

本文来源：PLC&FA    作者：刘明 高丽丽 朱其刚

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