一种新型的USB通信技术研究
通用串行总线(universal serial bus，简称usb)是在1995年被提出来的，并由compaq，digital equipment corp(现属于compaq)，ibm，intel，microsoft，nec和northern telecom等7家公司定义和推广。由于usb技术具有易于使用、热插拔、速度快、功耗低等特点，使得usb通信技术得到广泛应用。基于此，本文提出了一种基于ch372芯片的usb通信技术，可实现单片机与计算机之间的usb通讯。
1 ch372简介
usb接口芯片种类繁多，基本上可分为两类：一类是内带有cpu通用功能的usb接口芯片，另一类是内部不带集成cpu的纯粹的usb接口芯片。ch371、ch372、ch375芯片系列就是后者。本研究中，由于usb接口仅用于读写等数据传送功能，且数据处理及信号转换部分还需单片机控制，因此选用纯粹的usb接口芯片ch372与at89c52单片机配合实现。在单片机端，ch372具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便挂接到单片机／dsp／mcu／mpu等控制器的系统总线上；在计算机端，ch372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文件一样便捷。
ch372芯片与普通的通用串口芯片相比有以下优点：
1)全速设备接口，兼容usb2．0，即插即用，外围元器件只需晶体和电容即可；
2)提供一对主端点和一对辅助端点，支持控制传输、批量传输、中断传输；
3)具有省事的内置固件模式和灵活的外部固件模式，内置固件模式下屏蔽了相关的usb协议，自动完成标准的usb枚举配置过程，完全不需要本地端控制器做任何处理，简化了单片机的固件编程；
4)通用windows驱动程序提供设备接口，通过dll提供api应用层接口；
5)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；
6)主端点上传下传缓冲区各64字节，辅助端点上传下传缓冲区各8字节。
2 系统硬件电路设计
ch372芯片在本地端提供了通用的被动并行接口，包括：8位双向数据总线d7～d0、读选通输入引脚rd#、写选通输入引脚wr#、片选输入引脚cs#、中断输出引脚int#以及地址输入引脚a0。通过被动并行接口，ch372可以很方便地连接到各种8位单片机、dsp、mcu芯片上，并且可以与多个外围器件共存。基于ch372芯片的信息和参数。这里给出了ch372芯片单片机端的usb通讯电路，如图1所示。同时，该芯片可通过普通usb传输线实现与计算机的互通，图1中j1即为usb接头。
ch372芯片电路及pcb板设计需要注意的事项有：
1)为了降低电磁辐射，减少来自外界的干扰，pcb板的晶体y1的金属外壳接地；
2)为了降低对时钟信号的干扰，pcb设计时尽量不在晶体及振荡电容附近走线，尤其是不要走继电器、电动机等带有瞬时冲击电流的电源线和强信号线；
3)给usb插座单独供电，使usb设备刚插上时的电容充电过程不影响单片机和ch372：
4)在usb插座前串接限流电阻或电感；
5)pcb板布局要合理，电阻电容对齐，温度敏感的器件布置远离电源，板子要敷铜。
3 软件设计
ch372在计算机应用层与本地端单片机之间提供了端对端的连接，在这个基础上，usb接口可以选用单向数据流和请求加应答两种通讯方式。采用请求加应答的方式实现通信，都是由计算机主动请求，单片机被动应答完成数据传输。在程序编制过程中约定3种数据传输模式，通过计算机传输数据进行确定，分别是：
1)计算机下传数据01h，单片机上传存放数据的文件的参数；
2)计算机下传数据02h及8字节参数，8字节参数包括存放数据的地址、数据的数量，单片机通过调用相关子程序分析参数，并将相应的数据上传；
3)计算机下传数据03h，单片机执行关闭ch372的操作命令。
3．1 单片机端程序
在单片机端采用汇编语言编写程序，在程序设计过程中，考虑到系统的可靠性、稳定性以及调试过程直观性的需要，故采用汇编语言编写程序，程序流程如图2所示。
3．2 计算机端程序
ch372在计算机端提供了应用层接口，应用层接口是由ch372动态链接库dll提供的面向功能应用的api，所有api在调用后都有操作状态返回，但不一定有应答数据。ch372动态链接库提供的api包括：设备管理api、数据传输api、中断处理api。
在计算机端采用visual basic(vb)编写程序，利用visualbasic的该特性，调用ch372动态链接库dll提供的面向功能的应用api函数编写计算机端的应用程序，其工作流程如图3所示。
4 试验结果
本文自主研发的基于ch372的usb通信技术，设计约定了3种通信模式，下面仅介绍模式2(下传02h和8字节参数)下的通信调试过程，其调试通信步骤如下：
1)在计算机端安装了ch372的windows系统下的驱动ch372drv，安装后，上位机电路板可以像u盘一样在计算机上进行热插拔。
2)运行上位机板usb芯片的初始化程序后，计算机端设备管理器会跳出如图4的窗口，表示芯片工作正常，计算机和上位机板就可以采用请求加问答的方式进行通信。
3)计算机运行visual basic平台下的程序代码如下所示，向上位机发送数据02h和参数。
4)发送数据结束后，计算机跳出如图5反馈窗口，该窗口表示下传9个参数成功，单片机在接收到02h及相应的参数后，通过分析参数，确定要上传数据的存放地址、上传数据的个数，并通过ch372将数据上传至计算机。在计算机端，接收的数据放在预先设定的文件中，如图6所示，以备为计算机分析处理数据所调用。
5 结束语
本文研究了基于ch372的usb通讯技术，设计了采用ch372实现单片机与计算机连通的硬件电路，并自主开发了计算机端和单片机端的应用程序。试验表明在所设计的约定下，单片机与计算机很好地实现了数据通信，且该设计能够明显提高了系统数据传输速度，增强了数据传输的准确性和可靠性。
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