基于ATmega128和CH374的USB接口設(shè)計(jì)
摘要:針對(duì)嵌入式MCU的USB接口需求,提出了以ATmega128為微處理器,采用USB控制器CH374,用SPI串口方式設(shè)計(jì)了一款USB接口,以解決嵌入式MCU與PC機(jī)進(jìn)行通訊問(wèn)題。文中介紹了該接口的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法,充分利用南京沁恒公司提供的資源,大大降低了軟件設(shè)計(jì)的難度,提高了工作效率。在1KW碟式斯特林太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置中得到了應(yīng)用,實(shí)踐證明,該USB接口工作穩(wěn)定、可靠,成本較低,取得了良好的應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞:ATmega128;CH374;SPI;USB接口
隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展,嵌入式MCU需要增加USB接口,以便實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)等USB主機(jī)系統(tǒng)的通信。針對(duì)這樣的需求,解決方案比較多,均有一個(gè)共同點(diǎn),都采用PHILIPS公司的PDIUSBD12芯片,該芯片為并行總線接口,占用過(guò)多的MCU端口資源,且與MCU的軟件接口編寫(xiě)復(fù)雜,同時(shí)芯片價(jià)格也不便宜。為此,采用南京沁恒電子有限公司的USB芯片CH374設(shè)計(jì)了一款USB接口,以解決嵌入式MCU與PC機(jī)通信問(wèn)題。CH374不僅價(jià)格有優(yōu)勢(shì),該公司還提供了完善的USB驅(qū)動(dòng)程序,且在芯片內(nèi)部集成了數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動(dòng)并行接口、串行接口、命令解釋器、通用的固件程序等,這樣,以CH374設(shè)計(jì)的USB設(shè)備,不需要詳細(xì)了解USB通訊協(xié)議,開(kāi)發(fā)編程非常方便。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)原理
該系統(tǒng)以ATmega128單片機(jī)和CH374接口芯片為核心。ATmega128單片機(jī)是基于AVR RISC結(jié)構(gòu)8位低功耗CMOS微處理器,內(nèi)部帶有128 Kb的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH程序存儲(chǔ)器;4 Kb的EEPROM;4 Kb的SRAM;串行外圍設(shè)備接口(SPI);有53個(gè)可編程的通用I/O腳,32個(gè)通用工作寄存器;有4個(gè)靈活的具有比較模式和PWM功能的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C);自帶8通道10位ADC,可選的可編程增益;片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器:與IEEE1149.1規(guī)范兼容的JTAG測(cè)試接口,可以用于片上調(diào)試;6種可以通過(guò)軟件選擇的省電模式,采用64引腳TQFP與MLF封裝;峰值運(yùn)算速度達(dá)16 MIPS,非常適合應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中。
USB器件采用CH374。該芯片支持USB-HOST主機(jī)方式和USB-DEVICE/SLAVE設(shè)備方式,內(nèi)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(shí)傳輸。CH374具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫(xiě)、片選控制線以及中斷輸出,可以方便地掛接到單片機(jī)/DSP /MCU/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,CH374的配套軟件提供了簡(jiǎn)潔易用的操作接口,與本地端的單片機(jī)通信就如同讀寫(xiě)文件,降低了開(kāi)發(fā)難度,除此之外,CH374還提供了節(jié)約I/O引腳的SPI串行通訊方式,通過(guò)SPI串行接口以及中斷輸出與單片機(jī)/DSP/MCU/ MPU等相連接。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
1.2 硬件電路
CH374通過(guò)SPI串行接口以及中斷輸出與單片機(jī)連接,以便節(jié)約單片機(jī)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(jī)連接5個(gè)信號(hào)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。
ATmega128單片機(jī)配置為SPI主機(jī)時(shí),SPI接口不自動(dòng)控制PBO(SS#)引腳,必須由用戶軟件在通信開(kāi)始前進(jìn)行處理。對(duì)SPI數(shù)據(jù)寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)即啟動(dòng)SPI時(shí)鐘,將8比特的數(shù)據(jù)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(shí)鐘SCK的上升沿輸入數(shù)據(jù),并在允許輸出時(shí)從SCK的下降沿輸出數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)位順序是高位在前,計(jì)滿8位為一個(gè)字節(jié)。SPI的操作步驟如下:
1)ATmega128產(chǎn)生CH374芯片的SPI片選,低電平有效;
2)ATmega128按SPI輸出方式發(fā)出一個(gè)字節(jié)的地址碼,用于指定其后讀寫(xiě)操作的起始地址;
3)ATmega128發(fā)出一個(gè)字節(jié)的命令碼指明操作方向,讀操作命令碼是COH,寫(xiě)操作命令碼是80H;
4)如果是寫(xiě)操作,ATmega128發(fā)出一個(gè)字節(jié)的待寫(xiě)數(shù)據(jù),CH374收到并保存到指定地址后地址自動(dòng)加1,ATmega128繼續(xù)發(fā)出若干個(gè)字節(jié)的待寫(xiě)數(shù)據(jù),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(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)并輸出后地址自動(dòng)加1,ATmega128收到數(shù)據(jù)并保存,CH374繼續(xù)從下一個(gè)地址讀出數(shù)據(jù)并輸出,直到ATmega128禁止SPI片選;
6)ATmega128禁止CH374芯片的SPI片選,以結(jié)束當(dāng)前SPI操作。
評(píng)論