USB接口芯片CH375的原理及應(yīng)用(圖)
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對(duì)usb接口芯片ch375的功能、原理做了較詳細(xì)的介紹，并給出了在單片機(jī)讀寫u盤中的實(shí)例及注意事項(xiàng)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，usb移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的使用已經(jīng)非常普遍，因此在一些需要轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)的設(shè)備、儀器上使用usb移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備接口的芯片便相繼產(chǎn)生了，ch375就是其中之一，它是一個(gè)usb總線的通用接口芯片，支持host主機(jī)方式和slave設(shè)備方式。
在本地端，ch375具有8位數(shù)據(jù)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(jī)/dsp/mcu等控制器的系統(tǒng)總線上。在usb主機(jī)方式下，ch375還提供了串行通信方式，通過串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機(jī)/dsp/mcu等相連接。ch375的usb主機(jī)方式支持各種常用的usb全速設(shè)備，外部單片機(jī)/dsp/mcu可以通過ch375按照相應(yīng)的usb協(xié)議與usb設(shè)備通信。
ch375芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)
1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
ch375芯片內(nèi)部集成了pll倍頻器、主從usb接口sie、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動(dòng)并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器、通用的固件程序等。ch375芯片引腳排列如圖1所示。
2 內(nèi)部物理端點(diǎn)
ch375芯片內(nèi)部具有7個(gè)物理端點(diǎn)。
端點(diǎn)0是默認(rèn)端點(diǎn)，支持上傳和下傳，上傳和下傳緩沖區(qū)各是8b；端點(diǎn)1包括上傳端點(diǎn)和下傳端點(diǎn)，上傳和下傳緩沖區(qū)各是8b，上傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號(hào)是81h，下傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號(hào)是01h；端點(diǎn)2包括上傳端點(diǎn)和下傳端點(diǎn)，上傳和下傳緩沖區(qū)各是64b，上傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號(hào)是82h，下傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號(hào)是02h。
主機(jī)端點(diǎn)包括輸出端點(diǎn)和輸入端點(diǎn)，輸出和輸入緩沖區(qū)各是64b，主機(jī)端點(diǎn)與端點(diǎn)2合用同一組緩沖區(qū)，主機(jī)端點(diǎn)的輸出緩沖區(qū)就是端點(diǎn)2的上傳緩沖區(qū)，主機(jī)端點(diǎn)的輸入緩沖區(qū)就是端點(diǎn)2的下傳緩沖區(qū)。
其中，ch375的端點(diǎn)0、端點(diǎn)1、端點(diǎn)2只用于usb設(shè)備方式，在usb主機(jī)方式下只需要用到主機(jī)端點(diǎn)。
軟件接口
對(duì)于usb存儲(chǔ)設(shè)備的應(yīng)用，ch375直接提供了數(shù)據(jù)塊的讀寫接口，以512b的物理扇區(qū)為基本讀寫單位，從而將usb存儲(chǔ)設(shè)備簡(jiǎn)化為一種外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，單片機(jī)可以自由讀寫usb存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)據(jù)，也可以自由定義其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
ch375以c語(yǔ)言子程序庫(kù)提供了usb存儲(chǔ)設(shè)備的文件級(jí)接口，這些應(yīng)用層接口api包含了常用的文件級(jí)操作，可以移植并嵌入到各種常用的單片機(jī)程序中。
ch375的u盤文件級(jí)子程序庫(kù)具有以下特性：支持常用的fat12、fat16 和fat32 文件系統(tǒng)，磁盤容量可達(dá)100gb以上，支持多級(jí)子目錄，支持8.3格式的大寫字母文件名，支持文件打開、新建、刪除、讀寫以及搜索等。
ch375的文件級(jí)接口api子程序需要大約600b的隨機(jī)存儲(chǔ)器ram 作為緩沖區(qū)。所有api在調(diào)用后都有操作狀態(tài)返回，但不一定有應(yīng)答數(shù)據(jù)。有關(guān)api參數(shù)的說明請(qǐng)參考ch375數(shù)據(jù)手冊(cè)。
ch375在單片機(jī)讀寫u盤中的電路原理圖
圖2給出了mcs-51單片機(jī)讀寫u盤的電路原理圖，如果ch375芯片的txd引腳懸空或者沒有通過下接電阻接地，那么ch375工作于串口方式。在串口方式下，ch375只需要與單片機(jī)/dsp/mcu連接3個(gè)信號(hào)線，txd引腳、rxd引腳以及int#引腳，其他引腳都可以懸空。除了連接線較少之外，其他外圍電路與并口方式基本相同。由于int#引腳和txd 引腳在ch375復(fù)位期間只能提供微弱的高電平輸出電流，在進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的連接時(shí)，為了避免int#或者txd在ch375復(fù)位期間受到干擾而導(dǎo)致單片機(jī)誤操作，可以在int#引腳或者txd引腳上加阻值為1～5kω的上拉電阻，以維持較穩(wěn)定的高電平。在ch375芯片復(fù)位完成后，int#引腳和txd引腳將能夠提供5ma的高電平輸出電流或者5ma的低電平吸入電流。
單片機(jī)讀寫u盤的接口
由于ch375內(nèi)置了處理mass-storage海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通信協(xié)議的固件，所以嵌入式系統(tǒng)的單片機(jī)可以通過ch375將u盤（usb閃存盤、usb外置硬盤）作為可移動(dòng)的大容量存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)讀寫只需要幾條指令，而不需要詳細(xì)了解usb通信協(xié)議。
如果嵌入式系統(tǒng)需要將usb存儲(chǔ)設(shè)備組織為文件系統(tǒng)，那么可以直接調(diào)用ch375文件級(jí)子程序庫(kù)提供的接口api，由子程序庫(kù)處理文件系統(tǒng)。
ch375主機(jī)usb-host的電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
某些usb設(shè)備帶電插入時(shí)常出現(xiàn)如下問題。
● ch375復(fù)位或者單片機(jī)復(fù)位（尤其是采用up 監(jiān)控電路的單片機(jī)系統(tǒng)）。
● ch375或者單片機(jī)突然工作不正常，失去控制。
● ch375芯片的工作電流突然增大并且持續(xù)如此，時(shí)間長(zhǎng)了芯片發(fā)熱燙手。
出現(xiàn)上述問題時(shí)可參考如下解決方法。
● 給usb插座單獨(dú)供電，這樣，即使usb設(shè)備剛插上時(shí)存在電容充電過程，也不會(huì)影響單片機(jī)和ch375。變通方法是，將5v主電源分別通過兩個(gè)獨(dú)立的限流電感后（或者在pcb中電源線分開走），一組提供給ch375和單片機(jī)等，另一組提供給usb插座。
● 在usb插座前串接限流電阻或者電感，并在usb插座電源上并聯(lián)儲(chǔ)能用的電解電容。如果用電感也可以限制電流突變，防止電源電壓突降，但是用電感在usb設(shè)備拔出后，容易在usb插座中產(chǎn)生過沖高壓，所以必須接儲(chǔ)能電容。（注意，在第一版ch375評(píng)估板的原理圖中已經(jīng)標(biāo)出usb插座的限流電阻r1為1ω，建議將其換為阻值5ω的電阻或者保險(xiǎn)電阻）
● 其他臨時(shí)的解決方法（不推薦）：①在usb設(shè)備與usb插座之間加入usb延長(zhǎng)線。②在主電源上并聯(lián)較大的儲(chǔ)能電容，在u盤剛插入時(shí)提供足夠的瞬時(shí)電能，減少對(duì)電源電壓的影響。
● 參考目前計(jì)算機(jī)端的解決方法：usb端口的電源供給是通過保險(xiǎn)電阻或者限流電感提供的，這些能夠限制瞬時(shí)電流。對(duì)于計(jì)算機(jī)前面板的usb端口，由于本身通過一段較長(zhǎng)的連接導(dǎo)線，自然減弱了對(duì)主電源的影響，而且計(jì)算機(jī)的5v電源功率很大，連續(xù)供電電流都在20a以上，所以不易受影響。
評(píng)論