基于CH372控制器的網絡型儀器控制接口技術應用

譚學文

摘要：本文以USB1.1和USB2.0。USB1.1為基本規(guī)范。基于CH372控制器在計算機應用層與本地端單片機之間提供了端對端的連接，本系統(tǒng)采用請求加應答方式進行通訊。從而實現(xiàn)串口與USB接口通信轉換。實驗表明，此技術的應用推動傳統(tǒng)儀器向小型化和微型化方向發(fā)展，有效提高自己的硬件和軟件配合的能力。

關鍵詞：USB2.0規(guī)范；CH372控制器通信轉換

要想實現(xiàn)串口與USB接口通信轉換，就必須了解USB協(xié)議。這樣就知道什么是主機：USB是主從方式通訊的，通訊都是由host發(fā)起的。從協(xié)議上來看，能夠實現(xiàn)主機協(xié)議的一方就是host。從硬件上來看，USB芯片分主控芯片和設備芯片兩種。通訊都是建立在主控芯片與設備芯片之間的。如計算機主板上有主控芯片，儀器上有設備芯片。計算機通過USB與儀器通訊中，主機很明顯是計算機。儀器是從機設備。

那么，什么是USB接口呢？USB 接口的含義是通用串行總線，英文全稱是Universal Serial Bus。它是一種新的接口標準。USB 接口設備的優(yōu)點是即插即用、支持熱插拔、傳輸速度快、可通過擴展連接多達127個 USB 設備，不用擔心 USB 加密鎖與打印機等外設的沖突。

一、主要技術指標

USB有兩個規(guī)范，即USB1.1和USB2.0。USB1.1是目前較為普遍的USB規(guī)范，其高速方式的傳輸速率為12Mbps，低速方式的傳輸速率為1.5Mbps。注意：這里的b是Bit的意思，1MB/s（兆字節(jié)/秒）=8MBPS（兆位/秒），12Mbps=1.5MB/s。目前，家用低端掃描儀主要為USB接口類型。

USB2.0規(guī)范是由USB1.1規(guī)范演變而來的。它的傳輸速率達到了480Mbps，折算為MB為60MB/s，足以滿足大多數(shù)外設的速率要求。USB 2.0中的“增強主機控制器接口”（EHCI）定義了一個與USB 1.1相兼容的架構。它可以用USB 2.0的驅動程序驅動USB 1.1設備。也就是說，所有支持USB 1.1的設備都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必擔心兼容性問題，而且像USB線、插頭等等附件也都可以直接使用。

現(xiàn)在使用最為廣泛的就是USB接口了，USB接口有多種型號，廣泛應用在各種移動數(shù)碼產品上，它不僅傳輸速度很快，而且支持熱插拔，使用非常方便。USB接口是由Apple發(fā)明出來的。

現(xiàn)在看來，應該USB發(fā)展趨勢很好，雖然現(xiàn)在也有1394接口，不過普及率遠不及USB，USB從1.1發(fā)展到現(xiàn)在的2.0，速度核穩(wěn)定性一直都在快速增長，而且有真么廣泛的使用性，估計以后一定可以得到很好的發(fā)展。USB接口也將逐步取代針式接口和PS等老式接口

隨著大量支持USB的個人電腦的普及，USB逐步成為PC機的標準接口已經是大勢所趨。最新推出的PC機幾乎100%支持USB，另一方面使用USB接口的設備也在以驚人的速度發(fā)展。目前我們使用的是USB1.1標準的接口，它的傳輸速度為12Mbps。USB 2.0標準

二、工作原理

USB總線接口控制器是USB設備與主機通信的重要器件。目前，市場上的USB控制器有很多種，大致可分為兩種，一種是帶USB接口的單片機，如cypress的cy系列；另一種是僅處理USB通信的，必須有一個外部微控制器來進行協(xié)議處理的純粹USB控制器。根據USB控制器的分類，要實現(xiàn)USB設備與主機的通信就有兩種方法（1）帶微處理器的USB控制器（2）獨立的USB控制器加微處理器。本系統(tǒng)根據數(shù)據采集卡的功能，采用帶7通道10位精度A/D轉換器的SPCE061A單片機和CH372的USB控制芯片組成外部數(shù)據采集設備實現(xiàn)與主機的通信。一個實用的USB數(shù)據采集系統(tǒng)包括A/D轉換器，DIO，微控制器，USB控制芯片以及PC機端的應用程序。外部的被測信號經過傳感器變換為模擬電壓信號，經屏蔽電纜傳入A/D轉換模塊將其轉換為數(shù)字信號。在主機端，當外圍USB設備接入系統(tǒng)，經過總線枚舉被檢測、配置可用后，主機端的應用程序就可以控制數(shù)據采集系統(tǒng)對數(shù)據進行采集。微控制器根據所需的采樣速率進行數(shù)據采集，并將采集來的數(shù)據存儲在數(shù)據存儲器中，再通過USB接口控制芯片，將根據USB總線傳輸協(xié)議打包的數(shù)據放到USB總線傳給主機，由主機端的應用程序對數(shù)據進行顯示、分析處理。

三、主要芯片介紹

CH372控制器的主要特點：（1）支持全速設備接口，兼容USB2.0規(guī)范，即插即用，外圍元器件只需要晶體和電容。（2）提供一對主端點和一對輔助端點，支持控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。（3）具有8位數(shù)據總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便的掛接到單片機/DSP/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上。（4）內置了USB通訊中的底層協(xié)議，具有省事的內置固件模式和靈活的外置固件模式。在內置固件模式下，CH372自動處理默認端點0的所有事務，自動完成標準的USB枚舉配置過程，本地端單片機只要負責數(shù)據交換，所以單片機程序非常簡潔。

四、技術創(chuàng)新點

USB（Universal Serial Bus）通用串行總線，是一種連接外部串行設備的技術標準，計算機系統(tǒng)接駁外圍設備（如鍵盤、鼠標、打印機等）的輸入/輸出接口標準。USB就是設備插架的一種規(guī)范。在USB方式下，所有的外設都在機箱外連接，連接外設不必再打開機箱；允許外設熱插拔，而不必關閉主機電源。USB采用"級聯(lián)"方式，即每個USB設備用一個USB插頭連接到一個外設的USB插座上，而其本身又提供一個USB插座供下一個USB外設連接用USB儀器進入測量儀器市場已經7年，早期進展較慢。自USB2.0高速接口推出后，USB儀器無論在品種、性能、應用等方面都以更快步伐前進，不僅局限于普通指標的USB儀器，已出現(xiàn)具有特色的更高檔次的USB儀器，如定時和同步擴展，GHz級時域反射計等。如果USB儀器的小型化和微型化取得成功，肯定會出現(xiàn)更多的微型測量儀器。無線USB儀器的面市，將使測量儀器的機動性得到提高。USB儀器開始成為測量儀器的主流，同時推動傳統(tǒng)儀器向小型化和微型化方向發(fā)展。

參考文獻

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