USB接口芯片CH375的原理及應用(圖)
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對usb接口芯片ch375的功能、原理做了較詳細的介紹，并給出了在單片機讀寫u盤中的實例及注意事項。
隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，usb移動存儲設(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移動存儲設(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usb總線的通用接口芯片，支持host主機方式和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/dsp/mcu等控制器的系統(tǒng)總線上。在usb主機方式下，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/dsp/mcu等相連接。ch375的usb主機方式支持各種常用的usb全速設(shè)備，外部單片機/dsp/mcu可以通過ch375按照相應的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
ch375芯片內(nèi)部具有7個物理端點。
端點0是默認端點，支持上傳和下傳，上傳和下傳緩沖區(qū)各是8b；端點1包括上傳端點和下傳端點，上傳和下傳緩沖區(qū)各是8b，上傳端點的端點號是81h，下傳端點的端點號是01h；端點2包括上傳端點和下傳端點，上傳和下傳緩沖區(qū)各是64b，上傳端點的端點號是82h，下傳端點的端點號是02h。
主機端點包括輸出端點和輸入端點，輸出和輸入緩沖區(qū)各是64b，主機端點與端點2合用同一組緩沖區(qū)，主機端點的輸出緩沖區(qū)就是端點2的上傳緩沖區(qū)，主機端點的輸入緩沖區(qū)就是端點2的下傳緩沖區(qū)。
其中，ch375的端點0、端點1、端點2只用于usb設(shè)備方式，在usb主機方式下只需要用到主機端點。
軟件接口
對于usb存儲設(shè)備的應用，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存儲設(shè)備簡化為一種外部數(shù)據(jù)存儲器，單片機可以自由讀寫usb存儲設(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語言子程序庫提供了usb存儲設(shè)備的文件級接口，這些應用層接口api包含了常用的文件級操作，可以移植并嵌入到各種常用的單片機程序中。
ch375的u盤文件級子程序庫具有以下特性：支持常用的fat12、fat16 和fat32 文件系統(tǒng)，磁盤容量可達100gb以上，支持多級子目錄，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的文件級接口api子程序需要大約600b的隨機存儲器ram 作為緩沖區(qū)。所有api在調(diào)用后都有操作狀態(tài)返回，但不一定有應答數(shù)據(jù)。有關(guān)api參數(shù)的說明請參考ch375數(shù)據(jù)手冊。
ch375在單片機讀寫u盤中的電路原理圖
圖2給出了mcs-51單片機讀寫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/dsp/mcu連接3個信號線，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復位期間只能提供微弱的高電平輸出電流，在進行較遠距離的連接時，為了避免int#或者txd在ch375復位期間受到干擾而導致單片機誤操作，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。
單片機讀寫u盤的接口
由于ch375內(nèi)置了處理mass-storage海量存儲設(shè)備的專用通信協(xié)議的固件，所以嵌入式系統(tǒng)的單片機可以通過ch375將u盤（usb閃存盤、usb外置硬盤）作為可移動的大容量存儲器。數(shù)據(jù)讀寫只需要幾條指令，而不需要詳細了解usb通信協(xié)議。
如果嵌入式系統(tǒng)需要將usb存儲設(shè)備組織為文件系統(tǒng)，那么可以直接調(diào)用ch375文件級子程序庫提供的接口api，由子程序庫處理文件系統(tǒng)。
ch375主機usb-host的電路設(shè)計注意事項
某些usb設(shè)備帶電插入時常出現(xiàn)如下問題。
● ch375復位或者單片機復位（尤其是采用up 監(jiān)控電路的單片機系統(tǒng)）。
● ch375或者單片機突然工作不正常，失去控制。
● ch375芯片的工作電流突然增大并且持續(xù)如此，時間長了芯片發(fā)熱燙手。
出現(xiàn)上述問題時可參考如下解決方法。
● 給usb插座單獨供電，這樣，即使usb設(shè)備剛插上時存在電容充電過程，也不會影響單片機和ch375。變通方法是，將5v主電源分別通過兩個獨立的限流電感后（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，所以必須接儲能電容。（注意，在第一版ch375評估板的原理圖中已經(jīng)標出usb插座的限流電阻r1為1ω，建議將其換為阻值5ω的電阻或者保險電阻）
● 其他臨時的解決方法（不推薦）：①在usb設(shè)備與usb插座之間加入usb延長線。②在主電源上并聯(lián)較大的儲能電容，在u盤剛插入時提供足夠的瞬時電能，減少對電源電壓的影響。
● 參考目前計算機端的解決方法：usb端口的電源供給是通過保險電阻或者限流電感提供的，這些能夠限制瞬時電流。對于計算機前面板的usb端口，由于本身通過一段較長的連接導線，自然減弱了對主電源的影響，而且計算機的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。
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