1、USB 接口芯片的原理及应用随着计算机技术的快速发展，USB 移动存储设备的使用已经非常普遍，因此在一些需要转存数据的设备、仪器上使用 USB 移动存储设备接口的芯片便相继产生了，CH375 就是其中之一，它是一个 USB总线的通用接口芯片，支持 HOST 主机方式和 SLAVE 设备方式。 在本地端，CH375 具有 8 位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到 单片机/DSP/MCU 等控制器的系统总线上。在 USB 主机方式下，CH375 还提供了串行通信方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU 等相连接。CH375 的 USB 主机方式支持各种
2、常用的 USB 全速设备，外部单片机/DSP/MCU 可以通过 CH375 按照相应的 USB 协议与 USB 设备通信。 CH375 芯片内部结构 1 内部结构 CH375 芯片内部集成了 PLL 倍频器、主从 USB 接口 SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等。CH375 芯片引脚排列如图 1 所示。 图 1 CH375 芯片引脚排列2 内部物理 端点 CH375 芯片内部具有 7 个物理端点。端点 0 是默认端点，支持上传和下传，上传和下传缓冲区各是8B；端点 1 包括上传端点和下传端点，上传和下传缓冲区各是 8B，上传端点的
3、端点号是 81H，下传端点的端点号是 01H；端点 2 包括上传端点和下传端点，上传和下传缓冲区各是 64B，上传端点的端点号是82H，下传端点的端点号是 02H。 主机端点包括输出端点和输入端点，输出和输入缓冲区各是 64B，主机端点与端点 2 合用同一组缓冲区，主机端点的输出缓冲区就是端点 2 的上传缓冲区，主机端点的输入缓冲区就是端点 2 的下传缓冲区。 其中，CH375 的端点 0、端点 1、端点 2 只用于 USB 设备方式，在 USB 主机方式下只需要用到主机端点。 软件接口 对于 USB 存储设备的应用， CH375 直接提供了数据块的读写接口，以 512b 的物理扇区为基本读写
4、单位，从而将 USB 存储设备简化为一种外部数据存储器，单片机可以自由读写 USB 存储设备中的数据，也可以自由定义其数据结构。 CH375 以 C 语言子程序库提供了 USB 存储设备的文件级接口，这些应用层接口 API 包含了常用的文件级操作，可以移植并嵌入到各种常用的单片机程序中。 CH375 的 U 盘文件级子程序库具有以下特性：支持常用的 FAT12、FAT16 和 FAT32 文件系统，磁盘容量可达 100GB 以上，支持多级子目录，支持 8.3 格式的大写字母文件名，支持文件打开、新建、删除、读写以及搜索等。 CH375 的文件级接口 API 子程序需要大约 600b 的随机存储
5、器 RAM 作为缓冲区。所有 API 在调用后都有操作状态返回，但不一定有应答数据。有关 API 参数的说明请参考 CH375 数据手册。 CH375 在单片机读写 U 盘中的电路原理图 图 2 给出了 MCS-51 单片机读写 U 盘的电路原理图，如果 CH375 芯片的 TXD 引脚悬空或者没有通过下接电阻接地，那么 CH375 工作于串口方式。在串口方式下，CH375 只需要与单片机/DSP/MCU 连接3 个信号线， TXD 引脚、RXD 引脚以及 INT#引脚，其他引脚都可以悬空。除了连接线较少之外，其他外围电路与并口方式基本相同。由于 INT#引脚和 TXD 引脚在 CH375 复
6、位期间只能提供微弱的高电平输出电流，在进行较远距离的连接时，为了避免 INT#或者 TXD 在 CH375 复位期间受到干扰而导致单片机误操作，可以在 INT#引脚或者 TXD 引脚上加阻值为 15k 的上拉电阻，以维持较稳定的高电平。在CH375 芯片复位完成后，INT#引脚和 TXD 引脚将能够提供 5mA 的高电平输出电流或者 5mA 的低电平吸入电流。 单片机读写 U 盘的电路原理图 hspace=0 src=“/images/Article/c64e757c-1230-4b99-aae2-f2c6c002ac15/22.gif“ width=513 border=0 图 2 MCS-
7、51 单片机读写 U 盘的电路原理图单片机读写 U 盘的接口 由于 CH375 内置了处理 Mass-Storage 海量存储设备的专用通信协议的固件，所以嵌入式系统的单片机可以通过 CH375 将 U 盘（USB 闪存盘、USB 外置硬盘）作为可移动的大容量存储器。数据读写只需要几条指令，而不需要详细了解 USB 通信协议。 如果嵌入式系统需要将 USB 存储设备组织为文件系统，那么可以直接调用 CH375 文件级子程序库提供的接口 API，由子程序库处理文件系统。 CH375 主机 USB-HOST 的电路设计注意事项 某些 USB 设备带电插入时常出现如下问题： CH375 复位或者单片
8、机复位（尤其是采用 uP 监控电路的单片机系统）。 CH375 或者单片机突然工作不正常，失去控制。 CH375 芯片的工作电流突然增大并且持续如此，时间长了芯片发热烫手。 出现上述问题时可参考如下解决方法： 给 USB 插座单独供电，这样，即使 USB 设备刚插上时存在电容充电过程，也不会影响单片机和CH375。变通方法是，将 5V 主电源分别通过两个独立的限流电感后（或者在 PCB 中电源线分开走），一组提供给 CH375 和单片机等，另一组提供给 USB 插座。 在 USB 插座前串接限流电阻或者电感，并在 USB 插座电源上并联储能用的电解电容。如果用电感也可以限制电流突变，防止电源电
9、压突降，但是用电感在 USB 设备拔出后，容易在 USB 插座中产生过冲高压，所以必须接储能电容。（注意，在第一版 CH375 评估板的原理图中已经标出 USB 插座的限流电阻 R1 为 1，建议将其换为阻值 5 的电阻或者保险电阻） 其他临时的解决方法（不推荐）： 在 USB 设备与 USB 插座之间加入 USB 延长线。在主电源上并联较大的储能电容，在 U 盘刚插入时提供足够的瞬时电能，减少对电源电压的影响。 参考目前计算机端的解决方法： USB 端口的电源供给是通过保险电阻或者限流电感提供的，这些能够限制瞬时电流。对于计算机前面板的 USB 端口，由于本身通过一段较长的连接导线，自然减弱了对主电源的影响，而且计算机的 5V 电源功率很大，连续供电电流都在 20A 以上，所以不易受影响。
