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。
  隨著計算機技術的快速發展,USB移動存儲設備的使用已經非常普遍,因此在一些需要轉存數據的設備、儀器上使用USB移動存儲設備接口的芯片便相繼
 
產生了,CH375就是其中之一,它是一個USB總線的通用接口芯片,支持H">

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技術頻道

USB接口芯片CH375的原理及應用

  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。
  隨著計算機技術的快速發展,USB移動存儲設備的使用已經非常普遍,因此在一些需要轉存數據的設備、儀器上使用USB移動存儲設備接口的芯片便相繼

產生了,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設備方式。
  在本地端,CH375具有8位數據總線和讀、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全速設備,外部單片機/DSP/MCU可以通過CH375按照相應的USB協議與USB設備通信。
  CH375芯片內部結構
  1 內部結構
  CH375芯片內部集成了PLL倍頻器、主從USB接口SIE、數據緩沖區、被動并行接口、異步串行接口、命令解釋
器、控制傳輸的協議處理器、通用的固件程序等。CH375芯片引腳排列如圖1所示。

  2 內部物理端點
  CH375芯片內部具有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,輸出和輸入緩沖區各是64B,主機端點與端點2合用同一組緩沖區,主機端點的輸出緩沖區就是端點2的上傳緩沖區,主機端點的輸入緩沖區就是端點2的下傳緩沖區。
  其中,CH375的端點0、端點1、端點2只用于USB設備方式,在USB主機方式下只需要用到主機端點。
  軟件接口
  對于USB存儲設備的應用,CH375直接提供了數據塊的讀寫接口,以512b的物理扇區為基本讀寫單位,從而將USB存儲設備簡化為一種外部數據存儲器,單片機可以自由讀寫USB存儲設備中的數據,也可以自由定義其數據結構。
  CH375以C語言子程序庫提供了USB存儲設備的文件級接口,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,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。所有API在調用后都有操作狀態返回,但不一定有應答數據。有關API參數的說明請參考CH375數據手冊。
  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內置了處理Mass-Storage海量存儲設備的專用通信協議的固件,所以嵌入式系統的單片機可以通過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。數據讀寫只需要幾條指令,而不需要詳細了解USB通信協議。
  如果嵌入式系統需要將USB存儲設備組織為文件系統,那么可以直接調用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。
  CH375主機USB-HOST的電路設計注意事項
  某些USB設備帶電插入時常出現如下問題。
  ● CH375復位或者單片機復位(尤其是采用uP 監控電路的單片機系統)。
  ● 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如此,時間長了芯片發熱燙手。
  出現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設備拔出后,容易在USB插座中產生過沖高壓,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設備與USB插座之間加入USB延長線。②在主電源上并聯較大的儲能電容,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,連續供電電流都在20A以上,所以不易受影響。

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