譚學(xué)文

摘要：本文以USB1.1和USB2.0。USB1.1為基本規(guī)范?；贑H372控制器在計(jì)算機(jī)應(yīng)用層與本地端單片機(jī)之間提供了端對(duì)端的連接，本系統(tǒng)采用請(qǐng)求加應(yīng)答方式進(jìn)行通訊。從而實(shí)現(xiàn)串口與USB接口通信轉(zhuǎn)換。實(shí)驗(yàn)表明，此技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)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(guān)鍵詞：USB2.0規(guī)范；CH372控制器通信轉(zhuǎn)換

要想實(shí)現(xiàn)串口與USB接口通信轉(zhuǎn)換，就必須了解USB協(xié)議。這樣就知道什么是主機(jī)：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(lái)看，能夠?qū)崿F(xiàn)主機(jī)協(xié)議的一方就是host。從硬件上來(lái)看，USB芯片分主控芯片和設(shè)備芯片兩種。通訊都是建立在主控芯片與設(shè)備芯片之間的。如計(jì)算機(jī)主板上有主控芯片，儀器上有設(shè)備芯片。計(jì)算機(jī)通過(guò)USB與儀器通訊中，主機(jī)很明顯是計(jì)算機(jī)。儀器是從機(jī)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。USB 接口設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是即插即用、支持熱插拔、傳輸速度快、可通過(guò)擴(kuò)展連接多達(dá)127個(gè) USB 設(shè)備，不用擔(dān)心 USB 加密鎖與打印機(jī)等外設(shè)的沖突。

一、主要技術(shù)指標(biāo)

USB有兩個(gè)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(lái)的。它的傳輸速率達(dá)到了480Mbps，折算為MB為60MB/s，足以滿足大多數(shù)外設(shè)的速率要求。USB 2.0中的“增強(qiáng)主機(jī)控制器接口”（EHCI）定義了一個(gè)與USB 1.1相兼容的架構(gòu)。它可以用USB 2.0的驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)USB 1.1設(shè)備。也就是說(shuō)，所有支持USB 1.1的設(shè)備都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必?fù)?dān)心兼容性問(wèn)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(hào)，廣泛應(yīng)用在各種移動(dòng)數(shù)碼產(chǎn)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(lái)的。

現(xiàn)在看來(lái)，應(yīng)該USB發(fā)展趨勢(shì)很好，雖然現(xiàn)在也有1394接口，不過(guò)普及率遠(yuǎn)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(zhǎng)，而且有真么廣泛的使用性，估計(jì)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(gè)人電腦的普及，USB逐步成為PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口已經(jīng)是大勢(shì)所趨。最新推出的PC機(jī)幾乎100%支持USB，另一方面使用USB接口的設(shè)備也在以驚人的速度發(fā)展。目前我們使用的是USB1.1標(biāo)準(zhǔn)的接口，它的傳輸速度為12Mbps。USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)

二、工作原理

USB總線接口控制器是USB設(shè)備與主機(jī)通信的重要器件。目前，市場(chǎng)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(jī)，如cypress的cy系列；另一種是僅處理USB通信的，必須有一個(gè)外部微控制器來(lái)進(jìn)行協(xié)議處理的純粹USB控制器。根據(jù)USB控制器的分類，要實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備與主機(jī)的通信就有兩種方法（1）帶微處理器的USB控制器（2）獨(dú)立的USB控制器加微處理器。本系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡的功能，采用帶7通道10位精度A/D轉(zhuǎn)換器的SPCE061A單片機(jī)和CH372的USB控制芯片組成外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的通信。一個(gè)實(shí)用的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換器，DIO，微控制器，USB控制芯片以及PC機(jī)端的應(yīng)用程序。外部的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器變換為模擬電壓信號(hào)，經(jīng)屏蔽電纜傳入A/D轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在主機(jī)端，當(dāng)外圍USB設(shè)備接入系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)總線枚舉被檢測(cè)、配置可用后，主機(jī)端的應(yīng)用程序就可以控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。微控制器根據(jù)所需的采樣速率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集來(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，再通過(guò)USB接口控制芯片，將根據(jù)USB總線傳輸協(xié)議打包的數(shù)據(jù)放到USB總線傳給主機(jī)，由主機(jī)端的應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析處理。

三、主要芯片介紹

CH372控制器的主要特點(diǎn)：（1）支持全速設(shè)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(duì)主端點(diǎn)和一對(duì)輔助端點(diǎn)，支持控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。（3）具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便的掛接到單片機(jī)/DSP/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上。（4）內(nèi)置了USB通訊中的底層協(xié)議，具有省事的內(nèi)置固件模式和靈活的外置固件模式。在內(nèi)置固件模式下，CH372自動(dòng)處理默認(rèn)端點(diǎn)0的所有事務(wù)，自動(dòng)完成標(biāo)準(zhǔn)的USB枚舉配置過(guò)程，本地端單片機(jī)只要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換，所以單片機(jī)程序非常簡(jiǎn)潔。

四、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

USB（Universal Serial Bus）通用串行總線，是一種連接外部串行設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接駁外圍設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等）的輸入/輸出接口標(biāo)準(zhǔn)。USB就是設(shè)備插架的一種規(guī)范。在USB方式下，所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接，連接外設(shè)不必再打開機(jī)箱；允許外設(shè)熱插拔，而不必關(guān)閉主機(jī)電源。USB采用"級(jí)聯(lián)"方式，即每個(gè)USB設(shè)備用一個(gè)USB插頭連接到一個(gè)外設(shè)的USB插座上，而其本身又提供一個(gè)USB插座供下一個(gè)USB外設(shè)連接用USB儀器進(jìn)入測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)已經(jīng)7年，早期進(jìn)展較慢。自USB2.0高速接口推出后，USB儀器無(wú)論在品種、性能、應(yīng)用等方面都以更快步伐前進(jìn)，不僅局限于普通指標(biāo)的USB儀器，已出現(xiàn)具有特色的更高檔次的USB儀器，如定時(shí)和同步擴(kuò)展，GHz級(jí)時(shí)域反射計(jì)等。如果USB儀器的小型化和微型化取得成功，肯定會(huì)出現(xiàn)更多的微型測(cè)量?jī)x器。無(wú)線USB儀器的面市，將使測(cè)量?jī)x器的機(jī)動(dòng)性得到提高。USB儀器開始成為測(cè)量?jī)x器的主流，同時(shí)推動(dòng)傳統(tǒng)儀器向小型化和微型化方向發(fā)展。

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