基于CH375的USB移动存储接口设计

摘要： 介绍基于CH1375国产芯片的USB移动存储接口设计方法，通过详细介绍CH375的功能、内部结构及特性，给出基于CH375控制芯片的USB移动存储接口设计框图，并重点介绍CH375与AVR单片机硬件接口电路和软件流程工程设计方法。设计了具有USB数据存储功能的实际智能蓄电池活化设备，验证了使用该芯片作为USB移动存储设备接口芯片在电路设计上具有良好的软、硬件接口及通信协议，可大大减少外围电路，降低成本，提高研发速度。
关键词：CH375；USB；移动存储；通信协议；工程设计方法

O 引 言
    随着USB技术的快速发展，USB移动存储设备的使用越来越广泛，目前在一些具有数据采集分析功能的仪器设备上都提供了USB接口。在众多USB移动存储设备接口芯片中，CH375是一种具有极高性价比的国产芯片。这里介绍在蓄电池活化检测设备中应用该芯片的一些实践经验，供读者参考。

1 CH375功能及特点
1．1 芯片概述
    CH375是一个USB总线通用接口电路，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、片选控制线及中断输出，可以方便地挂接到单片机／DSP／MCU／MPU等控制器的系统总线上。在USB主机方式下，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／MPU等相连。外部单片机／DSP／MCU／MPU可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信，使设计人员设计开发USB工作简单化。应用框图见图1。

1．2 内部结构
    CH375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、异步串型接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等。
    CH375芯片内部具有7个物理端点。端点O是默认端点，支持上传和下传，上传和下传缓冲区各是8 B；端点1包括上传端点和下传端点，上传和下传缓冲区各是8 B，上传端点的端点号是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64 B，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64 B，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。CH375A内部中断逻辑图如图2所示。

1．3 芯片特性
    (1)低速和全速USB-HOST主机接口，支持LISB 2．0，外围元器件只需要1个晶振和2个电容；(2)低速和全速USB设备接口，支持动态切换主机与设备方式；
    (3)主机端点输入和输出缓冲区各有64 B，支持常用的12 Mb／s全速USB设备和1．5 Mb／s低速设备；
    (4)支持USB设备的控制传输、批量传输、中断传输；
    (5)自动检测USB设备的连接和断开，提供设备连接和断开的事件通知；
    (6)内置控制传输的协议处理器，简化常用的控制传输；
    (7)内置固件处理海量存储设备的专用通信协议；
    (8)并行接口包含8位数据总线，4线控制：读选通、写选通、片选输入和中断输出；
    (9)串行接口包括串行输入、串行输出和中断输出，支持通信波特率的动态调整；
    (10)支持5 V电源电压和3．3 V电源电压，支持低功耗模式。

2 硬件电路设计
2．1 蓄电池活化设备框图
    蓄电池活化设备是一种集电池数据采集、分析及活化处理多项功能于一体的智能设备。在活化过程中，需要分别对每组24节电池的端电压实时采样并存储以供上层分析软件进行分析处理。传统设备与上层软件一般通过RS 232串行通信口进行数据传输，在实际应用中必须携带计算机到现场，同时要求计算机必须配备串口硬件使用极不方便。
    在此，提出一种基于CH375A USB接口芯片的智能蓄电池活化设备，使蓄电池活化设备具有通用USB接口，为智能设备和计算机提供了一种简单方便的数据通信方法，具有操作简单使用方便等优点。蓄电池活化设备系统如图3所示，其工作原理如下所述。

    蓄电池活化设备系统采用ATMEGA64单片机+U盘主控芯片CH375A，实现对U盘的读写，并把蓄电池活化设备的每次工作状态及参数值，按照固定格式以单独文件进行存储，可以为上层分析软件提供基站信息、电池组信息、电池组充放电状态、电池充放电电流、设置的充放电时间、实际充放电时间、电池组开路电压、电池组电压、单节电池电压、电池组电流、电池组温度、
告警等必要信息。这里重点介绍CH375芯片的应用，系统中其他部分功能电路不做介绍。
2．2 CH375与ATMEGA64单片机接口原理
    图4所示为ATMEGA64单片机通过CH375实现USB接口的硬件电路。

    在该设计中CH375工作于USB-HOST主机并行接口方式，即直接把CH375芯片的TXD引脚接地，使CH375通过被动并行接口电路挂接到8位单片机的系统总线上。CH7375的8位双向数据总线D0～D7直接与单片机的PA数据口相连，RD和WR分别连接到单片机的读选通输出引脚和写选通输出引脚。片选信号CS连接到系统译码电路74HCl38的P14引脚，该引脚为低电平时选通CH375。INT连接到单片机的中断输入PE7引脚，中断请求是低电平有效，单片机通过中断方式获取中断请求。地址输入线AO连接至单片机的PD4引脚，当AO引脚为高电平时选择命令端口，可以写入命令；当AO引脚为低电平时选择数据断口，可以读写数据。

3 软件设计
    CH375可以支持各种常用USB全速设备，对符合Mass-Storage海量存储设备的通信协议的USB设备，使用内置固件可以通过Mass-Storage海量存储设备的通信协议直接通信。对不符合上述要求的USB设备需要外部单片机通过控制传输以及ISSUE_TOKEN命令或ISSUE_TKN_X命令自行处理相关通信协议。
3．1 本地端单片机软件
    单片机通过8位并口对CH375芯片进行读写，所有操作都由1个命令码、若干输入数据和若干个输出数据组成。部分命令不需要输入数据，部分命令没有输出数据。命令操作步骤如下：
    (1)在A0=1时向命令端口写入命令代码；
    (2)如果该命令具有输入数据，则在A0=O时依次写入输入数据，每次1个字节；
    (3)如果该命令具有输出数据，则在A0=0时依次读取输出数据，每次1个字节；
    (4)命令完成，可以暂停或转入(1)继续执行下一个命令。
    CH375芯片专门用于处理USB通信，在检测到USB总线的状态改变或命令执行完成后，CH375以中断方式通知单片机进行处理。
3．2 UBS接口软件程序流程
    HC375不仅是一个通用的USB-HOST硬件接口芯片，还内置了相关的固定程序，可以方便地实现对USB存储设备文件系统的管理。在该应用中采用C语言编程，对蓄电池每次处理数据以一个文件的形式进行存储，程序支持文件打开、新建、删除和读写等功能。设备与USB存储设备之间通信过程主要包括对CH375芯片初始化、状态查询和并行数据的采集。通信部分程序流程如图5所示。

4 结 语
    这里在蓄电池活化设备USB接口电路中成功地使用了CH375芯片，取得了令人满意的运行效果。利用该设计能够很好地实现检测设备数据移动转存，为蓄电池活化设备的使用者提供了极大方便。结果表明，在实现USB数据移动存储接口电路设计中采用CH375芯片具有软硬件接口设计简单，性价比高，操作方便等优点。