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基于双模式USB接口的便携式比色计设计

吉林大学通信工程学院 位耀东 马海涛 董春波?? 2010年02月22日 ?? 收藏0

  引言:

  目前市场上的光电比色计一般都是通过 RS232串口与计算机通信,随着计算机技术的发展,这种接口实现已经无法满足 PC与外部设备之间不断提高的速度以及稳定性、易用性等要求,给用户使用带来了诸多不便。USB接口技术凭借其易用、稳定、可扩展等优点,越来越广泛应用于 PC机外设和便携式系统中,为满足客户要求,本文设计了一种基于 USB接口的比色计仪器。该仪器可以实现 USB主机和从机两种功能,做主机时,能实现数据的快速采集及 U盘存储;做从机时,能实现与计算机相连。

  1.CH375简介

  CH375是一种 USB总线的通用接口芯片,支持 USB-HOST主机方式和 USB-DEVICE/SLAVE设备方式,兼容USB2.0,支持 USB的控制传输、批量传输、中断传输,能自动检测 USB设备的连接与断开,能提供设备连接和断开的事件通知。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 DSP/MCU/MPU等控制器系统总线上。USB主机方式支持常用的 USB全速设备,外部单片机可以通过 CH375按照相应的协议与 USB设备通讯。CH375支持 5V和 3.3V电源电压和低功耗模式。

  2.双模式USB接口硬件电路设计

  2.1 USB主从动态切换电路的设计

  为了实现设备应用的灵活性,本文设计的比色计仪器采用 USB总线供电和外接电池供电两种方式。在默认方式下,仪器采用外接电池供电,作为 USB主机使用,通过读写U盘,实现数据传输。在 USB总线供电方式下,仪器作为USB设备使用,直接与计算机连接。两种模式的动态切换电路如图 1所示。

两种模式的动态切换电路

  P1为从机 USB接口,P2为主机模式下读写 U盘接口。默认状态下,仪器采用外接电池电源供电,SLAVE为低电平,为主机模式;P1口接计算机时,仪器采用 USB总线供电,SLAVE为高电平,单片机通过查询控制使比色计仪器进入设备模式。

  2.2 单片机控制CH375电路设计

  本系统使用 C8051F020单片机作为处理器。C8051F020是Cygnal 公司推出的一种 SOC型 8位单片机,片内有 64KB FLASH存储器和4KB RAM,完全符合作为主机时读写 U盘的要求。C8051F020单片机控制 CH375的电路如图 2所示。

CH375的电路

  1. 系统软件设计

  2. 1主机模式默认状态下,仪器工作在主机模式,通过读写 U盘,存储采集到的数据。 在单片机下开发 U盘的读写系统,单片机端程序要涉及较多的协议,必须能实现 USB的控制传输、批量传输、SCSI/UFI/RBC命令传输及 FAT文件系统等功能。CH375内置了 USB通信协议的固件程序,包含了 USB Mass Storage类协议,所以实际的单片机程序只需要处理 FAT文件系统层,并且这一层也可以由 CH375的 U盘文件级子程序库实现,因此简化了程序的开发流程。

  CH375的 U盘文件级子程序库提供了 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,编写程序时可以直接调用这些 API函数读写 U盘。单片机读写 U盘的程序流程如图 3所示。

单片机读写 U盘的程序流程

  单片机端程序用到的主要操作函数包括:

  (1)初始化 CH375芯片:CH375Init;

  (2)查询 U盘是否准备好:CH375DiskReady;

  (3)打开文件:CH375FileOpen;

  (4)关闭文件:CH375FileClose;

  (5)新建文件:CH375FileCreate;

  (6)以字节为单位从文件读数据:CH375ByteRead;

  (7)以字节为单位向文件写数据:CH375ByteWrite;

  (8)以字节为单位移动文件指针:CH375ByteLocate。

  3.2 从机模式

  当图 1中的P1口连接到PC机USB接口时,在 C8051F020单片机控制下,仪器切换到从机模式,设备可以与 PC机通讯,进行数据交换。

  3.2.1 本地端的单片机软件

  CH375专门用于处理 USB通讯,当 CH375接收上位机发送的数据或发送完给上位机的数据后,以中断方式通知单片机。本地端单片机程序主要完成 CH375的初始化和数据的接收与发送,单片机控制 CH375对数据的处理过程如下:


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USB? 比色计? CH375?

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