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基于CH371的USB接口虚拟示波器设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:本文介绍一款USB接口的虚拟示波器的设计方案,重点介绍了USB总线接口芯片CH371的原理及应用,降低了USB系统开发的门槛,并达到令人满意的效果。
  
  关键词:USB接口,虚拟示波器,CH371,高速数据采集
  
  一、引言
  
  对于学校教学实验以及某些特定需求来说,目前市场上的模拟及数字示波器也许并不适用,价格高昂、体积较大且很多专业功能并不实用。而现在电脑的普及程度也达到了相当的规模,利用电脑以及附加的数采模块实现一个灵活便捷的虚拟示波器能够满足大多数的工作、学习和开发需要,并且可以通过较低代价的硬件和软件升级实现相当复杂的信号处理功能,能够以较低的成本、较小的体积实现配置灵活的智能仪器组合;完全可以与便携电脑结合,构成便携式检测维修工作站。目前已经有计算机并口通信的数据采集器,但是USB的应用日趋广泛和深入,如果将USB功能融合在里面则可以实现更高的数据传输率、更方便的使用方式,更为优越的体现出虚拟仪器的性能。
  
  二、硬件设计
  
  此虚拟示波器的数据采集器由以下功能模块组成:前端信号变换模块、高速模数转换模块、高速数据缓冲模块、单片机控制模块、USB接口模块和电源模块。前端信号变换、高速数据采集有成熟的方案并且可根据需要的指标,譬如采样率、量程控制、采样深度等进行设计,我们这里主要讨论USB接口部分的开发。
  
  USB接口的开发以往都是一个令人头痛的问题,尽管很多设计者向往USB接口高速传输、自主供电、即插即用的优点,但较难逾越它的协议固件开发和驱动程序开发的障碍。在这个方案里,笔者选用了一款不需要开发协议固件和驱动程序的USB总线接口芯片。
  
  南京沁恒公司推出的CH371是一个USB总线的通用接口芯片,它利用硬件逻辑屏蔽了USB通讯中的所有协议,在计算机应用层与本地端控制器之间提供端对端的连接。基于CH371,设计者不需要了解任何USB协议、固件程序以及驱动程序,可以轻松地将原来的并口、串口的产品升级到USB接口,以较低的风险和成本享用USB接口带来的优越性。
  
  使用时在本地端,CH371具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出,就像操作一般外设芯片一样方便地挂接到DSP、MCU等控制器的系统总线上;在计算机端,CH371的配套软件包括通用驱动程序以及应用软件包,提供了简洁易用的操作接口,与本地端的单片机通讯就如同读写硬盘中的文件一样简单,开发者可以使用VB、VC、C++Builder等高级语言进行开发。一般情况下,基于CH371设计USB产品不必考虑USB通讯协议、固件程序、驱动程序、配置过程、底层数据传输过程。设计者所要做的工作与设计并口、串口的产品一样,包括两件事:一是从计算机的应用层发出数据传输请求并接收应答;二是当USB产品的控制器被通知有数据传输请求时,作出应答。
  
  同时,CH371在提供了透明的USB协议的基础上还提供了I2C器件的直接管理、16个地址的直接读写以及复位、看门狗等功能,本地端甚至不使用单片机就可完成简单的控制功能,因此具有较强的功能适应性,能够满足不同场合的需要,有效的降低系统成本。
  
  在本系统中使用的是SOP28封装的产品,他的管脚定义如下表:
  
  根据不同的工作方式,芯片的接口类型可以有以下几种

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