基于CH371的USB接口虚拟示波器设计

并行接口是最常用的方式，它提供单片机与计算机的连接，CH371作为单片机的一个被动外设；I2C主接口是CH371在计算机端程序的控制下不经过单片机直接读写一个EEPROM器件（譬如24C04等），经常用于USB外设的产品信息纪录；主控方式接口是不使用单片机，由计算机端程序直接控制CH371提供的16个地址的8位数据读写或者是十几根IO口线，此方式主要用于完成相对简单的外部控制任务。这几种接口方式并非完全对立的，可以根据需要灵活配置。在此虚拟示波器中则将其使用为单片机的一个外设器件，同时将A3~A0用于主控方式由计算机控制四只LED。
　　
　　单片机对于CH371的控制依靠对其内部的16个寄存器的操作来实现。这16个寄存器的地址有两种定义方式。一种是上电复位后默认为直接地址方式，A3~A0四个管脚为寄存器地址，这种方式较为简单，但是需要使用单片机较多的IO口资源；另一种是当CH371检测到ALE脚上的上升沿信号后，切换到复用地址方式，寄存器地址由数据总线的D3~D0来控制，根据ALE的跳变来判断是寄存器操作还是数据读写。在此设计中由于大容量数据缓冲需要使用到74373作为地址锁存，所以即使使用直接地址方式也无需多占用单片机资源，但是为了将A3~A0节省出来驱动LED所以选用复用地址方式。
　　
　　根据系统的要求我们设计硬件如下。
　　
　　USB接口提供数据交换及电源供应（经适当变换后供高速AD使用），CH371在12M晶振下倍频工作，提供与单片机接口的同时提供看门狗复位输出功能，I2C主控功能没有使用，A3~A0可以由计算控制驱动4只LED作为工作显示信号。单片机89C52的P1口组用于控制数据采集模块，包括量程转换控制、AD触发信号、采集数据溢出信号等；高速缓存62256通过低功耗的CPLD控制存放高速AD采集的结果，单片机定时将其中数据读出经CH371传送到计算机的数据显示和分析软件，实现虚拟示波器功
　　
　　
　　
　　能。单片机、CH371和RAM部分原理图如下：
　　
　　
　　
　　图三单片机、CH371和RAM部分原理图
　　
　　三、软件设计
　　
　　单片机端软件：
　　
　　单片机端软件主要完成数据采集控制、数据报告这两个功能。其中数据采集控制根据计算机端软件设定的增益、时基、触发等参数控制数据采集模块，这里面要用到计算机向单片机发送少量的控制信息；数据报告功能则需要单片机将缓存中的一个采集周期的所有数据传送给计算机端软件，这属于大批量数据的传输。我们把介绍的重点放在单片机与计算机的通信上面。
　　
　　单片机与计算机通信是通过对CH371的寄存器操作实现的，有关其寄存器定义的具体情况请参考数据手册。
　　
　　在应用中需要注意的是，CH371提供的单片机接收缓冲区为8个字节，多于8个字节的计算机下传数据被切分；而单片机的发送缓冲区也是8个字节，多于8个字节的上传数据需要分多次上传。另外，CH371的中断包括了上传及接受成功，中断发生后具体的情况需要由传输状态寄存器来辨别；同时其中断电平是单稳态的，一个事件发生后中断信号跳变，但仅维持一个短暂的脉冲便恢复，这是为了配合不同速度的处理器而作的处理。
　　
　　单片机与计算机的USB通信主要功能子程序示例如下：(请在使用时加入CH371的相应寄存器的地址定义)
　　

《基于CH371的USB接口虚拟示波器设计(第2页)》