基于控制器的网络型仪器控制接口技术应用

　　摘要：本文以USB1.1和USB2.0。USB1.1为基本规范。基于CH372控制器在计算机应用层与本地端单片机之间提供了端对端的连接，本系统采用请求加应答方式进行通讯。从而实现串口与USB接口通信转换。实验表明，此技术的应用推动传统仪器向小型化和微型化方向发展，有效提高自己的硬件和软件配合的能力。
　　关键词：USB2.0规范；CH372控制器通信转换
　　要想实现串口与USB接口通信转换，就必须了解USB协议。这样就知道什么是主机：USB是主从方式通讯的，通讯都是由host发起的。从协议上来看，能够实现主机协议的一方就是host。从硬件上来看，USB芯片分主控芯片和设备芯片两种。通讯都是建立在主控芯片与设备芯片之间的。如计算机主板上有主控芯片，仪器上有设备芯片。计算机通过USB与仪器通讯中，主机很明显是计算机。仪器是从机设备。
　　那么，什么是USB接口呢？USB 接口的含义是通用串行总线，英文全称是Universal Serial Bus。它是一种新的接口标准。USB 接口设备的优点是即插即用、支持热插拔、传输速度快、可通过扩展连接多达127个 USB 设备，不用担心 USB 加密锁与打印机等外设的冲突。
　　一、主要技术指标
　　USB有两个规范，即USB1.1和USB2.0。USB1.1是目前较为普遍的USB规范，其高速方式的传输速率为12Mbps，低速方式的传输速率为1.5Mbps。注意：这里的b是Bit的意思，1MB/s（兆字节/秒）=8MBPS（兆位/秒），12Mbps=1.5MB/s。目前，家用低端扫描仪主要为USB接口类型。
　　USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbps，折算为MB为60MB/s，足以满足大多数外设的速率要求。USB 2.0中的＂增强主机控制器接口＂（EHCI）定义了一个与USB 1.1相兼容的架构。它可以用USB 2.0的驱动程序驱动USB 1.1设备。也就是说，所有支持USB 1.1的设备都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题，而且像USB线、插头等等附件也都可以直接使用。
　　现在使用最为广泛的就是USB接口了，USB接口有多种型号，广泛应用在各种移动数码产品上，它不仅传输速度很快，而且支持热插拔，使用非常方便。USB接口是由Apple发明出来的。
　　现在看来，应该USB发展趋势很好，虽然现在也有1394接口，不过普及率远不及USB，USB从1.1发展到现在的2.0，速度核稳定性一直都在快速增长，而且有真么广泛的使用性，估计以后一定可以得到很好的发展。USB接口也将逐步取代针式接口和PS等老式接口
　　随着大量支持USB的个人电脑的普及，USB逐步成为PC机的标准接口已经是大势所趋。最新推出的PC机几乎100%支持USB，另一方面使用USB接口的设备也在以惊人的速度发展。目前我们使用的是USB1.1标准的接口，它的传输速度为12Mbps。USB 2.0标准
　　二、工作原理
　　USB总线接口控制器是USB设备与主机通信的重要器件。目前，市场上的USB控制器有很多种，大致可分为两种，一种是带USB接口的单片机，如cypress的cy系列；另一种是仅处理USB通信的，必须有一个外部微控制器来进行协议处理的纯粹USB控制器。根据USB控制器的分类，要实现USB设备与主机的通信就有两种方法（1）带微处理器的USB控制器（2）独立的USB控制器加微处理器。本系统根据数据采集卡的功能，采用带7通道10位精度A/D转换器的SPCE061A单片机和CH372的USB控制芯片组成外部数据采集设备实现与主机的通信。一个实用的USB数据采集系统包括A/D转换器，DIO，微控制器，USB控制芯片以及PC机端的应用程序。外部的被测信号经过传感器变换为模拟电压信号，经屏蔽电缆传入A/D转换模块将其转换为数字信号。在主机端，当外围USB设备接入系统，经过总线枚举被检测、配置可用后，主机端的应用程序就可以控制数据采集系统对数据进行采集。微控制器根据所需的采样速率进行数据采集，并将采集来的数据存储在数据存储器中，再通过USB接口控制芯片，将根据USB总线传输协议打包的数据放到USB总线传给主机，由主机端的应用程序对数据进行显示、分析处理。
　　三、主要芯片介绍
　　CH372控制器的主要特点：（1）支持全速设备接口，兼容USB2.0规范，即插即用，外围元器件只需要晶体和电容。（2）提供一对主端点和一对辅助端点，支持控制传输、批量传输、中断传输。（3）具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便的挂接到单片机/DSP/MPU等控制器的系统总线上。（4）内置了USB通讯中的底层协议，具有省事的内置固件模式和灵活的外置固件模式。在内置固件模式下，CH372自动处理默认端点0的所有事务，自动完成标准的USB枚举配置过程，本地端单片机只要负责数据交换，所以单片机程序非常简洁。
　　四、技术创新点
　　USB（Universal Serial Bus）通用串行总线，是一种连接外部串行设备的技术标准，计算机系统接驳外围设备（如键盘、鼠标、打印机等）的输入/输出接口标准。USB就是设备插架的一种规范。在USB方式下，所有的外设都在机箱外连接，连接外设不必再打开机箱；允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。USB采用＂级联＂方式，即每个USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座供下一个USB外设连接用USB仪器进入测量仪器市场已经7年，早期进展较慢。自USB2.0高速接口推出后，USB仪器无论在品种、性能、应用等方面都以更快步伐前进，不仅局限于普通指标的USB仪器，已出现具有特色的更高档次的USB仪器，如定时和同步扩展，GHz级时域反射计等。如果USB仪器的小型化和微型化取得成功，肯定会出现更多的微型测量仪器。无线USB仪器的面市，将使测量仪器的机动性得到提高。USB仪器开始成为测量仪器的主流，同时推动传统仪器向小型化和微型化方向发展。
　　参考文献
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