CHLPTUSB打印机驱动器设计方案.docx

CHLPTUSB打印机驱动器设计方案.docx

《CHLPTUSB打印机驱动器设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CHLPTUSB打印机驱动器设计方案.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

CHLPTUSB打印机驱动器设计方案

封面

作者：

PanHongliang

仅供个人学习

对USB接口芯片CH375的功能、原理做了较详细的介绍，并给出了在单片机读写U盘中的实例及注意事项。

随着计算机技术的快速发展，USB移动存储设备的使用已经非常普遍，因此在一些需要转存数据的设备、仪器上使用USB移动存储设备接口的芯片便相继产生了，CH375就是其中之一，它是一个USB总线的通用接口芯片，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、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU等控制器的系统总线上。

在USB主机方式下，CH375还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等相连接。

CH375的USB主机方式支持各种常用的USB全速设备，外部单片机/DSP/MCU可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信。

CH375芯片内部结构

1内部结构

CH375芯片内部集成了PLL倍频器、主从USB接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等。

CH375芯片引脚排列如图1所示。

2内部物理端点

CH375芯片内部具有7个物理端点。

端点0是默认端点，支持上传和下传，上传和下传缓冲区各是8B；端点1包括上传端点和下传端点，上传和下传缓冲区各是8B，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64B，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64B，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。

软件接口

对于USB存储设备的应用，CH375直接提供了数据块的读写接口，以512b的物理扇区为基本读写单位，从而将USB存储设备简化为一种外部数据存储器，单片机可以自由读写USB存储设备中的数据，也可以自由定义其数据结构。

CH375以C语言子程序库提供了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。

CH375的U盘文件级子程序库具有以下特性：

支持常用的FAT12、FAT16和FAT32文件系统，磁盘容量可达100GB以上，支持多级子目录，支持8.3格式的大写字母文件名，支持文件打开、新建、删除、读写以及搜索等。

CH375的文件级接口API子程序需要大约600b的随机存储器RAM作为缓冲区。

所有API在调用后都有操作状态返回，但不一定有应答数据。

有关API参数的说明请参考CH375数据手册。

CH375在单片机读写U盘中的电路原理图

图2给出了MCS-51单片机读写U盘的电路原理图，如果CH375芯片的TXD引脚悬空或者没有通过下接电阻接地，那么CH375工作于串口方式。

在串口方式下，CH375只需要与单片机/DSP/MCU连接3个信号线，TXD引脚、RXD引脚以及INT#引脚，其他引脚都可以悬空。

除了连接线较少之外，其他外围电路与并口方式基本相同。

由于INT#引脚和TXD引脚在CH375复位期间只能提供微弱的高电平输出电流，在进行较远距离的连接时，为了避免INT#或者TXD在CH375复位期间受到干扰而导致单片机误操作，可以在INT#引脚或者TXD引脚上加阻值为1～5kΩ的上拉电阻，以维持较稳定的高电平。

在CH375芯片复位完成后，INT#引脚和TXD引脚将能够提供5mA的高电平输出电流或者5mA的低电平吸入电流。

单片机读写U盘的接口

由于CH375内置了处理Mass-Storage海量存储设备的专用通信协议的固件，所以嵌入式系统的单片机可以通过CH375将U盘（USB闪存盘、USB外置硬盘）作为可移动的大容量存储器。

数据读写只需要几条指令，而不需要详细了解USB通信协议。

如果嵌入式系统需要将USB存储设备组织为文件系统，那么可以直接调用CH375文件级子程序库提供的接口API，由子程序库处理文件系统。

CH375主机USB-HOST的电路设计注意事项

某些USB设备带电插入时常出现如下问题。

●CH375复位或者单片机复位（尤其是采用uP监控电路的单片机系统）。

●CH375或者单片机突然工作不正常，失去控制。

●CH375芯片的工作电流突然增大并且持续如此，时间长了芯片发热烫手。

出现上述问题时可参考如下解决方法。

●给USB插座单独供电，这样，即使USB设备刚插上时存在电容充电过程，也不会影响单片机和CH375。

变通方法是，将5V主电源分别通过两个独立的限流电感后（或者在PCB中电源线分开走），一组提供给CH375和单片机等，另一组提供给USB插座。

●在USB插座前串接限流电阻或者电感，并在USB插座电源上并联储能用的电解电容。

如果用电感也可以限制电流突变，防止电源电压突降，但是用电感在USB设备拔出后，容易在USB插座中产生过冲高压，所以必须接储能电容。

（注意，在第一版CH375评估板的原理图中已经标出USB插座的限流电阻R1为1Ω，建议将其换为阻值5Ω的电阻或者保险电阻）

●其他临时的解决方法（不推荐）：

①在USB设备与USB插座之间加入USB延长线。

②在主电源上并联较大的储能电容，在U盘刚插入时提供足够的瞬时电能，减少对电源电压的影响。

●参考目前计算机端的解决方法：

USB端口的电源供给是通过保险电阻或者限流电感提供的，这些能够限制瞬时电流。

对于计算机前面板的USB端口，由于本身通过一段较长的连接导线，自然减弱了对主电源的影响，而且计算机的5V电源功率很大，连续供电电流都在20A以上，所以不易受影响。

引言

　　本课题来源于北京普析通用公司。

由于该公司现有光谱仪器的单机版（如1810和T6等）采用的是并行口打印技术，而随着USB打印机技术的逐渐普及，并行口打印机越来越少，有些用户原有的打印机只是USB接口而非并行口，因此现有仪器对打印机的支持不能适应用户需要。

为了使该公司的并行口仪器直接和USB打印机相连，笔者设计了一种LPT-USB打印机驱动器，实现并口仪器与USB打印机的连接。

　　笔者利用单片机和USB总线接口器件实现LPT-USB打印机驱动器的设计。

利用该设计将能够实现并行打印口数据在USB打印机上的直接打印，克服了有些并口仪器必须连接并口打印机才能打印的弊端，极大地方便了用户的使用。

2CH375的特点及工作原理

2.1CH375的特点

　　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。

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。

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等控制器的系统总线上。

CH375的USB主机方式支持各种常用的USB全速设备，外部单片机、DSP、MCU可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信。

CH375的特点如下：

（1）全速USB-HOST主机接口符合USB1.1，支持动态切换主机与设备方式，外围元器件只需要1个晶体和2个电容；

（2）主机端点输入和输出缓冲区各有64字节，支持常用的12Mb/s全速USB设备；

（3）支持USB设备的控制传输、批量传输、中断传输；

（4）自动检测USB设备的连接和断开，提供设备连接和断开的通知；

（5）内置控制传输的协议处理器，简化常用的控制传输；

（6）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；

（7）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。

（8）支持5V电源电压和3.3V电源电压。

2.2CH375的工作原理

　　如图1所示，CH375通过被动并行接口电路可以方便地挂接到各种8位单片机、DSP、MCU的系统总线上，并且可以与多个外围器件共存。

并口信号线包括8位双向数据总线D7-DO、读选通输入RD、写选通输入WR、片选输入CS、中断输出INT及地址输入线AO。

CH375的RD和WR可以分别连接到单片机的读选通输出引脚和写选通输出引脚。

INT可以连接到单片机的中断输入引脚，中断请求是低电平有效。

当CS、RD及AO都为低电平时，CH375中的数据通过D7-DO输出；当CS和WR以及AO都为低电平时，D7-DO上的数据被写入CH375；当CS、WR都为低电平而A1为高电平时，D7-DO上的数据被作为命令码写入CH375。

3硬件电路设计

　　图2所示为单片机通过CH375控制USB打印机的硬件电路。

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，CH375的TXD引脚接地，使CH375工作于并口方式。

CH375的8位双向数据总线D7-DO直接与单片机的PO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连接到单片机的P2.6引脚，该引脚为低电平时选通CH375。

INT可以连接到单片机的中断输入INTO引脚，中断请求是低电平有效。

地址输入线AO连接至单片机的P2.5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。

　　采用74HC245型三态双向总线驱动器作为打印机口向单片机传送并口数据的接口，其片选信号与单片机的P2.7相连，方向控制位DIR与单片机的P3.4相连，当DIR为高电平时，数据从A端口向B端口传送，此时单片机可以通过读取74HC245数据端口得到并口的数据，打印机状态信号BUSY连接至单片机的P1.5引脚，并口数据采集控制信号CTRL直接连至单片机的INT1中断引脚，当INT1产生中断时，单片机从并口读取数据，然后再发送至打印机进行打印。

4.1软件流程

　　软件流程如图3所示。

该软件用C语言编程，通信过程主要包括初始化和并口数据的采集。

　　并口数据的采集是通过中断方式进行的。

采集数据的控制信号CTRL连接至单片机的中断INT1引脚，通过不断检测INT1的状态进行并口数据的采集。

当打印机不忙（BUSY=0）时，如果产生INT1中断，则从74HC245的数据断口读出并口数据，同时将打印机忙标志BUSY置1（表示打印机忙），当数据已经发送至打印机打印时，则将打印机忙标志BUSY置0。

然后重复上述步骤进行并口数据的采集及打印。

　　初始化过程分为单片机初始化和打印机的枚举初始化。

单片机的初始化过程是直接向相应的I/0口写初始化值及设置看门狗，可调用函数watchdog_init（）设置看门狗。

　　打印机的枚举初始化过程是很重要的，要打印采集到的并口数据首先必须成功地枚举初始化打印机。

初始化USB打印机函数init_print（）主要使用以下几个主要函数：

4.2主程序源代码

主程序代码如下:

5结束语

　　本文详细介绍了基于80C51型单片机和CH375型USB总线通用接口电路的LPT-USB打印机驱动器的设计及C语言实现。

测试结果表明，利用该设计能够实现并口仪器数据直接经USB打印机打印，打印结果正确无误。

该设计现已用于并口仪器上，并行口仪器利用该驱动器可以直接和USB打印机相连并进行打印，克服了有