基于USB接口芯片CH372的人機(jī)接口設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　基于一種新型USB 總線接口芯片CH372，設(shè)計(jì)出一種人機(jī)接口設(shè)備-USB 鼠標(biāo)。闡述了CH372 的工作原理和特點(diǎn)，給出了系統(tǒng)的硬件電路圖；在軟件設(shè)計(jì)中，分析了HID 類設(shè)備描述符枚舉過程，根據(jù)主程序流程圖，寫出了部分單片機(jī)本地端主程序。通過硬件和軟件調(diào)試，最后成功模擬出鼠標(biāo)左鍵和右鍵功能。

　　1 引言

　　USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）是計(jì)算機(jī)上的一種新型接口技術(shù)，它使得計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備的連接十分方便。HID 是Human InterfaceDvices 的縮寫，即人機(jī)接口設(shè)備，是USB 協(xié)議中最早提出并支持的一種設(shè)備類。典型的HID 有鍵盤和鼠標(biāo)等，其主要用于和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互通信。鼠標(biāo)屬于HID 設(shè)備，USB 串行總線規(guī)范專門定義了HID 類規(guī)范。Windows 操作系統(tǒng)能夠方便地和HID 設(shè)備建立連接。

　　2 USB總線接口芯片CH372

　　2.1 功能介紹

　　CH372 是一個(gè)USB 總線的通用設(shè)備接口芯片，是CH371的升級(jí)產(chǎn)品，是CH375芯片的功能簡化版。

　　CH372 具有8 位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便的掛接到單片機(jī)/DSP/MCU/MPU 等控制器的系統(tǒng)總線上；在計(jì)算機(jī)控制中，CH372 的配套軟件提供了簡潔易用的操作接口，與本地端的單片機(jī)通訊就如同讀寫文件。

　　CH372 內(nèi)置了USB 通訊中的底層協(xié)議，具有省事的內(nèi)置固件模式和靈活的外置固件模式。在內(nèi)置固件模式下，CH372 自動(dòng)處理默認(rèn)端點(diǎn)0 的所有實(shí)物，本地端的單片機(jī)只要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換，所以單片機(jī)程序非常簡潔。在外置固件模式下，由外部單片機(jī)根據(jù)需要自行處理各種USB 請(qǐng)求，從而可以實(shí)現(xiàn)符合各種USB 類規(guī)范的設(shè)備。

　　2.2 通信原理

圖1 通信原理框圖

　　圖1 為CH372 通信原理框圖，D7~D0 為8 位雙向數(shù)據(jù)總線、RD#為讀選通輸入引腳、WR#為寫選通輸入引腳、CS#為片選輸入引腳、INT#為中斷輸出引腳、A0 為地址輸入引腳。

　　CH372 芯片的RD#和WR#可以分別連接到單片機(jī)的讀選通輸出引腳和寫選通輸出引腳。CS#由地址譯碼電路驅(qū)動(dòng)，用于當(dāng)單片機(jī)具有多個(gè)外圍器件時(shí)進(jìn)行設(shè)備選擇。INT#輸出的中斷請(qǐng)求是低電平有效，可以連接到單片機(jī)的中斷輸入引腳或者普通I/O 引腳，單片機(jī)可以使用中斷方式或者查詢方式獲知中斷請(qǐng)求。

　　當(dāng)WR#為高電平并且CS#和RD#及A0 都為低電平時(shí)，CH372 中的數(shù)據(jù)通過D7~D0 輸出；當(dāng)RD#為高電平并且CS#和WR#及A0 都為低電平時(shí)，D7~D0 上的數(shù)據(jù)被寫入CH372 芯片中；當(dāng)RD#為高電平并且CS#和WR#都為低電平而A1 為高電平時(shí)，D7~D0 上的數(shù)據(jù)被作為命令碼寫入CH372 芯片中。

　　3 硬件電路

圖2 HID 設(shè)備硬件電路圖

　　圖2 中是沒有外部擴(kuò)展總線的單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)用普通的I/O 引腳模擬出8 位并口時(shí)序操作CH372 芯片。在這個(gè)電路中，CH372 的CS#固定為低電平，一直處于片選狀態(tài)。IC1 的P1 端口作為8位雙向數(shù)據(jù)總線，在單片機(jī)程序中，可以控制各個(gè)I/O引腳模擬并口時(shí)序與CH372 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　單片機(jī)的P3.0 引腳模擬為鼠標(biāo)的左鍵；P3.1 引腳模擬為鼠標(biāo)的右鍵。

4 軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 HID 類設(shè)備描述符枚舉

　　USB Mouse 屬于HID 設(shè)備，和所有的HID 設(shè)備一樣遵從USB 啟動(dòng)流程：設(shè)備插入→總線復(fù)位→設(shè)備枚舉→數(shù)據(jù)接收/傳送。怎樣讓PC 認(rèn)識(shí)USB Mouse流程中的設(shè)備枚舉就是告知PC 設(shè)備描述類型［5］。當(dāng)插入U(xiǎn)SB 設(shè)備后，主機(jī)會(huì)向設(shè)備請(qǐng)求各種描述符來識(shí)別設(shè)備。為了把一個(gè)設(shè)備識(shí)別為HID 類別，設(shè)備在定義描述符的時(shí)候必須遵守HID 規(guī)范，因此除了USB 標(biāo)準(zhǔn)定義的一些描述符外，HID 設(shè)備還必須定義HID 描述符。主機(jī)通過識(shí)別描述符從而認(rèn)識(shí)設(shè)備，認(rèn)識(shí)設(shè)備數(shù)據(jù)通信格式，從而才能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送接收。

　　下面圖3 是在調(diào)試過程中的截圖，可以清楚地看出枚舉有沒有成功，有沒有被PC 機(jī)設(shè)別出來。他們分別是成功識(shí)別，識(shí)別出設(shè)備有問題，無法識(shí)別USB設(shè)備。

圖3 調(diào)試過程3 種狀態(tài)截圖。

　　4.2 單片機(jī)本地端主程序

　　4.2.1 主程序流程圖

圖4 主程序流程圖