基于芯片CH375的USB總線(xiàn)和ISA總線(xiàn)轉(zhuǎn)接的實(shí)現(xiàn)

摘要：USB總線(xiàn)因其便捷的特性使得其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電子市場(chǎng)上帶有USB接口的設(shè)備也越來(lái)越多，USB總線(xiàn)取代傳統(tǒng)的老式接口必將成為一種趨勢(shì)。而ISA總線(xiàn)是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)架構(gòu)，在工控領(lǐng)域中歷史悠久，是最早的系統(tǒng)級(jí)總線(xiàn)。ISA總線(xiàn)如今在工業(yè)控制領(lǐng)域的主要作用就是擴(kuò)展中低速設(shè)備接口，因?yàn)楣た仡I(lǐng)域中要控制的設(shè)備往往非常多，所以ISA總線(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域中仍然起著非常重要的作用。本文的主要目的是利用CH375芯片完成USB總線(xiàn)到ISA總線(xiàn)的轉(zhuǎn)接。

ISA總線(xiàn)最早作為一種系統(tǒng)總線(xiàn)，主要用在IBM-PC、IBM-PC/XT系列計(jì)算機(jī)當(dāng)中，后來(lái)成為工業(yè)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，并且產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。由于技術(shù)的不斷發(fā)展，ISA總線(xiàn)的傳輸速率跟不上處理器的速度，從而被其他總線(xiàn)所取代。

然而正是由于ISA總線(xiàn)的低速使得其與現(xiàn)在的外設(shè)速率十分匹配，適合作為一種外圍設(shè)備總線(xiàn)，用于擴(kuò)展設(shè)備接口。并且ISA總線(xiàn)的地址線(xiàn)是非常多的，可以連接數(shù)量龐大的設(shè)備。綜合這兩點(diǎn)原因，ISA總線(xiàn)在工業(yè)控制領(lǐng)域仍然占有一席之地，并且ISA總線(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用還會(huì)持續(xù)一段很長(zhǎng)的時(shí)間。

USB外設(shè)普及之后，將會(huì)使得PC機(jī)箱后面的各式各樣繁雜的連接線(xiàn)變得簡(jiǎn)單，大多數(shù)老式的接口將被淘汰，如ISA接口、PS/2接口、串并行接口等，取而代之的是各種USB接口的外設(shè)。但有些接口是USB無(wú)法取代的，如顯示器接口、SCSI接口和IEEE1394接口等。不過(guò)這還是不能阻擋USB接口的發(fā)展。

其實(shí)除了如顯卡這種數(shù)據(jù)傳輸量極高和一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求特別高的控制設(shè)備外，幾乎所有的PC外設(shè)都可以移植到USB上來(lái)，因此USB的PC外設(shè)有不可限量的發(fā)展空間。正是基于這個(gè)原因，本文提出了一種設(shè)計(jì)方案，通過(guò)CH375芯片實(shí)現(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)接。

1 整體方案的設(shè)計(jì)

本方案中采用CH375芯片實(shí)現(xiàn)ISA總線(xiàn)到USB總線(xiàn)的轉(zhuǎn)接。CH375是一個(gè)USB總線(xiàn)的通用接口芯片，支持USB-HOST主機(jī)方式和USB- DEVICE/SLAVE設(shè)備方式。在本地端，CH375具有8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)、DSP、MCU、 MPU等控制器的系統(tǒng)總線(xiàn)上。它內(nèi)置了USB通訊中的底層協(xié)議，屏蔽了復(fù)雜的底層驅(qū)動(dòng);通過(guò)Windows驅(qū)動(dòng)程序提供設(shè)備級(jí)接口，通過(guò)DLL提供API 應(yīng)用層接口。下圖是轉(zhuǎn)接板的整體模塊圖，板卡通過(guò)USB接頭和上位計(jì)算機(jī)連接，通過(guò)ISA接口插接在下位機(jī)的ISA插槽上。

1.1 CH375模塊的設(shè)計(jì)

CH375芯片與外圍芯片連接電路如圖2所示。

UD+、UD-引腳分別連接USB總線(xiàn)的D+、D-數(shù)據(jù)線(xiàn)。

ACT#是CH375設(shè)備狀態(tài)輸出端，當(dāng)CH375作為USB設(shè)備配置完成后，該引腳輸出低電平，可以用來(lái)指示CH375的狀態(tài)。

INT#引腳為中斷請(qǐng)求輸出，將其連接到單片機(jī)的中斷0引腳。

CS#片選控制輸入引腳，將其接到單片機(jī)P2.7管腳。

A0是CH375數(shù)據(jù)端口和命令端口的選擇引腳，A0接到單片機(jī)的P2.6管腳。

RD#和WR#分別接到單片機(jī)的讀寫(xiě)信號(hào)引腳。

D0～D7是數(shù)據(jù)總線(xiàn)，分別與單片機(jī)的P0.0～P0.7連接。

1.2 ISA模塊的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中用了兩個(gè)74HC245，分別將數(shù)據(jù)信號(hào)、地址信號(hào)和讀寫(xiě)控制信號(hào)引入到下位機(jī)中。采用74LS573芯片作為鎖存器。1)74LS573的使能端0E#引腳接地使其一直有效。2)LE為鎖存使能輸入端，當(dāng)其從高電平轉(zhuǎn)為低電平時(shí)鎖存輸入的數(shù)據(jù)(即為鎖存P0口的數(shù)據(jù))。由于單片機(jī)是在ALE的下降沿送出穩(wěn)定的地址信號(hào)，因此可將芯片的LE引腳直接與單片機(jī)的ALE連接。3)其他對(duì)應(yīng)連接即可。

ISA總線(xiàn)的地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)是分開(kāi)的，控制線(xiàn)也比較簡(jiǎn)單，因而和單片機(jī)接口非常方便，可以直接接到ISA總線(xiàn)上。

2 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)要完成的軟件程序設(shè)計(jì)主要是：上位機(jī)用戶(hù)界面應(yīng)用程序和下位單片機(jī)程序。

上位機(jī)的數(shù)據(jù)通過(guò)USB總線(xiàn)，由USB主機(jī)發(fā)送給CH375，CH375將接收的數(shù)據(jù)放入端點(diǎn)緩沖區(qū)，接收完后通過(guò)中斷告知單片機(jī)數(shù)據(jù)接收完畢，然后單片機(jī)響應(yīng)中斷，在中斷中做

相應(yīng)的處理，即在中斷中將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和發(fā)送到ISA總線(xiàn)。因此單片機(jī)的主要任務(wù)是與CH375通訊，接收CH375數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換成ISA總線(xiàn)信號(hào)后發(fā)送到ISA總線(xiàn)。圖3為主程序的流程圖。

圖4為CH375初始化子程序，其主要是測(cè)試和單片機(jī)的通訊是否正常，以及設(shè)置CH375的工作方式等。本文將CH375的工作方式設(shè)置為方式2，即內(nèi)置固件模式。

圖5是單片機(jī)中斷子程序，這是下位單片機(jī)程序最重要的部分，所有上位機(jī)程序發(fā)送的數(shù)據(jù)都是由中斷子程序響應(yīng)、接收和處理的。

中斷子程序如下：

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 調(diào)試方法

本文采用了先部分后整體的調(diào)試方法，這樣可以節(jié)省時(shí)間，最快的速度發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

把整個(gè)調(diào)試系統(tǒng)分成了兩部分，第一部分為上位機(jī)程序與單片機(jī)的通訊;第二部分為單片機(jī)與ISA總線(xiàn)的通訊。分別對(duì)此兩部分進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試成功之后再將這兩部分組合成整體，最后進(jìn)行整體調(diào)試。

3.2 調(diào)試過(guò)程與調(diào)試記錄

1)上位機(jī)與單片機(jī)數(shù)據(jù)傳送的調(diào)試

上位機(jī)部分由程序“調(diào)試程序V1.0.EXE”來(lái)完成控制，由他可以輸入I/O輸出板卡的地址以及要發(fā)送給ISA總線(xiàn)的數(shù)據(jù)。其主界面如圖6所示。

單片機(jī)部分由Keil C編程軟件、仿真器以及USB-ISA轉(zhuǎn)接卡組成。將仿真器的仿真頭連接到USB-ISA轉(zhuǎn)接卡單片機(jī)位置，由Keil C編程軟件、仿真器共同完成仿真功能。Keil C軟件的編程和調(diào)試界面如圖7。

利用仿真器就可以查看數(shù)據(jù)是否成功到達(dá)，調(diào)試記錄如表1所示。

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2)單片機(jī)與ISA總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的調(diào)試

單片機(jī)部分即可用仿真器仿真，也可以直接用通過(guò)編程器燒寫(xiě)了程序的單片機(jī)，但相比較而言用仿真調(diào)試會(huì)比較方便。這部分調(diào)試主要是看由單片機(jī)發(fā)送的ISA總線(xiàn)數(shù)據(jù)能否被I/O輸出卡接收到。數(shù)據(jù)是否接收到可由顯示板來(lái)指示，顯示卡LED燈的亮滅狀態(tài)可以指示I/O輸出卡是否被選中，以及是否接收到單片機(jī)的控制信號(hào)。

程序控制向ISA總線(xiàn)的某個(gè)地址發(fā)送數(shù)據(jù)，如果顯示板能夠顯示程序中發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，則表明單片機(jī)與ISA總線(xiàn)通訊成功。

3)系統(tǒng)整體調(diào)試

當(dāng)上述兩個(gè)部分都調(diào)試成功之后，就可以開(kāi)始系統(tǒng)的整體調(diào)試了。上面兩步的調(diào)試成功說(shuō)明硬件原理和硬件連接正確，上位機(jī)調(diào)試程序也沒(méi)問(wèn)題，接下來(lái)就只剩下單片機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)的處理的軟件程序調(diào)試了。這個(gè)部分也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，單片機(jī)對(duì)ISA總線(xiàn)數(shù)據(jù)的處理跟對(duì)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的操作一樣;指向某個(gè)地址然后發(fā)送數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文將USB和ISA這兩種總線(xiàn)的特點(diǎn)融合在一起，設(shè)計(jì)并制作了USB-ISA轉(zhuǎn)接卡，適應(yīng)于各種工控系統(tǒng)，在有ISA總線(xiàn)的場(chǎng)合基本上都可以應(yīng)用此轉(zhuǎn)接卡。ISA總線(xiàn)是一種適合于中低速I(mǎi)/O設(shè)備的總線(xiàn)，因其多地址線(xiàn)和較慢的傳輸速率，ISA總線(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域中仍然應(yīng)用得非常廣泛。而USB總線(xiàn)又是一種非常方便的總線(xiàn)，受到越來(lái)越多的使用者的喜愛(ài)，USB的優(yōu)越的特性將會(huì)使其具有不可抵擋的發(fā)展勢(shì)頭。因此USB總線(xiàn)和ISA總線(xiàn)的結(jié)合必將會(huì)在工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，可以預(yù)期USB-ISA轉(zhuǎn)接卡在工業(yè)領(lǐng)域中會(huì)有非常廣泛的應(yīng)用前景。