基于双模式USB接口的便携式比色计设计

　　引言

　　目前市场上的光电比色计一般都是通过 RS232串口与计算机通信，随着计算机技术的发展，这种接口实现已经无法满足 PC与外部设备之间不断提高的速度以及稳定性、易用性等要求，给用户使用带来了诸多不便。USB接口技术凭借其易用、稳定、可扩展等优点，越来越广泛应用于 PC机外设和便携式系统中，为满足客户要求，本文设计了一种基于 USB接口的比色计仪器。该仪器可以实现 USB主机和从机两种功能，做主机时，能实现数据的快速采集及 U盘存储;做从机时，能实现与计算机相连。

　　1.CH375简介

　　CH375是一种 USB总线的通用接口芯片，支持 USB-HOST主机方式和 USB-DEVICE/SLAVE设备方式，兼容USB2.0，支持 USB的控制传输、批量传输、中断传输，能自动检测 USB设备的连接与断开，能提供设备连接和断开的事件通知。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 DSP/MCU/MPU等控制器系统总线上。USB主机方式支持常用的 USB全速设备，外部单片机可以通过 CH375按照相应的协议与 USB设备通讯。CH375支持 5V和 3.3V电源电压和低功耗模式。

　　2.双模式USB接口硬件电路设计

　　2.1 USB主从动态切换电路的设计

　　为了实现设备应用的灵活性，本文设计的比色计仪器采用 USB总线供电和外接电池供电两种方式。在默认方式下，仪器采用外接电池供电，作为 USB主机使用，通过读写U盘，实现数据传输。在 USB总线供电方式下，仪器作为USB设备使用，直接与计算机连接。两种模式的动态切换电路如图 1所示。

　　P1为从机 USB接口，P2为主机模式下读写 U盘接口。默认状态下，仪器采用外接电池电源供电，SLAVE为低电平，为主机模式;P1口接计算机时，仪器采用 USB总线供电，SLAVE为高电平，单片机通过查询控制使比色计仪器进入设备模式。

　　2.2 单片机控制CH375电路设计

　　本系统使用 C8051F020单片机作为处理器。C8051F020是Cygnal 公司推出的一种 SOC型 8位单片机，片内有 64KB FLASH存储器和4KB RAM，完全符合作为主机时读写 U盘的要求。C8051F020单片机控制 CH375的电路如图 2所示。

　　3. 系统软件设计

　　3. 1主机模式默认状态下，仪器工作在主机模式，通过读写 U盘，存储采集到的数据。 在单片机下开发 U盘的读写系统，单片机端程序要涉及较多的协议，必须能实现 USB的控制传输、批量传输、SCSI/UFI/RBC命令传输及 FAT文件系统等功能。CH375内置了 USB通信协议的固件程序，包含了 USB Mass Storage类协议，所以实际的单片机程序只需要处理 FAT文件系统层，并且这一层也可以由 CH375的 U盘文件级子程序库实现，因此简化了程序的开发流程。