如何利用单片机和USB总线接口芯片实现LPT-USB打印机的驱动器设计

　　引 言
　　本课题来源于北京普析通用公司的一个项目。由于公司现有单机版光谱仪器产品（如1810、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不好买到，而且有些用户的打印机只是USB接口而非并行口，因此现有仪器产品对打印机的支持变得不能适应用户需要。为了实现能将公司的并行口仪器直接和USB打印机相连进行打印，决定设计开发一款LPT-USB打印机的驱动器，负责并口仪器和USB打印机的连接。
　　本文利用单片机和USB总线接口芯片实现LPT-USB打印机的驱动器设计。利用该设计将能够实现并行打印口数据可以在USB打印机上的直接打印工作，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。
　　1 CH375芯片特点及工作原理
　　1.1 CH375芯片特点
　　CH375 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。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。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。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芯片有如下特点：
　　① 全速USBHOST 主机接口USB V1.1，支持动态切换主机与设备方式，外围元器件只需要一个晶体和2个电容;
　　② 主机端点输入和输出缓冲区各64 B，支持常用的12 Mbps 全速USB设备;
　　③ 支持USB 设备的控制传输、批量传输和中断传输；
　　④ 自动检测USB 设备的连接和断开，提供设备连接和断开的事件通知；
　　⑤ 内置控制传输协议处理器，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 串行接口包含串行输入、串行输出和中断输出，支持通信波特率动态调整；
　　⑧ 支持5 V电源电压和3.3 V电源电压。
　　1. 2CH375芯片工作原理
　　如图1所示，CH375芯片通过被动并行接口芯片可以很方便地挂接到各种8 位单片机、DSP和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～D0、读选通输入RD、写选通输入WR、片选输入CS、中断输出INT以及地址输入线A0。CH375 芯片的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和RD以及A0 都为低电平时，CH375 中的数据通过D7～D0 输出；当CS和WR以及A0 都为低电平时，D7～D0 上的数据被写入CH375 芯片中；当CS和WR都为低电平而A1 为高电平时，D7～D0 上的数据被作为命令码写入CH375 芯片中。
　　
　　图1主机通过CH375控制USB设备原理图
　　图2硬件电路原理图
　　2 硬件电路设计
　　单片机通过CH375控制USB打印机的硬件电路，如图2所示，CH375芯片通过被动并行接口芯片挂接到8 位单片机的系统总线上，CH375 的TXD 引脚接地，从而使CH375 工作于并口方式。CH375芯片的8 位双向数据总线D7～D0直接与单片机的P0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P26引脚，该引脚为低电平时选通CH375芯片。INT可以连接到单片机的中断输入INT0引脚，中断请求是低电平有效。地址输入线A0连接至单片机的P25引脚，当A0引脚为高电平时选择命令端口，可以写入命令；当A0引脚为低电平时选择数据端口，可以读写数据。
　　采用74HC245三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P27相连，方向控制位DIR与单片机的T0相连。当DIR置成高电平时，数据从A端口向B端口传送，此时单片机可以通过读取74HC245数据端口即可得到并口数据。打印机状态信号BUSY连接至单片机的P15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，单片机从并口将数据取走，然后再发送至打印机打印出来。
　　3 软件设计实现
　　软件实现的流程如图3所示。该软件编程是用C语言实现的，通信过程主要包括两部分：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的状态来进行并口数据的采集。当打印机不忙（即BUSY=0）时，如果有INT1中断产生，则从74HC245的数据端口将并口数据读出，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。
　　初始化过程分两部分：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就是直接向相应的I/O口写初始化值及设置看门狗，可调用函数watchdog_init（）实现设置看门狗。
　　
　　图3软件实现流程图
　　打印机的枚举初始化过程很重要，要实现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（）主要用到以下几个主要函数：
　　get_descr（1），获取设备描述符。
　　rd_u***_data（buffer），从CH375中读取数据到单片机中。
　　set_addr（3），设置打印机的USB地址。
　　get_full_descr（buffer），获取配置描述符。
　　set_config（unsigned char cfg），加载USB配置值。
　　结语
　　本文详细介绍了基于80C51单片机和USB总线通用接口芯片CH375的LPT-USB打印机驱动器设计及C语言实现。经测试表明，利用该设计能够实现并口仪器数据直接经USB打印机打印出来，打印结果正确无误。该设计现已被用于并口仪器上，利用该驱动器，并行口仪器可以直接和USB打印机相连进行打印，极大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，从而很大程度上方便了用户。