引言

      矿井事故的发生随着煤矿开采力度的加大，日益增多。煤矿开采、掘进、运输等整个生产过程都受瓦斯、一氧化碳、煤尘等因素的严重威胁。所以，在工程进行之前，对矿井安全因素的分析，显得尤为必要。

      众所周知，地下信号的通信传输比较困难。因此，可以把矿井的温度、瓦斯浓度通过传感器采集、经由单片机实时地上传到Flash上存储，当矿井探测人员下井时，插上U盘，单片机通过INT#中断，把实时存储在Flash芯片上的数据方便快捷地采集到U盘中，带回处理。不但开发成本低，还能克服矿井下危险环境带来的不便。

      CH375简介

      CH375的USB主机方式支持常用USB全速设备，外部单片机可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信。CH375还内置了处理MassStorage海存量储设备专用通信协议的固件，简化常用的控制传输。它还具有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/MPU控制器件的系统总线上，它兼容USB2.0，外围元件只需要晶振和电容，主机端点输入和输出缓冲区各64字节，支持常用的12Mbps全速设备。支持USB设备的控制传输，批量传输和中断传输。

      CH375芯片在本地端提供了通用的被动并行口和点对点的串行接口。

      USB总线包括一对5V电源线和一对数据信号线，USB插座P1可以直接连接USB设备（见图1），必要时可以在提供给USB设备的+5V电源线上串接具有限流作用的快速电子开关，USB电源电压必须是5V。电容C3用于CH375内部电源节点退耦，C3是容量为1000pF-0.01μF的独石独石或高频瓷片电容，如果对EMI没有要求，就可以省掉C3。电容C4和C5于用外部电源退耦，C4是容量为0.1μF的独石或高频瓷片电容。晶振X1、电容C1和C2用于CH375的时钟振荡电路。USB-HOST主机方式要求时钟频率比较准确，X1的频率是12M赫兹±0.4‰，C1和C2是容量约为15pF的独石或高频瓷片电容。为使CH375可靠复位，电源电压从0V上升到5V的上升时间应该少于100ms。如果电源上电过程较慢，并且电源断电后不能及时放电，那么CH375将不能可靠复位，可以在RSTI引脚与VCC之间跨接一个容量为0.47μF的电容C11，以延长复位时间，在设计印刷电路板PCB时，需要注意：退耦电容C3和C4尽量靠近CH375的相连引脚，使D+和D-信号线贴近平行布线，尽量在两侧提供地线或者覆铜，减少来自外界的信号干扰；尽量缩短XI和XO引脚相关信号线的长度，为了减少高频时钟对外界的干扰，可以在相关元器件周边环绕地线或者覆铜。

      系统设计方案

      矿井数据采集设备基本模块包括传感器模块、日历时钟芯片电路、Flash存储设备、接口电平转换电路、单片机和USB接口芯片（见图2）。

      传感器模块完成数据采集功能，通过ADC把数据上传到Flash存储设备上，当接上USB外设时，给单片机一个脉冲电平，单片机初始化CH375芯片，经过日历时钟芯片的时间调整，把各个时刻矿井的周围环境数据送到USB外设上，便于把数据带回分析。

      硬件电路的设计

      单片机采用C8051F040、USB总线接口芯片为CH375、时钟芯片为DS1339，电平转换接口芯片采用SP3223E、Flash存储芯片采用K9F5608。部分电路如图3所示。

      CH375片选地址为B000HBFFFH，而实际上CH375只需要占用两个地址：BXX1H用于写令命，BXX0H用于读写数据。CH375的D0-D7接单片机的P7.0-P7.7、A0接P6.0，即地址与命名的入口地址，单片机通过8位并口对CH375芯片进行读写，所有操作都是由一个命令号码、若干个输入数据和若干个输出数据组成，部分命令不需要输入数据，部分命令没有输出数据，命令操作步骤如下：1、在A0=1时向命令端口写入命令代码；2、如果该命令具有输入数据，则在A0=0时依次写入输入数据，每次一个字节，3、如果该命令具有输出数据，则在A0=0时依次读取输出数据，每次一个字节；4、命令完成，可以暂停或者转到步骤1继续执行下一个命令，CH375专门用于USB通信，在检测到USB总线的状态变化时，或者命令执行完成后，CH375以中断方式通知单片机进行处理。

      RD读有效接P4.6、WR接P4.7、CS接P5.0。在CH375的电源中，由于采用5V电源，所以，3引脚采用外接容量为0.1μF的去耦电容。28引脚接100μF的去耦电容，在USB总线上，接上R=3.3K欧姆的耦合电阻，在CH375的5V电源接入点接R=3.3K欧姆的上拉电阻和C=100μF的电容。

      只需要把C8051F040的交叉编译开关接口与CH375的端口用软件配置好，就完成了硬件电路的配置。

      //交叉开关使能//

      SFRPAGE=0x0F；

      XBR0=0x00；

      XBR1=0x04；

      XBR2=0x40；//弱上拉使能

      XBR3=0x00；

      软件设计

      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格式的大写字母和中文文件名，可以支持小写字母或者长文件名，支持文件打开、新建、删除、读写等，流程图和源程序代码就不在此赘述了。

      由于CH375芯片内置了常用的USB固件以及大容量存储器的通信协议，无需了解协议层的结构，方便了固件的开发。实践证明，在开发过程中，只要配置好与单片机的端口，调用CH375的常用子程序，就可以完善所有USB开发，成本低而方便快捷。

      结语

      通过使用CH375，可以实时地采集到井下的相关数据，对于矿井境环安全的分析，降低事故发生率可以起到很好的作用，实验也表明，利用CH375实现数据采集功能，开发过程简单，成本低廉，在其他同类功能的SB数采据集分析的模块开发中，都有现实的参考价值。