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工程师,USB与SPI之间如何通信?什么芯片方案可以实现

bigegpt 2024-08-02 11:00 10 浏览

工程师,在研发设计电路项目,可能会使用不同标准协议的通信方式;常见的通信方式类型包含

  • USB通信,如U盘的接口是采用USB通信;
  • UART通信,如数字温湿度传感器的接口是采用UART通信;
  • SPI通信,如Nor Flash存储芯片的接口是采用SPI通信;
  • IIC通信,如EEPROM存储芯片的接口是采用IIC通信;
  • RS485通信,如工业电机控制器的接口是采用RS485通信;
  • CAN通信,如数字PLC的接口是采用CAN通信;

通信协议,严格定义了每种通信方式的电路含义;不同类型的通信协议,所代表的电路含义也不同;以SPI通信协议与USB通信协议举例说明

SPI通信协议与USB通信协议区别

01 引脚定义

SPI通信协议,在硬件电路上表现为CS引脚、CLK引脚、DI引脚与DO引脚,分别对应的电路含义

CS为通信的片选信号,CLK为通信的时钟信号,DI为通信的数据输入信号,DO为通信的数据输出信号;

USB通信协议,在硬件电路上表现为VBUS引脚、D+引脚、D-引脚与GND引脚,分别对应的电路含义

VBUS为通信的电源,D+为通信的数据信号,D-为通信的数据信号,GND为通信的参考地线;

02 通信速度

从Nor Flash存储芯片25Q16数据手册得知,SPI通信的时钟信号最大可以支持到133MHz,也就是SPI通信速度最大为133Mbps;

从USB3.0最新的标准得知,USB通信的最大速率可以达到480Mbps;


SPI通信与USB通信在硬件引脚定义以及通信速度上,呈现出截然不同的电路特性;然而工程师在开发一些特定的项目,会面对不同协议之间的通信接口需要互相通信的问题,比如USB与SPI两者之间需要通信;

工程师该如何去解决这类不同协议之间的通信电路问题?采用什么芯片应用电路方案,能实现USB与SPI之间可以互相通信?

HT42B533桥接芯片的电路方案就可以较好地解决此类电路问题;HT42B533桥接芯片是如何解决的呢?工程师如何去设计它的应用电路方案呢?

HT42B533桥接芯片

工程师在首次接触一个全新的芯片,会试图去了解这个芯片能实现什么功能,它包含一个怎样的电路特性,以此来判断是否能解决当前项目设计遇到的电路问题;

所谓通信桥接芯片,是指能将一种通信协议的接口转换成另外一种通信协议的接口,以实现不同通信协议接口可以互相转换;

HT42B533芯片作为一种通信桥接芯片,能实现的功能是可以将USB通信协议与SPI通信协议互相转换;

  • Pin1引脚VDD:芯片的工作电源引脚,工程师在项目应用中,直接连接到USB的VBUS电源引脚;
  • Pin2引脚V33O:芯片的3.3V电源输出引脚,可以作为其他电路模块的工作电源电压;
  • Pin3引脚GND:芯片的参考地线;
  • Pin4引脚CS:芯片的SPI通信片选信号引脚,工程师在项目应用中,直接连接到SPI通信接口的CS引脚;
  • Pin5引脚DO:芯片的SPI通信数据输出信号引脚,工程师在项目应用中,直接连接到SPI通信接口的DO引脚;
  • Pin6引脚VDDIO:芯片的SPI通信功能电源引脚;
  • Pin7引脚DI:芯片的SPI通信数据输入信号引脚,工程师在项目应用中,直接连接到SPI通信接口的DI引脚;
  • Pin8引脚SCK:芯片的SPI通信时钟信号引脚,工程师在项目应用中,直接连接到SPI通信接口的CLK引脚;
  • Pin9~Pin10引脚D-&D+:芯片的USB通信信号引脚;

HT42B533芯片工作原理

方便工程师更深层次地了解HT42B533芯片工作原理,可以查看其芯片的内部电路图;大致的工作原理说明

USB通信数据进入芯片的USB控制单元,控制单元通过数据的解析,将数据内容发送至128位的TX Buffer,传递给到SPI控制单元,最后通过SPI的通信方式发送数据;同样原理,SPI通信的数据进入芯片的SPI控制单元,控制单元通过数据的解析,将数据内容发送至128位的RX Buffer,传递至USB控制单元,最后通过USB的通信方式发送数据;

HT42B533应用电路图

了解完HT42B533桥接芯片的电路功能与原理,工程师就可以去设计它的应用电路,解决项目中存在的USB与SPI之间通信的电路问题;

工程师,可以依据实际的电路项目需求,将其作为电路问题解决的参考设计;

在HT42B533芯片应用电路方案中,工程师需要注意两点内容

1)HT42B533芯片连接的两个接口SPI与USB,必须包含至少一个“主设备”,例如SPI连接单片机或者USB连接电脑;如SPI连接25Q16存储芯片“从设备”和USB连接类似于U盘的“从设备”,则HT42B533芯片不能正常工作,实现不了其通信协议的桥接转换功能;

2)软件开发的时候,需要配置匹配的各自通信速率,以免出现通信数据解析乱码;


最后总结

HT42B533芯片应用电路方案只是解决这类通信协议互相转换的一个方案,不知面对此问题,工程师在之前的项目开发中,是采用什么芯片电路方案解决的?

本文由【芯片哥】原创撰写,一个做电子元器件与芯片销售的工程师,喜欢就关注芯片哥,和芯片哥一起加油吧

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