【正文】 1 ： PC 與單片機通過 USB 接口實現串行通信 畢 業(yè) 設 計 專業(yè)：電子信息工程技 術 班級：電子 1001 姓名： *** 2 摘 要 基于串口通訊 的原理，分析和討論了計算機與單片機如何通過 USB接口使用相關的通訊協(xié)議實現串行通信的。本設計主要介紹如何使用一臺計算機與一臺單片機通過 USB接口實現串行通信。 在本設計中單片機采用 AT89C51， USB 轉接芯片 CH341； 軟件設計方面， PC 機采用 C 語言編程，單片機方面用中斷方式完成數據的接收和發(fā)送，程序開發(fā)采用匯編語言和 Keil C 語言。 關鍵字 ： PC 機，單片機， USB，串行通信 3 目 錄 第 1 章 前 言 ....................................................... 1 本課題研究的目的和背景 ........................................ 1 本課題研究的主要內容 .......................................... 1 第 2 章 串行通信基礎 ................................................ 2 串口通信的基本知識 ............................................ 2 并行通信與串行通信 ........................................ 2 串行通信工作模式 .......................................... 4 異步傳輸和同步傳輸 ........................................ 5 第 3 章 USB 通信原理簡介 ............................................. 7 USB 簡介 ...................................................... 7 USB 設備 .................................................. 7 USB 的優(yōu)點 ................................................ 8 傳輸方式 .................................................. 9 USB 的總線協(xié)議 ............................................... 10 總線拓撲結構 ............................................. 10 USB 的物理層 ............................................. 10 USB 總線協(xié)議 ............................................. 11 第 4 章 PC 與單片機通過 USB 的通信設計 ............................... 19 設計方案選擇 ................................................. 19 PC 機同單片機通信存在的問題 .............................. 19 USB 接口同 RS232(DB9)串口的比較 ......................... 19 USB 轉接芯片的選擇 ....................................... 20 硬件設計 ..................................................... 20 硬件電路設計 ............................................. 20 硬件驅動程序安裝 ......................................... 21 通信程序設計 ................................................. 22 PC 機與 USB 通信程序設計 .................................. 22 單片機通信程序設計 ....................................... 23 USB 通信模塊調試 ............................................. 24 結 論 .............................................................. 1 致 謝 .............................................................. 1 參考文獻 ........................................................... 1 河南工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 1 第 1 章 前 言 本課題研究的目的和背景 通信是指不同的獨立系統(tǒng)利用線路互相交換數據，它的主要目的是將數據從一端傳送到另一端，實現數據的交換。在現代工業(yè)控制中，通常采用計算機作為上位機與下 層的實時控制與監(jiān)測設備進行通訊。現場數據必須通過一個數據收集器傳給上位機，同樣上位機向現場設備發(fā)命令也必須通過數據收集器。串行通信因其結構簡單、執(zhí)行速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點，已被廣泛應用于數據采集和過程控制等領域。 計算機與外界的信息交換稱為通信。基本的通信方式有并行通信和串行通信兩種。串行通信是指一條信息額各位數據被逐位按順序傳送的通信方式。串行通信的特點是：數據位傳送，按位順序進行，最少只需要一根傳輸線即可完成，成本低但傳送速度快，串行通信的距離可以從幾米到幾千米 。 隨著計算機技術尤其是單片微型機技 術的發(fā)展，人們已越來越多地采用單片機來對一些工業(yè)控制系統(tǒng)中如溫度、流量和壓力等參數進行監(jiān)測和控制。 PC機具有強大的監(jiān)控和管理能力，而單片機則具有快速及靈和的控制特點，通過 PC機的 RS232串行接口與外部設備進行通信，是許多測控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。而隨著 USB接口技術的成熟和使用的普及，由于 USB 接口有著 RS232(DB9)串口無法比擬的優(yōu)點， RS232(DB9)串口正在逐步地為 USB 接口所替代。而在現在的大多數筆記本電腦中，出于節(jié)省物理空間和用處不大等原因， RS232(DB9)串 口已不再設置，這就約束了基于 RS232(DB9)串口與 PC 機聯絡的單片機設備的使用范圍。當前 USB接口逐步取代 RS232(DB9)串口已是大勢所趨，單片機同計算機的 USB通信在實際工作中的應用范圍也將越來越廣。本文所介紹的單片機和PC機的 USB通信方法，電路簡單，兼容性好，可移植性強，故可作為單片機同計算機的 USB通信模塊廣泛應用于工業(yè)和電子產品的開發(fā)中。 因此研究如何實現 PC機與單片機通過 USB之間的通信具有非常重要的現實意義。 本課題研究的主要內容 （ 1）串行通信原理介紹； （ 2） USB技術原理分析； （ 3）單片機和 PC機通過 USB實現串行通信設計與實現。 本設計主要包含以下兩個方面： （ 1）硬件設計：單片機及外圍電路設計； （ 2）軟件設計：單片機的通信控制程序， PC機的通信程序。 河南工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 2 第 2 章 串行通信基礎 串口通信的基本知識 并行通信與串行通信 微機的信息交換有兩種方式進行：串行通信方式和并行通信方式。 串行通信的設備是最古老的溝通機制之一。從 IBM個人電腦和兼容式電腦的時代開始，幾乎所有的計算機都配有一個或多個串行端口和一個并行端口。顧名思義，一個串行 端口發(fā)送和接收串行數據，一次一位數據。相反，一個并行端口一次發(fā)送和接收 8位數據，使用 8個單獨的線路。 提示：要使串行通信工作，你只需要一根三根線的電纜 —— 1根發(fā)送， 1根用來接收，1根接地。對于并行通信，你需要采用 8條導線。 盡管相對較慢的傳輸速度遠低于并行端口，串行端口通信依然因為它簡單的設備、高的成本效益以及差錯可控性強而成為一個受歡迎的連接選項。圖 21顯示了使用串行口連接到計算機的設備。 圖 21 一些常見的串行設備，調制解調器，鼠標和路由器 雖然今天的消費產品中在串行連接的地方使用 USB 連接，但 還有很多的設備使用串行端口作為與外部世界的唯一連接。 一個串行設備一次發(fā)送和接收一位數據，有些設備因為在同一時間發(fā)送和接收數據，被稱為全雙工設備。其他可以在任何時間發(fā)送或接收被稱為單雙工。 河南工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 3 開始傳輸時，設備先發(fā)送一個起始位，其次是數據位。該數據位可以是五，六，七，或 8位，基于商定而定。兩個發(fā)送方和接收器必須設置為相同的數據通信比特或正確的比特率。數據位被發(fā)送完后，就會發(fā)送一個停止位。一個停止位可以是一位，一個半位，或兩位。波特率是數據從一個設備到另一個的傳輸速度。波特率通常以每秒的位數（ bps）來計量。 注 意：大多數串行設備傳輸七 八位數據。 為了檢測數據已被正確發(fā)送，一個可選的校驗位可以同數據位在一起。一個校驗位可以是以下內容：奇數，偶數， mark， space 或無（空的奇偶位標志幾乎總是被使用）。使用校驗位提供了一個基