【正文】 1 ： PC 與單片機通過 USB 接口實現(xiàn)串行通信 畢 業(yè) 設(shè) 計 專業(yè)：電子信息工程技 術(shù) 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(guān)的通訊協(xié)議實現(xiàn)串行通信的。本設(shè)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(xiàn)串行通信。 在本設(shè)計中單片機采用 AT89C51， USB 轉(zhuǎn)接芯片 CH341； 軟件設(shè)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(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，程序開發(fā)采用匯編語言和 Keil C 語言。 關(guān)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(nèi)容 .......................................... 1 第 2 章 串行通信基礎(chǔ) ................................................ 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(shè)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(jié)構(gòu) ............................................. 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(shè)計 ............................... 19 設(shè)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(zhuǎn)接芯片的選擇 ....................................... 20 硬件設(shè)計 ..................................................... 20 硬件電路設(shè)計 ............................................. 20 硬件驅(qū)動程序安裝 ......................................... 21 通信程序設(shè)計 ................................................. 22 PC 機與 USB 通信程序設(shè)計 .................................. 22 單片機通信程序設(shè)計 ....................................... 23 USB 通信模塊調(diào)試 ............................................. 24 結(jié) 論 .............................................................. 1 致 謝 .............................................................. 1 參考文獻 ........................................................... 1 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(shù)據(jù)，它的主要目的是將數(shù)據(jù)從一端傳送到另一端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。在現(xiàn)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(shè)備進行通訊?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)必須通過一個數(shù)據(jù)收集器傳給上位機，同樣上位機向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)命令也必須通過數(shù)據(jù)收集器。串行通信因其結(jié)構(gòu)簡單、執(zhí)行速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集和過程控制等領(lǐng)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(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通信方式。串行通信的特點是：數(shù)據(jù)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(shù)尤其是單片微型機技 術(shù)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(shù)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(shè)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(shù)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(xiàn)在的大多數(shù)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(shè)置，這就約束了基于 RS232(DB9)串口與 PC 機聯(lián)絡(luò)的單片機設(shè)備的使用范圍。當(dāng)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(yīng)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(yīng)用于工業(yè)和電子產(chǎn)品的開發(fā)中。 因此研究如何實現(xiàn) PC機與單片機通過 USB之間的通信具有非常重要的現(xiàn)實意義。 本課題研究的主要內(nèi)容 （ 1）串行通信原理介紹； （ 2） USB技術(shù)原理分析； （ 3）單片機和 PC機通過 USB實現(xiàn)串行通信設(shè)計與實現(xiàn)。 本設(shè)計主要包含以下兩個方面： （ 1）硬件設(shè)計：單片機及外圍電路設(shè)計； （ 2）軟件設(shè)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(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 2 第 2 章 串行通信基礎(chǔ) 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(shè)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(shù)據(jù)，一次一位數(shù)據(jù)。相反，一個并行端口一次發(fā)送和接收 8位數(shù)據(jù)，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(dǎo)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(shè)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(shè)備。 圖 21 一些常見的串行設(shè)備，調(diào)制解調(diào)器，鼠標(biāo)和路由器 雖然今天的消費產(chǎn)品中在串行連接的地方使用 USB 連接，但 還有很多的設(shè)備使用串行端口作為與外部世界的唯一連接。 一個串行設(shè)備一次發(fā)送和接收一位數(shù)據(jù)，有些設(shè)備因為在同一時間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，被稱為全雙工設(shè)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(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 3 開始傳輸時，設(shè)備先發(fā)送一個起始位，其次是數(shù)據(jù)位。該數(shù)據(jù)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(shè)置為相同的數(shù)據(jù)通信比特或正確的比特率。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)從一個設(shè)備到另一個的傳輸速度。波特率通常以每秒的位數(shù)（ bps）來計量。 注 意：大多數(shù)串行設(shè)備傳輸七 八位數(shù)據(jù)。 為了檢測數(shù)據(jù)已被正確發(fā)送，一個可選的校驗位可以同數(shù)據(jù)位在一起。一個校驗位可以是以下內(nèi)容：奇數(shù)，偶數(shù)， mark， space 或無（空的奇偶位標(biāo)志幾乎總是被使用）。使用校驗位提供了一個基