【正文】 老師和同學(xué)都給了我大力支持和幫助，對(duì)這些老師和同學(xué)表示誠(chéng)摯的謝意； 求學(xué)歷程是艱苦的，但又是快樂的。 隨著單片機(jī)和微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，由 PC 機(jī)和多臺(tái)單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)已成為單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。在發(fā)送文本框中輸入 2 字節(jié) 16 進(jìn)制數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊發(fā)送向串口發(fā)送 16 進(jìn)制 8 位數(shù)據(jù)。返回初始狀態(tài)，等待下一次數(shù)據(jù)接收，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的循環(huán)接收 開始 設(shè)定定時(shí)器和 USB 工作方式 開中斷 等待中斷 中斷產(chǎn)生接收數(shù)據(jù) 關(guān)中斷回送數(shù)據(jù) 開發(fā)送中斷等待數(shù)據(jù)接收完成 返回初始狀態(tài) 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 SBR:AJMP SBR1 ORG 0100H SBR1： CLR RI MOV A,ABUF。 圖 46 單片機(jī)的程序流程圖 根據(jù)程序流程圖 ，單片機(jī)的指令代碼如下： ORG DDOOH START: MOV TMOD,20H。j9。/*如果設(shè)備已配置 ,調(diào)用 I2cWriteRead()*/ } outportb(port,a)。 /*設(shè)置中斷 */ // D12_DATA = 0xfb02。 將硬件電路通過 USB 接口連接至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別并彈出新硬件安裝成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 對(duì)話框，選擇自動(dòng)安裝，驅(qū)動(dòng)程序即可成功安裝至計(jì)算機(jī)。GND— GND）。 CH341 是南 京沁恒電子公司生產(chǎn)的 USB 總線的轉(zhuǎn)接芯片，通過 USB 總線提供異步串口，打印口，并口及常用的 2 線和 4線等同步串行端口。 （ 2） USB 接口的傳輸速率較快，可達(dá) 480Mbps()，而 RS232(DB9)串口的最高速率僅為 19200 波特。 PC 機(jī)也可 以將各種控制命令傳送給單片機(jī) , 干預(yù)單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行 , 從而發(fā)揮 PC機(jī)的優(yōu)勢(shì)。 (2)只支持中斷和控制傳輸方式。 5． 低速操作 Hub 具有禁止高速信號(hào)進(jìn)入低速設(shè)備的能力 ， 這既防止了電磁干擾的發(fā)生 ，又保護(hù)了低速設(shè)備 。 在總線傳輸?shù)拈_始 ， 發(fā)送者與接收者 的序列位必須一致 ， 這是由控制命令來實(shí)現(xiàn)的 。 圖 311控制操作讀寫過程 中斷操作 （ interrupt transaction） ： 中斷操作只有輸入這一個(gè)方向 ， 具體格式與批操作的輸入情形 如 圖 312所示 。 (3)出錯(cuò)包 STALL： 指出設(shè)備不能傳送或接收數(shù)據(jù)，但需要主機(jī)介入才能恢復(fù) ，NAK和 STALL不能由主機(jī)發(fā)出。 圖 35 SOF數(shù)據(jù)格式 數(shù)據(jù)包 ： 包括 Data0 和 Data1 兩種類型 。 2． 包的類型 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 令牌包 (Token Packed)： 其中包括： IN(輸入 )、 OUT(輸出 )、 SETUP(設(shè)置 )和 SOF(Start of Frame，幀起始 )四種類型 。 端點(diǎn)域 (ENDP)有 4 位 ， 它使設(shè)備可以擁有幾個(gè)子通道 。 如果出現(xiàn)錯(cuò)誤或者解碼為未定義的值 ， 那么這個(gè)包就會(huì)被 接收者忽略 。 USB 總線協(xié)議 所有總線操作都可以歸結(jié)為三種包的傳輸。 而引入低速模式 ，主要是為了降低要求不高的設(shè)備的成本 ， 比如鼠標(biāo) 、 鍵盤等等 。 這成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 些附加的 Hub 可以連接另外的外設(shè)以及下層 HubUSB。 打印機(jī)和掃描儀屬于這種類型 。 它被用于時(shí)間嚴(yán)格并具有較強(qiáng)容錯(cuò)性的流數(shù)據(jù)傳輸 ， 或者用于要求恒定的數(shù)據(jù)傳輸率的即時(shí)應(yīng)用中 。 傳輸方式 USB有四種的傳輸方式 ： 控制 (Control)、 同步 (isochronous)、 中斷(interrupt)、 大量 (bulk)。 (hot plug)和 PNP(PlugandPlay)， 也就是說在不關(guān)閉 PC 的情況下可以安全的插上和斷開 USB設(shè)備 ， 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)地檢測(cè)外設(shè)的插拔 ，成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 并且動(dòng)態(tài)地加載驅(qū)動(dòng)程序 。 一個(gè) USB 設(shè)備可以分為三個(gè)層圖（ 如 圖 31所示 ）。 端點(diǎn) 0通常為控制端點(diǎn)。 USB 設(shè)備 USB 設(shè)備包括 Hub 和功能設(shè)備 ， 而功能設(shè)備又可以細(xì)分為定位設(shè)備字符設(shè)備等等。這種技術(shù)在短距離傳輸時(shí)表現(xiàn)良好，但在長(zhǎng)距離傳輸中，定時(shí)脈沖可能會(huì)和信息信號(hào)一樣受到破壞，從而出現(xiàn)定時(shí)誤差。它的缺點(diǎn)是通信開銷大，每傳輸一個(gè)字符都要額外附加 2～ 3 位，通信效率比較低。停止位對(duì) 應(yīng)于二進(jìn)制值 1，以高電平表示，占用 1~2位寬度。這種方式要求通訊雙方均有發(fā)送器和接收器，同時(shí)，需要2根數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)信號(hào) （可能還需要控制線和狀態(tài)線，以及地線）。收 /發(fā)開關(guān)實(shí)際上是由軟件控制的電子開關(guān)。如果在任意時(shí)刻，線路上存在 A到 B和 B到 A的雙向信號(hào)傳輸，則稱為全雙工。大多數(shù)系列設(shè)備使用 9針連接器。波特率是數(shù)據(jù)從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)的傳輸速度。 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(fèi)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)備成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 使用串行端口作為與外部世界的唯一連接。 行通 信 串行通信的設(shè)備是最古老的溝通機(jī)制之一。 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(diǎn)， RS232(DB9)串口正在逐步 地 為 USB 接口所替代?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)必須通過一個(gè)數(shù)據(jù)收集器傳給上位機(jī)，同樣上位機(jī)向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)命令也必須通過數(shù)據(jù)收集器。 本設(shè)計(jì)主要介紹如何使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)與一臺(tái)單片機(jī)通過 USB 接口實(shí)現(xiàn) 串行通信?；镜耐ㄐ欧绞接胁⑿型ㄐ藕痛型ㄐ艃煞N。本文所介紹的單片機(jī)和 PC機(jī)的 USB通信方法，電路簡(jiǎn)單，兼容性好，可移植性強(qiáng)，故可作為單片機(jī)同計(jì)算機(jī)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。相反，一個(gè)并行端口一次發(fā)送和接收 8位數(shù)據(jù)，使用 8個(gè)單獨(dú)的 線路 。 開始傳輸時(shí)，設(shè)備先發(fā)送一個(gè)起始位，其次是數(shù)據(jù)位。 為了檢測(cè)數(shù)據(jù)已被正確發(fā)送，一個(gè)可選的校驗(yàn)位可以同數(shù)據(jù)位在一起。 并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。雙工信道有時(shí)也將收、發(fā)信道分開，采用分離的線路或頻帶傳輸相反方向的信號(hào)，如回線傳輸。 目前多數(shù)終端和串行接口都為半雙工方式提供了換向能力，也為全雙工方式提供了兩條獨(dú)立的引腳。接收端和發(fā)送端必須保持步調(diào)一致，否則數(shù)據(jù)傳輸就會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。此外，還要附加 1位奇偶校驗(yàn)位，可以選擇奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)方式對(duì)該字符實(shí)施簡(jiǎn)單的差錯(cuò)控制。每個(gè)數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部都要附加一個(gè)特殊的字符或比特序列，標(biāo)記一個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束，一般還要附加一個(gè)校驗(yàn)序列 (如 16位或 32 位 CRC校驗(yàn)碼 )，以便對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行差錯(cuò)控制。 USB 可把多達(dá) 127 個(gè)外設(shè)同時(shí)聯(lián)到你的系統(tǒng)上 ， 所有的外設(shè)通過協(xié)議來共享 USB 的帶寬 ， 其 12Mbps 的帶寬對(duì)于鍵盤 ， 鼠標(biāo)等低中速外設(shè)是完全足夠的 （ 注 ： 在 1999 年 2月發(fā)布的 USB 規(guī)范版本 草案中 ， 已建議將 12Mbps 的帶寬提升到 120240Mbps。每個(gè)端點(diǎn)實(shí)際上就是一個(gè)一定大小的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這些端點(diǎn)在設(shè)備出廠時(shí)就已定義好。 管道：一個(gè) USB管道是驅(qū)動(dòng)程序的一個(gè) 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與一個(gè)外設(shè)端點(diǎn)的連接，它代表了一種在兩者之間移動(dòng)數(shù)據(jù)的能力。一個(gè)端點(diǎn)是數(shù)據(jù)最終的使用者或提供者，它可以看作數(shù)據(jù)的源或接收端。 USB直接連接到 Hub或者是連接到 Host的設(shè)備可以通過 USB電纜供電 ， 也可以通過電池或者其它的電力設(shè)備來供電 ， 或使用兩種供電方式的組合 ， 并且支持節(jié)約能源的掛機(jī)和喚醒模式 。 (Control)方式傳輸 :控制傳輸是雙向傳輸 ,數(shù)據(jù)量通常較小 。對(duì)于同步傳輸來說 ， 即時(shí)的數(shù)據(jù)傳遞比完美的精度和數(shù)據(jù)的完整性更重要一些 。 每個(gè)設(shè)備每幀只能傳輸一個(gè)同步的傳輸包 。 USB 的物理層 USB的物理接口包括電氣特性和機(jī)械特性 。 為了提供信號(hào)電壓保證 ， 以及與終端負(fù)載相匹配 ， 在電纜的每一端都使用了不平衡的終端負(fù)載 。而數(shù)據(jù)的目的 地一般要以一個(gè)確認(rèn)包(Handshake Packet)來 作出響應(yīng)以表明傳輸是否成功。 外設(shè)必須解讀這兩個(gè)域 ， 其中 若 有任何一個(gè)不匹配 ， 這個(gè)令牌就會(huì)被忽略 。高速設(shè)備可以支持最多 16個(gè)端點(diǎn) 。 Token和 SOF在三個(gè)字節(jié)的時(shí)間內(nèi)以一個(gè) EOP(End of Packet)結(jié)束 。 圖 36 DATA數(shù)據(jù)格式 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 應(yīng)答包 (Handshake Packet)： 僅包含一個(gè) 如 圖 37所示的 PID 域 。對(duì)于輸入操作，如果設(shè)備不能返回?cái)?shù)據(jù)，那么必須發(fā)出 NAK或 STALL包；對(duì)于輸出如果設(shè)備不能接收數(shù)據(jù)，也要返回 NAK或 STALL。 另外它也不支持?jǐn)?shù)據(jù)的觸發(fā)同步與重試 。 圖 314 數(shù)據(jù)觸發(fā)與同步一 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 315數(shù)據(jù)觸發(fā)與同步 二 圖 316數(shù)據(jù)觸發(fā)與同步三 每次總線操作 ， 接收者將發(fā)送者的序列位 (被譯碼成數(shù)據(jù)包 PID 的一位，即Data0 或 Data1)與本身的相比較。 Hub必須解釋 PRE包，而所有其它的 USB設(shè)備必須忽略這個(gè)包。 而同步傳輸不允許重試 ， 因此必須具有一定的容錯(cuò)性 。目前計(jì)算機(jī)提供的串口有 RS232， RJ45， 等 。 另外在本設(shè)計(jì)中選擇使用的單片機(jī)是 AT8C951。本電路采用的是 SSOP20 封裝的 CH341T，其引腳圖如圖 41所示。 CH341T 必須使用 12Mhz 晶振，否則無法正常工作。 圖 43 安裝完成后的設(shè)備管理器 通信程序設(shè)計(jì) PC 機(jī) 與 USB 通信程序 設(shè)計(jì) 圖 44為計(jì)算機(jī) 與 USB 通信處理 流程圖 。 /*定義數(shù)據(jù)地址 */ D12_COMMAND = 0x7003。j9。 break。串口工作方式 1， REN=1 SETB ES SETB EA。其主要功能如下： （ 1）支持 COM1— COM8 串口的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，可重復(fù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)； （ 2）支持 HEX 格式數(shù)據(jù)和 ASC 格式數(shù)據(jù)的串口發(fā)送和接收； （ 3）可自定義數(shù)據(jù)