【正文】 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 致 謝 在此論文撰寫過(guò)程中，要特別感謝我的導(dǎo)師 朱杰老師 的指導(dǎo)與督促，同時(shí)感謝 他 的諒解與包容。 c2= inportb( 0x3f8) 。 為了實(shí)現(xiàn)通信 , 雙方約定如下 : 波特率 : 2400bit/ s； 幀格式 : 10 位為一幀 , 包括 1 個(gè)起始位 , 8 個(gè)數(shù)據(jù)位和 1 個(gè)停止位 ； 傳送方式 : PC 機(jī)采用查詢方式收發(fā)數(shù)據(jù) , 單片機(jī)采用中斷方式收發(fā)數(shù)據(jù)。若校驗(yàn)錯(cuò)，在狀態(tài)寄存器中置奇偶錯(cuò)標(biāo)志。噪聲容限為 2V, 即要求接收器能識(shí)別低至 + 3V 的信號(hào)作為邏輯 / 00, 高到 3V 的信號(hào)作為邏輯 / 10 。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第四章 串口通信 接口 設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)選擇 由于 實(shí)際應(yīng)用中單片機(jī)在數(shù)據(jù)處理能力、人機(jī)交互等方面往往不能滿足要求 , 因而通常用 PC 來(lái)彌補(bǔ)單片機(jī)的這些不足。如果數(shù)據(jù)可以被接收，并且兩者的序列位匹配，則該數(shù)據(jù)被接收并且發(fā)送 ACK，同時(shí)接收者的序列位被觸發(fā)。 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。 圖 INOUTSETUP 數(shù)據(jù)格式 對(duì)于 OUT和 SETUP來(lái)說(shuō) ， ADDR和 ENDP中所指明的端點(diǎn)將接收到主機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)包 ， 而對(duì) IN來(lái)說(shuō) ， 所指定的端點(diǎn)將輸出一個(gè)數(shù)據(jù)包 。 地址域 (Address Field)： 外設(shè)端點(diǎn)都是由地址域指明的 ， 它包括兩個(gè)子域 ：外設(shè)地址和外設(shè)端點(diǎn) 。 為了提供信號(hào)電壓保證 ， 以及與終端負(fù)載相匹配 ， 在成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 電纜的每一端都使用了不平衡的終端負(fù)載 。 打印機(jī)和掃描儀屬于這種類型 。 ， USB提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型 ： 控制傳輸 Bulk數(shù)據(jù) 、 傳輸中斷數(shù)據(jù)傳輸和同步數(shù)據(jù)傳輸 。管道有兩種類型，數(shù)據(jù)流管道（其中的數(shù)據(jù)沒(méi)有 USB定義的結(jié)構(gòu)）與消息管道（其中的數(shù)據(jù)必須有 USB定義的結(jié)構(gòu)）管道只是一個(gè)邏輯上的概念。） USB 允許外設(shè)在主機(jī)和其它外設(shè)工作時(shí)進(jìn)行連接 、配置 、 使用及移除 ， 即所謂的即插即用 （ Plugamp。典型的速率有： 9 600 b/s、 56kb/s 等。在全雙工方式下，通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送。 串行通信工作模式 如果在通信過(guò)程的任意時(shí)刻，信息只能由一方 A 傳到另一方 B，則稱為單工。大多數(shù)系列設(shè)備使用 9 針連接器。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 21 一些常見(jiàn)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)備使用串行端口作為與外部世界的唯一連接。 當(dāng)前 USB 接口逐步取代 RS232(DB9)串口已是大勢(shì)所趨，單片機(jī)同計(jì)算機(jī)的 USB 通信在實(shí)際工作中的應(yīng)用范圍也將越來(lái)越廣。 I PC 與單片機(jī)通過(guò) USB 接口實(shí) 現(xiàn) 串行通信 摘 要 基于串口通訊的原理，分析和討論了計(jì)算機(jī)與單片機(jī)如何通過(guò) USB 接口使用相關(guān)的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)串行通信的。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(kāi)發(fā)中。 一個(gè)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?yàn)樵谕粫r(shí)間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，被稱為全雙工設(shè)備。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 22 25 針和 9 針串行接口 （二） 并行通信 在計(jì)算機(jī)和終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通常是靠電 纜或信道上的電流或電壓變化實(shí)現(xiàn)的。如果在任意時(shí)刻，信息既可由 A 傳到 B，又能由 B 傳 A，但只能由一個(gè)方向上的傳輸存在，稱為半雙工傳輸。全雙工方式無(wú)需進(jìn)行方向的切換，因此，沒(méi)有切換操作所產(chǎn)生的時(shí)間延遲，這對(duì)那些不能有時(shí)間延誤的交互式應(yīng)用（例如遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)）十分有利。 異步傳輸又稱為起止式異步通信方式，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，適用于面向字符的、低速的異步通信場(chǎng)合。Play）。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 所有的設(shè)備必須支持端點(diǎn) 0以作為設(shè)備的控制管道。 同步數(shù)據(jù)傳輸可為音頻和視頻等實(shí)時(shí)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸提供固定帶寬 。這種類型的設(shè)備適合于傳輸非常慢和大量被延遲的傳輸 ， 可以等到所有其 它類型的數(shù)據(jù)的傳輸完成之后再傳輸和接收數(shù)據(jù) 。 這種終端負(fù)載也保證了能夠檢測(cè)外設(shè)與端口的連接或分離 ， 并且可以區(qū)分高速與低速設(shè)備 。 外設(shè)必須解讀這兩個(gè)域 ， 其中有任何一個(gè)不匹配 ， 這個(gè)令牌就會(huì)被忽略 。 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 。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 批操作流程 圖 (sequence bit)和數(shù)據(jù)包 PID的使用詳見(jiàn) 圖 批操作讀寫過(guò)程 控制操作 (control transaction): 控制操作 （ control transfer） 主要包括兩個(gè)操作階段 （ transaction stage） :設(shè)置和狀態(tài) 。如果數(shù)據(jù)可以被接收，但兩者的序列位不匹配，則接收者只發(fā)出 ACK 而不進(jìn)行其它操作。例如 , 在工程應(yīng)用中 , 常常由一 臺(tái) PC 機(jī)和一臺(tái)單片機(jī)構(gòu)成主從式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。 RS 232C 只能進(jìn)行一對(duì)一的通信 , RS 232C 可使用 9 針或 25 針的 D 型連接器 , 圖 41 列出了 RS 232C 接口各引腳信號(hào)的定義以及 9 針與 25 針引腳的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 （ 7） 本幀信息全部接收完，把線路上出現(xiàn)的高電平作為空閑位。 PC 機(jī)通信程序 PC 機(jī)的通信程序采用 T urbo C 編寫 , 程序清 單如下 : include main( ) { char c1, c2。 printf(dThe r eturn char is:d) 。 在進(jìn)行論文撰寫的時(shí)候，我的指導(dǎo)老師朱杰老師給予了很大的幫助，介紹了很多很有參考價(jià)值 的 資料， 他 淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)，育人求實(shí)的工作態(tài)度都體現(xiàn)在這次設(shè)計(jì)的指導(dǎo)中 ； 另外系上其他老師和同學(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(lè)的。同時(shí) ,Windows 環(huán)境下后臺(tái)微機(jī)在數(shù)據(jù)庫(kù)管理上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，二者結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的自動(dòng)監(jiān)測(cè)或控制，而形成了向以網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式多點(diǎn)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。0x01) = = 0) goto waitok。在設(shè)計(jì) PC 機(jī)與單片機(jī)通信程序時(shí) , 應(yīng)首先明確數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 , 例如 : 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷?、波特率?PC 機(jī)與單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)異步通信時(shí)的工作方式等。若沒(méi)有錯(cuò)誤，對(duì)全部數(shù)據(jù)位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，無(wú)校驗(yàn)錯(cuò)時(shí)，把數(shù)據(jù)位從移位寄存器中送數(shù)據(jù)輸入寄存器。 的接口信號(hào)： RS 232C 采用負(fù)邏輯 , 用 5~ 15V 表示邏輯 / l0, 用 + 5~ + 15V 表示邏輯 / 00。 USB 這種檢查錯(cuò)誤的能力包括 ： PID 檢驗(yàn) 、 CRC 檢驗(yàn) 、 總線時(shí)間溢出以及 EOP錯(cuò)誤檢驗(yàn)等等 。如果數(shù)據(jù)不能接收，則必須發(fā)送 NAK。 特殊包 （ Special） :PID 名稱為 PRE（ preamble） ,用于低速操作的情形 三． 總線操作的格式 批操作 bulk transaction： 批操作包括令牌 、 數(shù)據(jù) 、 應(yīng)答三個(gè)階段 ， 如圖 所示 。 其中 IN、 OUT、 SETUP 的格式如圖 所示 。 如果外設(shè)接收到一個(gè) PID， 它所指明的操作類型或者方向不被支持 ， 外設(shè)將不作出響應(yīng) 。 這主要是由于信號(hào)衰減的限制 。 (bulk)傳輸 ： 主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)大量傳輸傳輸和接受數(shù)據(jù)上 ， 同時(shí)又沒(méi)有帶寬和間隔時(shí)間要求的情況下 ， 要求保證傳輸 。 5. USB 提供全速 12Mbps的速率和低速 的外設(shè) ， 480Mbps的高速傳輸速率 。一旦設(shè)備被配置，管道就存在了。（ 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。發(fā)送端與接收端除了采用相同的數(shù)據(jù)格式 (字符的位數(shù)、停止位的位數(shù)、有無(wú)校驗(yàn)位及校驗(yàn)方式等 )外，還應(yīng)當(dāng)采用相同的傳輸速率。 （二） 全雙工方式 當(dāng)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分流，分別由兩根不同的傳輸線傳送時(shí)，通信雙方都能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作， 這樣的傳送方式就是全雙工制，如圖 25 所示。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （ 10） 并行數(shù)據(jù)傳輸只適用于近距離的通信，通常傳輸距離小于 30米 。 大多數(shù)串行端口使用 RS232C 標(biāo)準(zhǔn) ,它指定了一個(gè)連接器 25 針或 9 針 ，如圖22 所示 。使用串行端口，你可以連接到調(diào)制解調(diào)器，鼠標(biāo)或設(shè)備等作為一個(gè)橋梁 /路由器配置的目的 。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(jī)聯(lián)絡(luò)的單片機(jī)設(shè)備的使用范圍。 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(guò) USB 接口實(shí)現(xiàn) 串行通信。 因此如何實(shí)現(xiàn) PC機(jī)與單片機(jī)之間的通訊具有非常重要的 現(xiàn)實(shí)意義。其他可以在任何時(shí)間發(fā)送或接收被稱為單雙工。如果一組數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)位在多條線上同時(shí)被傳送，這種傳輸被稱為并行通信，如圖 23 所示。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。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)。例如，計(jì)算機(jī)與 Modem 之間的通信就是采用這種方式。 同時(shí) USB 總線的應(yīng)用可以清除 PC 上過(guò)多的 I/O 端口 ， 而以一個(gè)串行通道取代 ， 使 PC 與外設(shè)之間的連接更容易 。通過(guò)控制管道可以獲取完全描述 USB設(shè)備的信息，包括：設(shè)備類型、電源管理、配置、端點(diǎn)描述等等只要設(shè)備連接到 USB上并且上電端點(diǎn) 0就可以被訪問(wèn)與 之對(duì)應(yīng)的控制管道就存在了。 7. USB的端口具有很靈活的擴(kuò)展性 ， 一個(gè) USB 端口串接上一個(gè) USB Hub 就可以擴(kuò)展為多個(gè) USB端口 。 USB將其有效的帶寬分成各個(gè)不同的幀 (frame)， 每幀通常是 1ms時(shí)間長(zhǎng) 。 所有的設(shè)備都有上行的接口 。 外設(shè)地址域 (ADDR)指定了外設(shè) ， 它根據(jù) PID 所說(shuō)明的令牌 的類型 ， 指明了外設(shè)是數(shù)據(jù)包的發(fā)送者或接收者 。 如果一個(gè)包被解碼為 Token包但是并沒(méi)有在 3個(gè)字節(jié)時(shí)間內(nèi)以 EOP結(jié)束 ， 它就會(huì)被看作非法或被忽略 。 圖 給出了設(shè)置操作的細(xì)節(jié) ， 如果數(shù)據(jù)沒(méi)有正確接收 ， 那么設(shè)備就會(huì)忽略它 ， 而且不返回應(yīng)答包 。對(duì)于發(fā)送者來(lái)說(shuō)，在接收到 NAK時(shí)或在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到 ACK，則將上一次的數(shù)據(jù)重發(fā)。在這樣的系統(tǒng)中 , 以單片機(jī)為核心的智能測(cè)控儀表 ( 從機(jī) ) 作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備 , 完成數(shù)據(jù)的采集、處理和控制各種任務(wù) , 同時(shí)