【正文】 2021 年 01 期 . [5]E A Nichols. J C Nichols. K R Mason. Serial Communication Programming Design Based on C Language[J]. JOURNAL OF TRANSDUCER TECHNOLOGY。感謝我的班主任 朱杰 老師 以及各位 任課老師 ，謝謝 您 們 在這四年中為我們?nèi)嗨龅囊磺校?您們 不求回報(bào)，無私奉獻(xiàn)的精神很讓我感動(dòng)，再次向 您們 表示由衷的感謝。它結(jié)合了單片機(jī)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和微機(jī)對(duì)圖形處理、顯示的優(yōu)點(diǎn)。作為一種基本而又靈活方便的通信方式，串口通信被廣泛應(yīng)用于 PC與 PC或者 PC與單 片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換以及其他工業(yè)控制與自動(dòng)控制中。并且 USB 所具有的各種優(yōu)越性能，也必將使這種接口電路在數(shù)據(jù)傳輸中得到更廣泛的應(yīng)用。 putchar( 2) 。 if( ( samp。0x20。 outportb( 0x3fb, 0x03) 。 int s。計(jì)算機(jī)定時(shí)以此方式順次訪問各通道，獲取各通道采集到的數(shù)據(jù) 通信程序設(shè)計(jì) 關(guān)于通信程序設(shè)計(jì) , 本文只舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子 :PC 機(jī)從鍵盤上輸入一個(gè)字成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 符 , 然后將這個(gè)字符發(fā)送給 USB,USB 又傳送給 單片機(jī) , 單片機(jī)接收到這 個(gè)字符后 , 不做任何處理 , 又將它發(fā)送給 USB， USB又傳送給 PC 機(jī) , PC 機(jī)將這個(gè)字符顯示在屏幕上 , 如果顯示的字符與輸入的字符一致 , 則表明 PC 機(jī)與單片機(jī) 通過USB 通信正常。 CH375 接收到上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)或者發(fā)送完給上位機(jī)的數(shù)據(jù)后，以中斷方式通知單片機(jī)。具有 8 位數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）、地址輸入（ A0）、讀（ RD）、 寫（ WR）、片選控制線（ CS）以及中斷輸出（ INT），可以方便地掛接到單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線上 。 （ 8）當(dāng)信號(hào)再次變?yōu)榈蜁r(shí)，開始進(jìn)入下一幀的檢測(cè)。 （ 6）接收到規(guī)定的數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)和校驗(yàn)位后 ,通信接口電路希望收到停止位S(邏輯 1)，若此時(shí)未收到邏輯 1，說明出現(xiàn)了錯(cuò)誤，在狀態(tài)寄存器中置 “ 幀錯(cuò)誤 ”標(biāo)志。 （ 3）接收端檢測(cè)到起始位后，隔 16 個(gè)接收時(shí)鐘，對(duì)輸入 信號(hào)檢測(cè)一次，把對(duì)應(yīng)的值作為 D0位數(shù)據(jù)。 串口通信的接收過程 異步通信：接收器和發(fā)送器有各自的時(shí)鐘；同步通信：發(fā)送器和接收器由同一個(gè)時(shí)鐘源控制。 圖 41 RS 232C 接口引腳信號(hào)定義 2． RS232 的不足： 由于 RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)： （ 1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕c TTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與 TTL 電路連接。另外傳輸速率與傳輸距離之間具有相關(guān)性 , 適當(dāng)降低傳輸速率就可加大傳輸距離 , 反之 , 適當(dāng)減少傳輸距離就可提高傳輸速率。 PC 機(jī) 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS232C PC 機(jī)上均帶有標(biāo)準(zhǔn)的 RS 232C 接口。 AT 89C51 是一種低功耗、高性能的 8 位單片微型計(jì)算機(jī) , 它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度 NVRAM( 非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器 ) 技術(shù) , 片內(nèi)帶有一個(gè) 4KB 的 FLASH FPROM( 可擦除、可編程只讀存儲(chǔ)器 ) , 作為 INTEL8051 的換代產(chǎn)品 , 其輸出引腳和指令系統(tǒng)與 MCS 51 完全兼容。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)將數(shù)據(jù)傳給 PC 機(jī) ( 主機(jī) ) , PC 機(jī)將這些數(shù)據(jù)加工處理后 , 進(jìn)行顯示、打印報(bào)表等 。 而同步傳輸不允許重試 ， 因此必須具有一定的容錯(cuò)性 。 低速操作還有其它的限制 ： (1)數(shù)據(jù)包最大限制為 8個(gè)字節(jié) 。 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 。對(duì)于發(fā)送者來說，在接收到 NAK時(shí)或在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到 ACK，則將上一次的數(shù)據(jù)重發(fā)。 圖 說明了數(shù)據(jù)觸發(fā)同步的基本原理 圖 數(shù)據(jù)觸發(fā)與同步一 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 數(shù)據(jù)觸發(fā)與同步二 圖 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。 接收者的序列位只有當(dāng)接收到一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包時(shí) (包括正確的 PID)才能被觸發(fā) 。 因?yàn)橥絺鬏敳恢С种匕l(fā)的能力 ， 所以沒有應(yīng)答階段 。 圖 給出了設(shè)置操作的細(xì)節(jié) ， 如果數(shù)據(jù)沒有正確接收 ， 那么設(shè)備就會(huì)忽略它 ， 而且不返回應(yīng)答包 。 (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 。 Handshake 用來報(bào)告數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài) 。 圖 SOF 數(shù)據(jù)格式 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 數(shù)據(jù)包 ： 包括 Data0 和 Data1 兩種類型 。 如果一個(gè)包被解碼為 Token包但是并沒有在 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 。 二． 包的類型 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 。 幀號(hào)域 (Frame Number Field)： 這是一個(gè) 11位的域 ， 指明了目前幀的排號(hào) ，每過一幀 (1ms)這個(gè)域的值加 1， 到達(dá)最大值 XFF 后返回 0。 端點(diǎn)域 (ENDP)有 4 位 ， 它使設(shè)備可以擁有幾個(gè)子通道 。 外設(shè)地址域 (ADDR)指定了外設(shè) ， 它根據(jù) PID 所說明的令牌 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 。 SYNC 的最后兩位作為一個(gè)記號(hào)表明PID 域 (標(biāo)識(shí)域 )的開始 。任何操作都是從主機(jī)開始的，主機(jī)以預(yù)先排好的時(shí)序，發(fā)出一個(gè)描述操作類型、方向、外設(shè)地址以及端點(diǎn)號(hào) (這將在以下部分給予解釋 )的包，我們稱之為令牌包 (Token Packet)。 所有的設(shè)備都有上行的接口 。 這兩種模式可以同時(shí)存在于一個(gè) USB系統(tǒng)中而引入低速模式 ，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 USB信號(hào)線在高速模式下必須使用帶有屏蔽的雙絞線 ， 而且最長不能超過 5m；而在低速模式時(shí)中可以使用不帶屏蔽或不是雙絞的線 ， 但最長不能超過 3m。 圖 描述了 USB 的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ， 從中可以看出每一段的連接都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的 。 USB 的總線協(xié)議 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) USB 總線的物理連接是一種分層的菊花鏈結(jié)構(gòu) ， 集線器 (hub)是每個(gè)星形結(jié)構(gòu)的中心 。 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 。 中斷方式傳輸是單向的并且對(duì)于 host 來說只有輸入的方式 。 同步數(shù)據(jù)要求確定的帶寬值和確定的最大傳輸次數(shù) 。 控制傳輸?shù)湫偷赜迷谥饔?jì)算機(jī)和 USB 外設(shè)之間的端點(diǎn) (Endpoint)0 之間的傳輸 ， 但是指定供應(yīng)商的控制傳輸能用到其它的端點(diǎn) 。 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 。 USB的系統(tǒng)只有一個(gè)端口和一個(gè)中斷 ， 節(jié)省了系統(tǒng)資源 。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。通過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就可以被訪問與 之對(duì)應(yīng)的控制管道就存在了。 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。端點(diǎn)必須在設(shè)備配置后才能生效 (端點(diǎn) 0除外 )。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。 同時(shí) USB 總線的應(yīng)用可以清除 PC 上過多的 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 。 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 ?？梢栽诎l(fā)送器和接收器之間提供一條獨(dú)立的時(shí)鐘線路，由線路的一端（發(fā)送器或者接收器）定期地在每個(gè)比特時(shí)間中向線路發(fā)送一個(gè)短脈沖信號(hào)，另一端則將這些有規(guī)律的脈沖作為時(shí)鐘。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。例如，計(jì)算機(jī)與 Modem 之間的通信就是采用這種方式。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。起始位對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制值 0，以低電平表示，占用 1 位寬度。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)。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)。在實(shí)際使用時(shí)，一般并不需要通信雙方同時(shí)既發(fā)送又接收，像打印機(jī)這類的單向傳送設(shè)備，半雙工甚至單工就能勝任，也無需倒向。收 /發(fā)開關(guān)實(shí)際上是由軟件控制的電子開關(guān)。 在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在兩個(gè)站（如終端和微機(jī)）之間進(jìn)行傳送，按照數(shù)據(jù)流的方向 可分成三種基本的傳送方式：全雙工、半雙工、和單工。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。 （ 9） 適合于外部設(shè)備與微機(jī)之間進(jìn)行近距離、大量和快速的信息交換。 （ 5） 并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寬度可以是 1~128 位，甚至更寬，但是有多少數(shù)據(jù)位就需要多少根數(shù)據(jù)線，因此傳輸?shù)某杀据^高。 圖 23 并行通信 （ 1） 各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳輸，傳輸速度快、效率高，多用在實(shí)時(shí)、快速的場(chǎng)合。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。然而，校驗(yàn)位可用于改善完整性數(shù)據(jù)傳送。 注意：大多數(shù)串 行設(shè)備傳輸七，八位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)位被發(fā)送完后，就會(huì)發(fā)送一個(gè)停止位。其他可以在任何時(shí)間發(fā)送或接收被稱為單雙工。圖 21 顯示了設(shè)備的使用串口連接部分到計(jì)算機(jī)。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)的電線。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2 章 串行通信基礎(chǔ) 串口通信的基本知識(shí) 并行通信與串行通信 微機(jī)的信息交換有兩種方式 進(jìn)行：串行通信方式和并行通信方式。 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。 而隨著 USB 接口技術(shù)的 成熟和使用的普及，由于 USB 接口大有著一系列RS232(DB9)串口無法比擬的優(yōu)點(diǎn)， RS232(D