【正文】 在此，也對他們表示衷心感謝。感謝我 各位任課老師 ，謝謝您們 在這 三 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，再次向 您們 表示由衷的感謝。 致謝 1 致 謝 在此論文撰寫過程中，要特別感謝我的導(dǎo)師 ***老師 的指導(dǎo)與督促，同時(shí)感謝 他 的諒解與包容。 但是 USB接口逐 步取代 RS232(DB9)串口已是大 勢所趨，單片機(jī)同計(jì)算機(jī)的 USB 通信在實(shí)際工作中的應(yīng)用范圍也將越來越廣。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是單片微型機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們已越來越多地采用單片機(jī)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(jìn)行檢測和控制。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)控制與自動控制中。通過測試，該 USB 通信模塊基本能達(dá)到如下設(shè)計(jì)要求： （ 1）通過 USB 接口實(shí)現(xiàn)串口通信，能夠在 USB 接口上完成以往需要使用 RS232(DB9)進(jìn)行通信的計(jì)算機(jī)設(shè)備的通信； （ 2）支持熱插拔，驅(qū)動程序一次安裝即可永久使用，不必在每次插拔后重啟計(jì)算機(jī)； （ 3）硬件電路簡單，外圍器件少，制作方便，成本低廉； （ 4）可移植性強(qiáng)，支持絕大多數(shù)型號的單片機(jī)；可擴(kuò)充性好，用戶 可根據(jù)需要擴(kuò)充各種功能，可自定義廠商 ID 和產(chǎn)品序列號。為了進(jìn)一步測驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在拔掉 USB 通信模塊后 重新插入，計(jì)算機(jī)能夠自動識別串口，重新打開串口調(diào)試工具后仍然能夠正確的發(fā)送和接收。觀察接收文本框，可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)成功接收到單片機(jī)回送的 8 位數(shù)據(jù)。首先選擇串口設(shè)置，設(shè)置串口為設(shè)備管理器中對應(yīng)的串口（ COM1），設(shè)置波特率為 9600，數(shù)據(jù)長度為 8 位，停止位為 1 位。因此，本次 USB 通信模塊的調(diào)試使用該串口調(diào)試工具完成 PC 機(jī)同單片機(jī)的通信。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)格式，校驗(yàn)位，可自定義數(shù)據(jù)傳輸速率； （ 4）可自動記錄發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)并保存。接收數(shù)據(jù) MOV B1， A MOV SBUF,A。RI 為 1時(shí)跳至發(fā)送，為 0時(shí)說明發(fā)送已完成 AJMP START。等待中斷 ORG 0023H。串口工作方式 1， REN=1 SETB ES SETB EA。定時(shí)器 T1 為方式 2 MOV TL1， DFDH。程序流程圖如圖 46所示。若要使單片機(jī)串口能夠同 PC 機(jī)正常通信，單片機(jī)和 USB接口需要使用相同的通信協(xié)議，在設(shè)備管理器中，可設(shè)置串口破特率為 9600。 break。j++) printf(n %d\n， ch[j])。 } for(j=0。1))。j9。 /*發(fā)送 數(shù)據(jù) usbserve()。 while(TRUE ) { if() { I2cWriteRead()。 發(fā)送數(shù)據(jù) 接收數(shù)據(jù) 結(jié)束 處理 USB Setup包 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 = 0。 /*定義命令地址 */ D12_SetDMA(0x0)。 /*定義命令地址 */ D12_DATA = 0x7002。 /*設(shè)置中斷 */ // D12_DATA = 0xfb02。 /*初始化 I/O 口 */ init_timer0()。 圖 43 安裝完成后的設(shè)備管理器 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 圖 44計(jì)算機(jī)與 USB通信處理流程圖 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。在計(jì)算機(jī)設(shè)備管理器中，可顯示剛剛安裝成功的 USB 串口。安裝完成后計(jì)算機(jī)將提示安裝成功。 硬件驅(qū)動程序安裝 在網(wǎng)站 可下載 CH341T 驅(qū)動程序 ，在確認(rèn)驅(qū)動程序和硬件電路無誤后，打開驅(qū)動程序。 CH341T 必須使用 12Mhz 晶振，否則無法正常工作。在 5V電源的情況下， V3口需要外接 的退耦電容。TXD— RXD。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 圖 42 USB 通信模塊電路圖 其中，電源電壓為 5V， USB 接口的差分?jǐn)?shù)據(jù)線對與 CH341T 的 UD和 UD+直接相連。本電路采用的是 SSOP20封裝的 CH341T，其引腳圖如圖 41所示。其特點(diǎn)有： （ 1）提供全速 USB 設(shè)備借口，兼容 ，外圍設(shè)備只需要晶體和電容； （ 2）可通過外部的低成本串行 EPROM 定義廠商 ID，產(chǎn)品 ID，序列號等； （ 3）成本低廉，可直接轉(zhuǎn)換原串口外圍設(shè)備； （ 4）采用 SOP28 封裝，串口應(yīng)用還提供小型的 SSOP－ 20 封裝。在綜合考慮了各方面因素后， CH341 成為了本次電路設(shè)計(jì)的首選芯片。由于 AT89C51 單片河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 機(jī)具有集成度高、面向控制、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn) , 因而在智能化儀器儀表、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)測量等方面有著廣泛的應(yīng)用。 另外在本設(shè)計(jì)中選擇使用的單片機(jī)是 AT8C951。 （ 3） USB 接口占用體積較小，插拔方便；而 RS232(DB9)串口的的插拔需要使用改錐，且在機(jī)箱后操作，比較麻煩。 USB 接口同 RS232(DB9)串口的比較 通過 USB 接口和 RS232(DB9)的比較，不難發(fā)現(xiàn)： （ 1） USB 接口支持即插即用和熱插拔，而 RS232(DB9)串口不支持即插即用和熱插拔，設(shè)備安裝后需重啟計(jì)算機(jī)方可使用。而隨著 USB接口技術(shù)的成熟和使用的普及，由于 USB 接口有著一系列RS232(DB9)串口無法比擬的優(yōu)點(diǎn)， RS232(DB9)串口正在逐步的為 USB 接口所替代。目前計(jì)算機(jī)提供的串口有 RS232， RJ45， 等。要實(shí)現(xiàn)這樣的功能 , 就涉及到 PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信問題。在這樣的系統(tǒng)中 , 以單片機(jī)為核心的智能測控儀表 (從機(jī) )作為現(xiàn)場測控設(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。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 第 4 章 PC 與單片機(jī)通過 USB 的通信設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案選擇 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來彌補(bǔ)單片機(jī)的這些不足。而同步傳輸不允許重試，因此必須具有一定的容錯(cuò)性。 USB 具有檢查錯(cuò)誤的能力，并且可以根據(jù)傳輸類型的要求進(jìn)行相應(yīng)的處理。 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)。在接收到 EOP信號之后， Hub關(guān)閉低速設(shè)備的端口。 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。圖 317 是一次低速的輸入操作，主機(jī)發(fā)送令牌與應(yīng)答包并且接收了一個(gè)數(shù)據(jù)包。對于發(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)。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)。 圖 314 數(shù)據(jù)觸發(fā)與同步一 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 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。同步傳輸方式不支持?jǐn)?shù)據(jù)觸發(fā)同步。而發(fā)送者的序列位只有當(dāng)接收到確認(rèn)包 ACK 時(shí)才能被觸發(fā)。這一同步過程是通過 Data0 和 Data1 的 PID 以及發(fā)送者與接收者上的數(shù)據(jù)觸發(fā)序列位（ data toggle sequence bit） 來實(shí)現(xiàn)的。另外它也不支持?jǐn)?shù)據(jù)的觸發(fā)同步與重試。 圖 312中斷操作流程 同步操作（ isochronous transaction） : 同步操作不同于其他類型，如圖 313所示，其 只包含兩個(gè)階段：令牌和數(shù)據(jù) 。 圖 310 控制操作流程 控制操作的詳細(xì)描述如圖 311 所示， 其中 我們要注意數(shù)據(jù)包 PID 的使用。 圖 39批操作讀寫過程 控制操作 (control transaction):主要包括兩個(gè)操作階段（ transaction stage） :設(shè)置和狀態(tài)。對于輸入操作，如果設(shè)備不能 返回?cái)?shù)據(jù)，那么必須發(fā)出 NAK或 STALL包；對于輸出如果設(shè)備不能接收數(shù)據(jù)，也要返回 NAK或 STALL。 特殊包（ Special） :PID 名稱為 PRE（ preamble） ,用于低速操作的情形 。 (2)無效包 NAK： 指出設(shè)備暫時(shí)不能傳送或接收數(shù)據(jù)，但無需主機(jī)介入，可以解釋成設(shè)備忙。只有支持流控制的傳輸類型（控制中斷和批傳輸）才能返回Handshake。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 圖 36 DATA數(shù)據(jù)格式 應(yīng)答包 (Handshake Packet)： 僅包含一個(gè)如圖 37 所示的 PID 域 。這兩種包的定義是為了支持?jǐn)?shù)據(jù)觸發(fā)同步。 一次 )發(fā)送 SOF包， SOF 不引起任何操作。 對于 SOF 包，它的格式如圖 35 所示。 Token和