【正文】 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。其中 IN、 OUT、 SETUP 的格式如圖 34 所示。 CRC 校驗(yàn)：包括令牌校驗(yàn)和數(shù)據(jù)校驗(yàn)。這個(gè)域只存在于每幀開(kāi)始時(shí)的 SOF令牌中。高速設(shè)備可河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 以支持最多 16個(gè)端點(diǎn)。所有的設(shè)備必須支持一個(gè)控制端點(diǎn) 0(endpoint0)。而 0地址只能用于缺省值而不能分配作一般的地址。 ADDR 共 6 位，因此最多可以有 127 個(gè)地址。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。如果外設(shè)接收到一個(gè)PID，它所指明的操作類(lèi)型或者方向不被支持，外設(shè)將不作響應(yīng)。主機(jī)和所有的外設(shè)都必須對(duì)接收到的 PID 域進(jìn)行解碼。 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(kāi)始。而數(shù)據(jù)的目的地一般要以一個(gè)確認(rèn)包 (Handshake Packet)來(lái)作出響應(yīng)以表明傳輸是否成功。任何操作都是從主機(jī)開(kāi)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(lèi)型、方向、外設(shè)地址以及端點(diǎn)號(hào)的包，我們稱(chēng)之為令牌包 (Token Packet)。插頭與插座有 A和 B兩個(gè)系列 ， 系列 A用于基 本固定的外圍設(shè)備，而系列 B用于經(jīng)常拔插的設(shè)備，這兩個(gè)系列是不能互換的 。 所有的設(shè)備都有上行的接口。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。 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(zhǎng)不能超過(guò) 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(zhǎng)不能超過(guò) 3m。這兩種模式可以同時(shí)存在于一個(gè) USB系統(tǒng)中。 圖 33 USB電纜定義 其中， D+和 D是一對(duì)差模的信號(hào)線，而 VBus和 GND則提供了 +5V的電源，它可以給一些設(shè)備 (包括 Hub)供電，但也要有一定的條件限制。 USB 的物理層 USB的物理接口包括電氣特性和機(jī)械特性。 支持最多 5個(gè) Hub 層以及 127 個(gè)外設(shè)。 PC 機(jī)就是主機(jī)和根 Hub， 用戶可以將外設(shè)或附加的 Hub 與之相連。通常情況下，同步方式和中斷方式的傳輸會(huì)占據(jù)整個(gè)帶寬的 90%剩下的就安排給控制方式傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)設(shè)備每幀只能傳輸一個(gè)同步的傳輸包。這種類(lèi)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(lèi)型的數(shù)據(jù)的傳輸完成之后再傳輸和接收數(shù)據(jù)。 (bulk)傳輸：主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)大量傳輸和接受數(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。鍵盤(pán)、操縱桿和鼠標(biāo)就屬于這一類(lèi) 型。對(duì)于同步傳輸來(lái)說(shuō)，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。例如，執(zhí)行即時(shí)通話的網(wǎng)絡(luò)電話應(yīng)用時(shí)，使用同步傳輸模式是很好的選擇。 (isochronous)方式：傳輸同步傳輸提供了確定的帶寬和間隔時(shí)間 latency)。控制傳輸方式可以包括 1 32和 64字節(jié)的數(shù)據(jù)，這依賴(lài)于設(shè)備和傳輸速度。 (Control)方式傳輸 :控制傳輸是雙向傳輸 ,數(shù)據(jù)量通常較小。如果是從硬件開(kāi)始來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)的系統(tǒng)那還要正確選擇傳輸?shù)姆绞?，而作為一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的書(shū)寫(xiě)者就只需要弄清楚 其采用的什么工作方式就行了。 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。 要求， USB提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)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。 USB直接連接到 Hub或者是連接到 Host的設(shè)備可以通過(guò) USB電纜供電，也可以通過(guò)電池或者其它的電力設(shè)備來(lái)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。其他普通的外圍連接標(biāo)準(zhǔn)，如 SCSI設(shè)備等必須在關(guān)掉主機(jī)的情況下才能插拔外圍設(shè)備。 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。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 圖 31設(shè)備層次結(jié)構(gòu) USB 的優(yōu)點(diǎn) USB通信有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： USB外設(shè)提供了單一的、易于使用的標(biāo)準(zhǔn)的連接類(lèi)型。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。 最底層是總線接口，用來(lái)發(fā)送與接收包。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(lèi)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。管道有兩種類(lèi)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。 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。用于設(shè)備初始化參數(shù)等。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)都有一定的特性。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。為了進(jìn)一步敘述，我們給出端點(diǎn) (endpoint)和管道 (pipe)的概念。 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。 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。 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(guò)協(xié)議來(lái)共享 USB的帶寬，其12Mbps 的帶寬對(duì)于鍵盤(pán)，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。另一種方法是通過(guò)采用嵌有時(shí)鐘信息的數(shù)據(jù)編碼位向接收端提供同步信息。可以在發(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。 和異步傳輸相比，數(shù)據(jù)傳輸單位的加長(zhǎng)容易引起時(shí)鐘漂移。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(kāi)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，在使用 Modem 上網(wǎng)時(shí)，普遍感覺(jué)速度很慢，除了傳輸速率低之外，與通信開(kāi)銷(xiāo)大、通信效率低也密切相關(guān)。例如，計(jì)算機(jī)與 Modem 之間的通信就是采用這種方式。典型的速率有： 9600 b/s、 、 56kb/s 等。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。一個(gè)字符占用 5~8 位，具體取決于數(shù)據(jù)所采用的字符集。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。 通常，異步傳輸是以字符為傳輸單位，每個(gè)字符都要附加 1位起始位和 1位停止位，以標(biāo)記一個(gè)字符的開(kāi)始和結(jié)束，并以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸同步。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)。 圖 25全雙工 異步傳輸和同步傳輸 串行傳輸中，數(shù)據(jù)是一位一位按照到達(dá)的順序依次傳輸?shù)?，每位?shù)據(jù)的發(fā)送和接收都需要時(shí)鐘來(lái)控制。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。 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。 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。 圖 24半雙工方式 當(dāng)計(jì)算機(jī)主機(jī)用串行接口連接顯示終端時(shí)，在半雙工方式中，輸入過(guò)程和輸出過(guò)程使用同一通路。采用半雙工方式時(shí)，通信系統(tǒng)每一端的發(fā)送器和接收器，通過(guò)收 /發(fā)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)接到通信線上，進(jìn)行方向的切換，因此，會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲。但單工目前已很少采用，下面僅介紹前兩種方式。雙工信道有時(shí)也將收、發(fā)信道分開(kāi)，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。 電話線就是二線全雙工信道。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(chēng)為半雙工傳 輸。計(jì)算機(jī)或 PLC 各種內(nèi)部總線就是以并行方式傳送數(shù)據(jù)的。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。 圖 22 25針和 9針串行接口 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 。 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 (見(jiàn)圖 22)。使用校驗(yàn)位提供了一個(gè)基本的機(jī)制，以檢測(cè)已發(fā)送數(shù)據(jù)損壞，但不保證檢查數(shù)據(jù)本身的錯(cuò)誤。 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。波特率通常以每秒的位數(shù)（ bps）來(lái)計(jì)量。一個(gè)停止位可以是一位，一個(gè)半位，或兩位。兩個(gè)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。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 開(kāi)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。 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(chēng)為全雙工設(shè)備。圖 21顯示了使用串行口連接到計(jì)算機(jī)的設(shè)備。對(duì)于并行通信，你需要采用 8條導(dǎo)線。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。從 IBM個(gè)人電腦和兼容式電腦的時(shí)代開(kāi)始，幾乎所有的計(jì)算機(jī)都配有一個(gè)或多個(gè)串行端口和一個(gè)并行端口。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 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。 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(jī)和 PC機(jī)通過(guò) USB實(shí)現(xiàn)串行通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。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，