【正文】 tifier Field)： 對(duì)于每個(gè)包 ， PID都是緊跟著 SYNC 的 ，PID 指明了包的類(lèi)型及其格式 。 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 。 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) 。 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(lèi)型 ， 指明了外設(shè)是數(shù)據(jù)包的發(fā)送者或接收者 。 一旦外設(shè)被復(fù)位或上電 ， 外設(shè)的地址被缺省為 0， 這時(shí)必須在主機(jī)枚舉過(guò)程中被賦予一個(gè)獨(dú)一的地址 。 端點(diǎn)域 (ENDP)有 4 位 ， 它使設(shè)備可以擁有幾個(gè)子通道 。 低速的設(shè)備最多支持 2個(gè)端點(diǎn) ： 0和一個(gè)附加端點(diǎn) 。 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(guò)一幀 (1ms)這個(gè)域的值加 1， 到達(dá)最大值 XFF 后返回 0。 數(shù)據(jù)域 (Data Field):范圍是 01023 字節(jié) ， 而且必須是整數(shù)個(gè)字節(jié) 。 二． 包的類(lèi)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(lèi)型 。 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 。 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 。 主機(jī)以一定的速率 (1ms177。 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(lèi)型 。 數(shù)據(jù)包包含了 PID、 DATA 和 CRC 三個(gè)域圖 。 Handshake 用來(lái)報(bào)告數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài) 。 圖 PID 數(shù)據(jù)格式 Handshake包有三種類(lèi)型 ： (1)確認(rèn)包 ACK： 表明數(shù)據(jù)接收成功 。 (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 。 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 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 。 圖 控制操作讀寫(xiě)過(guò)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類(lèi)似圖 。 因?yàn)橥絺鬏敳恢С种匕l(fā)的能力 ， 所以沒(méi)有應(yīng)答階段 。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 同步操作流程 四．?dāng)?shù)據(jù)觸發(fā)同步與重試 USB 提供了保證數(shù)據(jù)序列同步的機(jī)制這一機(jī)制 ， 確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性 。 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) 。 在總線傳輸?shù)拈_(kāi)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(lái)實(shí)現(xiàn)的 。 圖 說(shuō)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。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)。 圖 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 。 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 。 在接收到 EOP信號(hào)之后 ， Hub關(guān)閉低速設(shè)備的端口 。 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) 。 六． 錯(cuò)誤 檢驗(yàn)與恢復(fù) USB 具有檢查錯(cuò)誤的能力 ， 并且可以根據(jù)傳輸類(lèi)型的要求進(jìn)行相應(yīng)的處理 。 而同步傳輸不允許重試 ， 因此必須具有一定的容錯(cuò)性 。 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。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 。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(wèn)題。 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。因本設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與單片機(jī)的串行通信 的中間介質(zhì)是 USB，因此在 USB 的模塊選擇上選擇 USB 模塊 CH375。 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。 RS 232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于 4% 的情況下 , 傳輸電纜長(zhǎng)度應(yīng)為 15m, 其實(shí)這個(gè) 4%的碼元畸變是很保守的 ,在實(shí)際應(yīng)用中 , 約有 99% 的用戶是按碼元畸變 0%~ 20% 的范圍工作的 , 所以實(shí)際使用中最大距離會(huì)超過(guò) 15m。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。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 。 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。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 （ 3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這 種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 串口通信的接收過(guò)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。 （ 1）開(kāi)始通信時(shí)，信號(hào)線為空閑（邏輯 1） ,當(dāng)檢測(cè)到由 1到 0的跳變時(shí)，開(kāi)始對(duì) “ 接收時(shí)鐘 ” 計(jì)數(shù)。 （ 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)。 （ 4）再隔 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 D1 位數(shù)據(jù) ， 直到全部數(shù)據(jù)位都輸入。 （ 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(shuō)明出現(xiàn)了錯(cuò)誤，在狀態(tài)寄存器中置 “ 幀錯(cuò)誤 ”標(biāo)志。若校驗(yàn)錯(cuò)，在狀態(tài)寄存器中置奇偶錯(cuò)標(biāo)志。 （ 8）當(dāng)信號(hào)再次變?yōu)榈蜁r(shí)，開(kāi)始進(jìn)入下一幀的檢測(cè)。 成都理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 如果單片機(jī)晶振用的不正確，會(huì)對(duì)串口接受產(chǎn)生誤碼。具有 8 位數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）、地址輸入（ A0）、讀（ RD）、 寫(xiě)（ 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 。 圖 46 是由 CH375 構(gòu)成的 USB 接口電路原理圖、 圖 47 即是由 USB 模塊 CH375 構(gòu)成的通信接口電路圖 。 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)。統(tǒng)一采用數(shù)據(jù)加應(yīng)答方式進(jìn)行通信，所有的通信都由計(jì)算機(jī)應(yīng)用層發(fā)起，然后以接收到單片機(jī)的應(yīng)答結(jié)束。計(jì)算機(jī)定時(shí)以此方式順次訪問(wèn)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(pán)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(guò)USB 通信正常。 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)。 int s。 / * 初始化 * / outportb( 0x3f8, 0x30) 。 outportb( 0x3fb, 0x03) 。 c1= getchar( ) 。0x20。 outportb( 0x3f8, c1) 。 if( ( samp。 c2= inportb( 0x3f8) 。 putchar( 2) 。而且無(wú)需編寫(xiě)復(fù)雜的 USB 驅(qū)動(dòng)程序，利用其動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)即可實(shí)現(xiàn)多通道 USB 接口與 PC 機(jī)通信。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。 PC 機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理功能，而單片機(jī)則具有快速及靈活的控制特點(diǎn)，通過(guò) PC機(jī)的 RS232 串行接口與外部設(shè)備進(jìn)行通信，是許多測(cè)控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方 案 。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。本設(shè)計(jì)方案在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，簡(jiǎn)單方便，穩(wěn)定可靠，較好地解決了上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信問(wèn)題。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)。 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(xiě)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。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(wú)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。在此，也對(duì)他們表示衷心感謝。 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