1、课程设计(论文)设 计 （ 论 文 ） 题 目 PC 与单片机通过 USB 接口实现串行通信 PC and SCM realizing serial communication via a USB 学 院 名 称 专 业 名 称 学 生 姓 名 学 生 学 号 任 课 教 师 设 计 （ 论 文 ） 成 绩 教务处 制年 月 日IPC 与单片机通过 USB 接口实现串行通信摘 要 基于串口通讯的原理，分析和讨论了计算机与单片机如何通过 USB接口使用相关的通讯协议实现串行通信的。本设计主要介绍如何使用一台计算机与一台单片机通过 USB接口实现串行通信。在本设计中单片机采用 AT89C51，US
2、B 模块 CH375，软件设计方面，PC 机采用 C语言编程，单片机方面用中断方式完成数据的接收和发送，程序采用也采用 C语言。 关键字：计算机，单片机，USB，串行通信IIPC and SCM realizing serial communication via a USBAbstract: Based on the principle of serial communication, this paper analyzes and discusses how computer and SCM via a USB communication protocol realized with re
3、lated serial communication. This design mainly introduces how to use a computer and a single-chip microcomputer via the USB interface implementation serial communication. In this design single-chip microcomputer AT89C51, USB module CH375, software design, PC machine adopts the C programming language
4、 used interrupt mode, microcontroller finish data by sending and receiving, the program also use C language.Key words: Computer, MCU, USB, Serial communication III目 录第 1 章 前 言 .11.1 本课题研究的目的和背景 .11.2 本课题研究的主要内容 .2第 2 章 串行通信基础 .32.1 串口通信的基本知识 .32.1.1 并行通信与串行通信 .32.1.2串行通信工作模式 .52.1.3异步传输和同步传输 .7第 3章
5、USB.93.1 USB 简介 .93.1.1 USB设备 .93.1.2 USB的优点 .103.1.3传输方式 .113.2 USB 的总线协议 .123.2.1 总线拓扑结构 .123.2.2USB的物理层 .133.2.3USB总线协议 .14第四章 串口通信接口设计 .234.1 设计选择 .234.2 接口电路设计 .234.2.1 PC机串行通信接口标准 RS-232C.234.2.2 串口通信的接收过程 .254.2.3 USB模块 CH375.264.2.4 USB接口的软件设计 .274.3 通信程序设计 .274.3.1 PC机通信程序 .28IV4.3.2 AT8C95
6、1单片机端的通信程序 .29结 论 .31致 谢 .32参考文献 .33成都理工大学 2014 届本科毕业设计（论文）0第 1 章 前 言1.1 本课题研究的目的和背景通信是指不同的独立系统利用线路互相交换数据，它的主要目的是将数据从一端传送到另一端，实现数据的交换。在现代工业控制中，通常采用计算机作为上位机与下层的实时控制与监测设备进行通讯。现场数据必须通过一个数据收集器传给上位机，同样上位机向现场设备发命令也必须通过数据收集器。串行通信因其结构简单、执行速度快、抗干扰能力强等优点，已被广泛应用于数据采集和过程控制等领域。计算机与外界的信息交换称为通信。基本的通信方式有并行通信和串行通信两种
7、。串行通信是指一条信息额各位数据被逐位按顺序传送的通信方式。串行通信的特点是：数据位传送，按位顺序进行，最少只需要一根传输线即可完成，成本低但传送速度快，串行通信的距离可以从几米到几千米 。随着计算机技术尤其是单片微型机技术的发展，人们已越来越多的采用单片机来对一些工业控制系统中如温度、流量和压力等参数进行监测和控制。PC机具有强大的监控和管理能力，而单片机则具有快速及灵和的控制特点，通过PC机的 RS-232串行接口与外部设备进行通信，是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。而随着USB 接口技术的成熟和使用的普及，由于USB 接口大有着一系列RS-232(DB-9)串口无法比拟的优点，RS
8、-232(DB-9)串口正在逐步的为USB 接口所替代。而在现在的大多数笔记本电脑中，出于节省物理空间和用处不大等原因，RS-232(DB-9)串口已不再设置，这就约束了基于RS-232(DB-9)串口与PC 机联络的单片机设备的使用范围。当前USB 接口逐步取代RS-232(DB-9)串口已是大势所趋，单片机同计算机的USB 通信在实际工作中的应用范围也将越来越广。本文所介绍的单片机和PC 机的USB 通信方法，电路简单，兼容性好，可移植性强，故可作为单片机同计算机的USB通信模块广泛应用于工业和电子产品的开发中。因此如何实现PC 机与单片机之间的通讯具有非常重要的现实意义。成都理工大学 2
9、014 届本科毕业设计（论文）11.2 本课题研究的主要内容串行通信的基本原理；USB的相关知识；如何使用USB的功能模块；如何实现单片机和PC机通过USB实现串行通信；如何编写PC与单片机的数据收发程序；针对以上内容，设计的功能模块分为以下3个方面：（1）单片机系统：实现和PC机通信的单片机选择。（2）外围电路：实现单片机和PC机之间的串行通信的USB模块电路。（3）通信程序：一方面是单片机的程序，另一方面是PC机的通信程序。成都理工大学 2014 届本科毕业设计（论文）2第 2 章 串行通信基础2.1 串口通信的基本知识2.1.1 并行通信与串行通信微机的信息交换有两种方式进行：串行通信方
10、式和并行通信方式。（一）串行通信串行通信的设备是最古老的沟通机制之一。从 IBM 个人电脑和兼容式电脑的时代开始，几乎所有的计算机都配有一个或多个串行端口和一个并行端口。顾名思义，一个串行端口发送和接收串行数据，一次一位数据。相反，一个并行端口一次发送和接收 8 位数据，使用 8 个单独的电线。提示：要使串行通信工作，你只需要一根三根线的电缆1 根发送，1 根用来接收，1 根接地。对于并行通信，你需要采用 8 条导线。尽管相对较慢的传输速度远低于并行端口，串行端口通信依然因为它简单的设备和高的成本效益而是一个受欢迎的连接选项。图 2-1 显示了设备的使用串口连接部分到计算机。使用串行端口，你可
11、以连接到调制解调器，鼠标或设备等作为一个桥梁/路由器配置的目的。成都理工大学 2014 届本科毕业设计（论文）3图 2-1 一些常见的串行设备，调制解调器，鼠标和路由器虽然今天的消费产品中在串行连接的地方使用 USB 连接，但还有很多的设备使用串行端口作为与外部世界的唯一连接。一个串行设备一次发送和接收一位数据，有些设备因为在同一时间发送和接收数据，被称为全双工设备。其他可以在任何时间发送或接收被称为单双工。开始传输时，设备先发送一个起始位，其次是数据位。该数据位可以是五，六，七，或 8 位，基于商定而定。两个发送方和接收器必须设置为相同的数据通信比特或正确的比特率。数据位被发送完后，就会发送
12、一个停止位。一个停止位可以是一位，一个半位，或两位。波特率是数据从一个设备到另一个的传输速度。波特率通常以每秒的位数（bps）来计量。注意：大多数串行设备传输七，八位数据。为了检测数据已被正确发送，一个可选的校验位可以同数据位在一起。一个校验位可以是以下内容：奇数，偶数，mark，space 或无（空的奇偶位标志几乎总是被使用） 。使用校验位提供了一个基本的机制，以检测已发送数据损坏，但不保证检查数据本身的错误。然而，校验位可用于改善完整性数据传送。大多数串行端口使用 RS232C 标准,它指定了一个连接器 25 针或 9 针，如图 2-2 所示。大多数系列设备使用 9 针连接器。成都理工大学
13、 2014 届本科毕业设计（论文）4图 2-2 25 针和 9 针串行接口（二）并行通信在计算机和终端之间的数据传输通常是靠电缆或信道上的电流或电压变化实现的。如果一组数据的各数据位在多条线上同时被传送，这种传输被称为并行通信，如图 2-3 所示。并行通信时数据的各个位同时传送，可以字或字节为单位并行进行。并行通信速度快，但用的通信线多、成本高，故不宜进行远距离通信。计算机或 PLC 各种内部总线就是以并行方式传送数据的。图 2-3 并行通信（1）各数据位同时传输，传输速度快、效率高，多用在实时、快速的场合。（2）微机系统中最基本的信息交换方式。（3）并行传递的信息不要求固定的格式。（4）并行接口的数据传输率比串行接口快 8倍，标准并口的数据传输率理论值为 1Mbps(兆比特/秒)。（5）并行传输的数据宽度可以是 1128位，甚至更宽，但是有多少数据位就需要多少根数据线，因此传输的成本较高。（6）并行通信抗干扰能力差。（7）在集成电路芯片的内部、同一插件板上各部件之间、同一机箱内个插件板之间的数据传输都是并行的。（8）以计算机的字长，通常是 8位、16 位或 32位为传输单位，一次传送一个字长的数据。
