基于單片機(jī)的串口通信模塊設(shè)計(jì)

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1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1緒論1.1研究背景通信是指不同的獨(dú)立系統(tǒng)利用線路互相交換數(shù)據(jù)，它的主要目的是將數(shù)據(jù)從一端傳送到另一端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，通常采用計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)與下層的實(shí)時(shí)控制與監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行通訊?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)必須通過一個(gè)數(shù)據(jù)收集器傳給上位機(jī)，同樣上位機(jī)向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)命令也必須通過數(shù)據(jù)收集器。串行通信因其結(jié)構(gòu)簡單、執(zhí)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集和過程控制等領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)與外界的信息交換稱為通信。基本的通信方式有并行通信和串行通信兩種。串行通

2、信是指一條信息額各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通信方式。串行通信的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位傳送，按位順序進(jìn)行，最少只需要一根傳輸線即可完成，成本低但傳送速度快，串行通信的距離可以從幾米到幾千米。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)行監(jiān)測和控制。PC機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理能力，而單片機(jī)則具有快速及靈和的控制特點(diǎn)，通過PC機(jī)的RS-232串行接口與外部設(shè)備進(jìn)行通信，是許多測控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。而隨著USB接口技術(shù)的成熟和使用的

3、普及，由于USB接口有著RS-232(DB-9)串口無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，RS-232(DB-9)串口正在逐步地為USB接口所替代。而在現(xiàn)在的大多數(shù)筆記本電腦中，出于節(jié)省物理空間和用處不大等原因，RS-232(DB-9)串口已不再設(shè)置，這就約束了基于RS-232(DB-9)串口與PC機(jī)聯(lián)絡(luò)的單片機(jī)設(shè)備的使用范圍。當(dāng)前USB接口逐步取代RS-232(DB-9)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。本文所介紹的單片機(jī)和PC機(jī)的USB通信方法，電路簡單，兼容性好，可移植

4、性強(qiáng)，故可作為單片機(jī)同計(jì)算機(jī)的USB通信模塊廣泛應(yīng)用于工業(yè)和電子產(chǎn)品的開發(fā)中。因此研究如何實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)通過USB之間的通信具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀47中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書由于計(jì)算機(jī)工業(yè)自動控制和檢測系統(tǒng)越來越多地采用集總分散系統(tǒng)，而主從式是其中最為普遍的一種方式，因此各種各樣主從式總線通信系統(tǒng)的方法不斷涌現(xiàn)。目前比較常用的有利用IIC總線傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)的主從式總線通信系統(tǒng)，還有的是利用SPI總線傳輸協(xié)議和USB協(xié)議以及串口通信等設(shè)計(jì)的主從式總線通信系統(tǒng)

5、[6，7]。由于主從式總線通信系統(tǒng)采用的方法眾多，因此目前國內(nèi)外一般是根據(jù)實(shí)際情況而采用不同的方法去實(shí)現(xiàn)主從式通信系統(tǒng)的功能[8]。比如，如果要設(shè)計(jì)的主從式通信系統(tǒng)只是小范圍內(nèi)傳送數(shù)據(jù)，甚至只是板間傳送數(shù)據(jù)，或者要求使用的I/O口很少，而對于數(shù)據(jù)的抗干擾能力的要求不是很高的話，則采用IIC總線傳輸協(xié)議是最合適不過的了。IIC總線支持任何一種IC制造工藝，并且PHILIPS和其他廠商提供了種類非常豐富的I2C兼容芯片。作為一個(gè)專利的控制總線，IIC已經(jīng)成為世界性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址，

6、而且可以是單接收的器件（例如：LCD驅(qū)動器）或可以接收也可以發(fā)送的器件（例如：存儲器）。發(fā)送器或接收器可以在主模式或從模式下操作，這取決于芯片是否必須啟動數(shù)據(jù)的傳輸還是僅僅被尋址。IIC是一個(gè)多主總線，即它可由多個(gè)連接的器件控制[9]?；镜腎2C總線規(guī)范于20年前發(fā)布，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高為100Kbits/s，采用7位尋址。但是由于數(shù)據(jù)傳輸速率和應(yīng)用功能的迅速增加，I2C總線也增強(qiáng)為快速模式（400Kbits/s）和10位尋址以滿足更高速度和更大尋址空間的需求[10]。IIC總線始終和先進(jìn)技術(shù)保持

7、同步，但仍然保持其向下兼容性。并且最近還增加了高速模式，其速度可達(dá)3.4Mbits/s。它使得IIC總線能夠支持現(xiàn)有以及將來的高速串行傳輸應(yīng)用，例如EEPROM和Flash存儲器[11]。而如果需要遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，且對數(shù)據(jù)傳送的抗干擾能力要求有點(diǎn)高，則可以使用RS-422或者RS-485協(xié)議進(jìn)行主從式通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[12]47中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。另外，USB協(xié)議則是一種比較新型、快速、靈活的總線傳輸方法，此通信系統(tǒng)通常只有一個(gè)主機(jī)，利用此方法設(shè)計(jì)的通信息有如下特點(diǎn)：（1）適

8、用范圍廣泛，適用于數(shù)碼相機(jī)，高速數(shù)據(jù)采集等多種設(shè)備；（2）支持熱拔插，且此過程由系統(tǒng)自動完成，無需用戶干預(yù)；（3）采用菊花鏈?zhǔn)降男切涂偩€結(jié)構(gòu)，支持多達(dá)127個(gè)外設(shè)同時(shí)連接；（4）5Mbps、12Mbps和480Mbps的3種速度模式，可以滿足不同外設(shè)對速度的要求。USB發(fā)展到今天，總共有三種標(biāo)準(zhǔn)：1996年發(fā)布的USB1.0,1998年發(fā)布的USB1.1以及剛剛發(fā)布的最新標(biāo)準(zhǔn)USB2.0，此三種標(biāo)準(zhǔn)最大的差別就在于數(shù)據(jù)傳輸率方面，在其他方面也不同程度的改進(jìn)，總體來說，