基于单片机的串口通信模块设计.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：1绪论1.1研究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。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地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接口有着RS-232(DB-9)串口无法比拟的优点RS-232(DB-9)串口正在逐步地为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。因此研究如何实现PC机与单片机通过USB之间的通信具有非常重要的现实意义。1.2国内外研究现状由于计算机工业自动控制和检测系统越来越多地采用集总分散系统而主从式是其中最为普遍的一种方式因此各种各样主从式总线通信系统的方法不断涌现。目前比较常用的有利用IIC总线传输协议设计的主从式总线通信系统还有的是利用SPI总线传输协议和USB协议以及串口通信等设计的主从式总线通信系统[67]。由于主从式总线通信系统采用的方法众多因此目前国内外一般是根据实际情况而采用不同的方法去实现主从式通信系统的功能[8]。比如如果要设计的主从式通信系统只是小范围内传送数据甚至只是板间传送数据或者要求使用的I/O口很少而对于数据的抗干扰能力的要求不是很高的话则采用IIC总线传输协议是最合适不过的了。IIC总线支持任何一种IC制造工艺并且PHILIPS和其他厂商提供了种类非常丰富的I2C兼容芯片。作为一个专利的控制总线IIC已经成为世界性的工业标准。每个器件都有一个唯一的地址而且可以是单接收的器件（例如：LCD驱动器）或可以接收也可以发送的器件（例如：存储器）。发送器或接收器可以在主模式或从模式下操作这取决于芯片是否必须启动数据的传输还是仅仅被寻址。IIC是一个多主总线即它可由多个连接的器件控制[9]。基本的I2C总线规范于20年前发布其数据传输速率最高为100Kbits/s采用7位寻址。但是由于数据传输速率和应用功能的迅速增加I2C总线也增强为快速模式（400Kbits/s）和10位寻址以满足更高速度和更大寻址空间的需求[10]。IIC总线始终和先进技术保持同步但仍然保持其向下兼容性。并且最近还增加了高速模式其速度可达3.4Mbits/s。它使得IIC总线能够支持现有以及将来的高速串行传输应用例如EEPROM和Flash存储器[11]。而如果需要远距离传输数据且对数据传送的抗干扰能力要求有点高则可以使用RS-422或者RS-485协议进行主从式通信系统的设计[12]。另外USB协议则是一种比较新型、快速、灵活的总线传输方法此通信系统通常只有一个主机利用此方法设计的通信息有如下特点：（1）适用范围广泛适用于数码相机高速数据采集等多种设备；（2）支持热拔插且此过程由系统自动完成无需用户干预；（3）采用菊花链式的星型总线结构支持多达127个外设同时连接；（4）5Mbps、12Mbps和480Mbps的3种速度模式可以满足不同外设对速度的要求。USB发展到今天总共有三种标准：1996年发布的USB1.01998年发布的USB1.1以及刚刚发布的最新标准USB2.0此三种标准最大的差别就在于数据传输率方面在其他方面也不同程度的改进总体来说就目前的USB2.0而言已经拥有什么出众的性能与传输速率。USB数据线由两对线组成一对电力线通过电力线可以为USB设备提供5V电