1546.基于usb的串行通信软硬件设计-----毕业论文

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1、基于USB的串行通信软硬件设计1引言在工业控制和数据采集系统中，单片机以其低成本，编程灵活、方便，实时性强和具有一定的智能而得到了广泛的应用。然而，许多复杂任务的实现，如人机对话、任务的切换、算法的实现、大数据的运算等，单片机就显得有些力不从心，而PC机在这方面却有强大的优势。这就需要将它们组合成系统，让单片机只管控制执行机构和进行数据采集与传输；PC机将数据进行处理，实现功能。这就涉及到单片机与PC机之间的通讯问题，在需要实时传递和处理声音和图象等大批数据的时候，普通的通信方式难以满足要求。这就为数据采集系统的设计提出了两个方面的要求：一方面，要求

2、接口简单灵活且有较高的数据传输率；另一方面，由于数据量通常都较大，要求主机能够对实时数据做出快速响应，并及时进行分析和处理，并在单片机和PC机之间进行高速和可靠的通讯。传统的外设与主机的通信接口难以满足上述第一个方面的要求，这些接口一般采用PCI布部线或RS-232串行总线。PCI总线虽然有很高的传输率（可达132Mbps），还能“即插即用”，但是它们的扩充槽相当有限，且插拔并不方便；RS-232串行总线虽然连接方便，可是它的带宽非常有限，传输速度太慢，而且1条RS-232串口通信电缆只能连接1个物理设备。USB技术正是顺应这一要求提出的，它集PCI

3、和RS-232的优点于一身：具有较高的传输速率（USB协议1.1支持最高传输速度达12Mbps，USB协议2.0支持最高传输速度可达480Mbps），实现了真正意义上的“即插即用”（Plug&Play），同时USB上最多可以连接127个外设，解决了如资源冲突、中断请求（IRQs）和直接数据通道（DMAs）等问题。因此，USB技术非常适合实时数据采集的场合，是目前较为流行的通讯方式。从应用方面来看，国外通用串行总线USB因其具备高速传输，即插即用等诸多优点，在各个领域得到了广泛应用；国内USB总线已经得到了控制工程师的普遍关注，由于其通信协议比较复杂，

4、相关的研究成果还比较少，特别是USB与目前最具竞争力的工业微控制器（PIC单片机）通信的应用范例还很匮乏。本设计基于USB设计出了一套既简单又实用的串行通信程序，并制作了一个压力数据采集及实时显示的硬件电路对其进行了实例验证。设计选用美国微芯公司（Microchip）的主要产品PIC16F41基于USB的串行通信软硬件设计877单片机为主控制器，PC机的程序设计采用可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言——VisualBasic。本设计作品能实现如下几项功能：1.压力信号经精密放大电路后输入单片机进行A/D转换；2.单片机对采集

5、到的信号进行抗干扰处理和显示；3.单片机将采集到的数据实时送入PC机；4.PC机对所得数据运算后列表显示并录入数据库；5.单片机查询来自PC机的实时指令，并执行相应动作。图1－1基于USB的高速数据采集系统示意图图1－1为基于USB的高速数据采集系统示意图，就本设计而言，传感器接收压力信号，PIC单片机的I/O控制口包括与USB100模块通信的标志位端口及LED显示输出口。41基于USB的串行通信软硬件设计2总体规划数据采集是现代控制系统必不可少的控制任务，通用串行总线(USB)因具有传输速率快、接口简单、支持即插即用(Plug&Play)和使用维护

6、方便等特点在控制领域具有广泛的应用前景。本设计以压力数据采集任务为载体，深入的学习和探讨了基于USB的串行通信的实现问题。本设计包括硬件接口设计和软件编程两个方面，软硬件结合能实现如图2－1所示的功能：4位LED显示VB的列表显示及数据库录入PIC单片机将采集到的数据10个一组进行累加处理PIC模数转换端口RA0压力模拟信号A/D转换输入输出(a)数据采集任务实现4位LED显示PIC单片机VB发送数据（b）控制任务实现图2－1作品功能示意图2.1USB接口及芯片选择2.1.1USB接口当今的计算机外部设备，都在追求高速度和高通用性。为了满足用户的需求

7、，以Intel为首的七家公司于1994年推出了USB(UniversalSerialBus通用串行总线)总线协议，专用于低、中速的计算机外设。目前，USB端口已成为了微机主板的标准端口；而在不久的将来，所有的微机外设，包括键盘、鼠标、显示器、打印机、数字相机、扫描仪和游戏柄等等，都将通过USB与主机相连。这种连接较以往普通并口和串口的连接而言，USB接口【1】的优势主要表现在以下几个方面：1.使用方便，连接外设不必再打开机箱；允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。2.速度快，USB支持三种设备传输速率：1.5Mb/s（低速设备）、12Mb/s（中速设备

8、）480Mb/s（高速设备）。3.独立供电，USB接口提供了内置电源。4.连接灵活，41基于USB的串行通信