基于单片机的串口通信模块设计.docx

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1 绪论 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。 根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,本 钱低但传送速度快,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开展, 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,而单片机那么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) 串口无法比较的优点, 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, [10][12]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 [6, 7]。 [10] [12] 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] 。比方,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,那么采用 IIC 总线 传输协议是最适宜不过的了。 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] 。 根本的 I2C 总线标准于 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 。 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

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