基于USB接口的5 1单片机与PC机通信的方法.docx
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基于USB接口的51单片机与PC机通信的方法
2008年第11期（总第111期）
大众科技
DAZHONGKEJl
NO.11.2008
（CumulativelyNo.1"）
基于USB接口的51单片机与PC机通信的方法
史迩冬,李清栋,周雪莉
（陕西理工学院,陕西汉中723000）
【摘要】针对基于RS-232（DB-9）串口的单片机同PC机通信中的一些问题,文章介绍了一种简单可行的实现基于USB接口的单片机与PC机通信的方法,提供了基于USB接口的单片机同PC机的通信模块,编写了简单的串口测试程序.验证了电路的可行性.【关键词】USB接口;单片机;PC机
【中图分类号】TP33【文献标识码】A【文章编号】1008—1151（2008）11—0055—02用RS一232（DB一9）串1:
3作为通信接口实现的.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一232（DB一9）串口无法比拟的优点,RS-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一232（DB-9）串口与Pc机联络的单片机设备的使用范围.4.USB接口同RS一232（DB._9）串口的比较通过USB接口和RS一232（DB一9）的比较,不难发现:
（1）USB接口支持即插即用和热插拔,而RS-232（DB-9）串口不支持即插即用和热插拔,设备安装后需重启计算机方可使用.
（2）USB接口的传输速率较快,可达4801Ifops（v2.0）,而RS一232（册一9）串口的最高速率仅为19200波特.（3）USB接口占用体积较小,插拔方便;而RS-232（叩一9）串口的的插拔需要使用改锥,且在机箱后操作,比较麻烦.综上可知,USB接口取代RS一232（DB一9）串口的趋势不可图1串行通信帧格式示意图逆转.2.串行通信的优点与并行通信相比,串行通信有着明显的优势.
（1）串行通信只需要一条通信信道,电路简单,成本低廉,容易实现.而并行通信信道较多,电路复杂.
（2）虽然串行通信的信道只有一条,但是传输速率很快.由于并行通信的信道之间干扰较强,而且在产生数据错误后需要全部重发,而串行通信在数据出错的情况下只需重发出错位,因此串行通信的速度要快于并行通信.（3）串行通信支持数据的异步传输.并行通信对数据传输设备和接受设备的同步性要求很高,不利于计算机同外围设备的通信,因此计算机同外围设备的通信基本采用串行传输.因此,当今的计算机系统在与外围设备连接时,几乎全部采用串行通信协议.现在的计算机提供了各种各样的串口,他们支持不同的通信协议,有着不同的功能.目前计算机提供的串口有RS-232,RJ45,USB2.0等.
（一）串行通信介绍
1.串行通信的概念串行通信分为异步和同步两种方式.在单片机中使用的串行通信都是异步方式.而异步通信采用的是异步传送格式,其字符格式如图1所示.数据发送和接收均将起始位和停止位作为开始和结束的标志.在异步通信中,起始位占用l位（低电平）,用来表示字符开始.其后为7或8位的数据编码,第8位通常作为奇偶校验位.共有3种可能,即奇校验,偶校验和无校验,可根据需要选定.最后为停止位（高电平）用来表示字符传送结束.上述字符格式通常作为一个串行帧,若无奇偶校验位,即为常见的10位帧格式.
（二）基于USB接口的51单片机和Pc机通信模
块的设计
1.设计思路使用USB—RS232转接芯片实现PC机同单片机物理层的连接,通过编写单片机指令实现数据帧格式的匹配.2.USB转接芯片的选择目前常用的USB转接芯片包括PL2303,CH341,cP2101,FT232等.在综合考虑了各方面因素后,CH341成为了本次电路设计的首选芯片.CH341是南京沁恒电子公司生产的USB总线的转接芯片,通过USB总线提供异步串口,打印口,并口及常用的2线和4线等同步串行端口.其特点有:
（1）提供全速USB设备借口,兼容USB2.0,外围设备只需要晶体和电容;
（2）可通过外部的低成本串行EPROM定义厂商ID,产品ID,序列号等;（3）成本低廉,可直接转换原串口外围设备:
（4）采用SOP-28封装,串口应用还提供小型的SSOP一20封装.
3.Pc机同单片机通信存在的问题
目前,5l单片机同Pc机的通信在大多数情况下仍然是使【收稿日期】2008-08-15【作者简介】史迩冬（1986一）,男,陕西理工学院物理系在读生.
.55.
万方数据
正是由于在Pc机同单片机通信电路中,USB转接芯片CH341具有以上其他芯片无法比拟的优点,同时价格低廉并且提供中文技术支持,因此它成为了本电路USB转接芯片的最优选择.本电路采用的是SSOP一20封装的CH341T,其引脚图如图2所示.其中,芯片的驱动程序由南京沁恒电子公司提供.
CH3●tT
日CT●ROV●TXDR×DlHT●V3UD+UO—×I×OUCC.reH●THOURDV●
SCL
5.单片机指令的编写为实现单片机同Pc机的简单通信功能,需要通过汇编指令使单片机完成一定的工作来验证USB接口通信的畅通.若要使单片机串口能够同Pc机正常通信,单片机和USB接口需要使用相同的通信协议,在设备管理器中,可设置审口破特率为9600.而在单片机中,通过软件设置串口波特率为9600,工作方式为方式一,每接收一个8位数据,.将数据保存并回送至计算机,以此来实现对USB通信畅通与否的测试.程序流程图如图5所示.
l中断产生.接收数据
J,
SDQHC.VCCaHDaHO
I设重定时鼍和串口工作方式I
上
l*中断,回送数据
J,
UART
l开串口中断
上
l开发送中断.等待接收完成
图23.硬件电路设计
CH341T引脚图.
簪待中断
l
工
l返回初始状态l
CH341T提供全速USB设备接口,兼容USB2.0,外围器件只需要电容和晶体,电路如图3所示.
图5单片机的程序流程图根据程序流程图,单片机的指令代码如下:
_ⅫI
豇^盯
^—|钉埘.蠢目扔抬状蠢.峰符下—次强霸k^孤锄
0瞄0100K锄tl二谣虹∞vks姐.擅I嘲t■novllJBOVs■lE^.量■圄氆接收,实现蠹量的循环接收
●吖T咖,I∞,L期巾■Ti为方式2
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中断入口地址
TUmn
JD
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加虹,sn.舡方1时射,至麓避·为.时矗
图3
USB通信模块电路图
畴捌箧已完成
其中,电源电压为5V,USB接口的差分数据线对与CH341T的UD-和UD+直接相连.CH341T提供TTL电平,同AT89C51
6.USB通信模块的调试调试方法串口调试工具（ComTools）是一款功能强大的串口调试免费软件.其主要功能如下:
（1）支持COMl--'--COM8串口的数据发送和接收,可重复发送和接收数据;
（2）支持HEX格式数据和ASC格式数据的串口发送和接收;（3）可自定义数据格式,校验位,可自定义数据传输速率;（4）可自动记录发送和接收的数据并保存.使用串口调试工具可以方便的通过计算机向USB串口通信模块发送数据并记录所接收的数据.因此,本次USB通信模块的调试使用该串口调试工具完成Pc机同单片机的通信.打开串口调试工具.首先选择串口设置,设置串口为设备管理器中对应的串口（COM4）,设置波特率为9600,数据长度为8位,停止位为1位.在发送文本框中输入2字节16进制数据,点击发送向串口发送16进制8位数据.观察接收文本框,可以发现,计算机成功接收到单片机回送的8位数据.在清空发送文本框后,经过多次的重复操作观察确认,每一次都能正确接收数据.为了进一步测验系统的稳定性,在拔掉USB通信模块后重新插入,计算机能够自动识别串口,重新打开串口调试工具后仍然能够正确的发送和接收.因此,该USB通信模块的数据准确性和系统的稳定性都得到了验证.该USB通信模块具有以下特点:
可直接采用简单的3线连接（默睁—rxDl:
1xD■∞;侧D—∞）.在
5V电源的情况下,V3口需要外接0.OluF的退耦电容.TEN#为串口发送数据使能端,低电平有效.CH341T必须使用12Mhz的晶振,否则无法正常工作.为保证单片机能够产生与计算机匹配的波特率,单片机采用11.0592讹z的晶振.4.硬件驱动程序安装通过登录南京沁恒电子公司网站
http:
//册
CH341T驱动程序CH341SER.EXE,在确认驱动程序和硬件电路无误后,打开驱动程序.弹出安装对话框后选择INSTALL,设备将自动安装驱动程序.安装完成后计算机将提示安装成功.将硬件电路通过USB接口连接至计算机,计算机自动识别并弹出新硬件安装对话框,选择自动安装,驱动程序即可成功安装至计算机.在计算机设备管理器中,可显示刚刚安装成功的USB串口.如图4所示.
图4安装完成后的设备
管理器
（1）通过USB接口实现串口通信,能够（下转第52页）
.56.
万方数据
工作量.用户不需要知道这些代码的实现细节,只需要了解调用函数的参数和函数处理结束后的返回值.模拟量采集的部分程序代码:
ErrCde
2
ASMl42测试仪控制程序代码如下:
MSComm.Output='?
ST'&Chr（13）,查询ASMl42的状态MSComm.Output='=cYr&Chr（13）,仪器开始自动检测MSComm.Output='=IVE'&Chr（13）,仪器停止检测MSComm.Output='=CAEE01290138'&Chr（13）,仪器自动停止抽真空1分29秒,测试时间1分38秒4.控制界面设计Timer控件可以设置为每秒触发一次,顺序控制测试过程.MSChart控件以图形方式显示数据的图表.支持三维表示,支持所有主要的图表类型,支持随机数据和数组.控制界面如图3所示:
DRY
DeviceHandle）mtNecive）Iwd（nepOeciveD.,
打开采集卡
Dim
RulConvNum=4096,定义一次读取数据个数GetAddress（hbuf（0））,
ptFAIIntStart.buffer=DRY
将采集卡读取的数据的起始地址赋值ptFAIIntStart.TrigSrc=0,定义触发源ptFAIIntStart.SampleRate=100000,定义采集频率
ptFAIIntStart.chan=0,通道
ptFAIIntStart.gain=16,增益
ptFAIIntStart.Count=4096
ptFAIIntStart.IntrCount=l,初始化采集卡
眦de=Dlw_FAIIntStart（Devicdtandle,ptFAIIntStart）,
开始采集模拟量
ErrCde=DRY
eldptFAITransfer）naHeciveD（refsnarTIAF_,
.
传送A/D转换后的数据ErrCde=DRV—FAITerminate（DeviceHandle）,停止数据采集
DRV
DeviceClose（DeviceHandle）,关闭采集卡
图3系统控制界面
数字量输入输出部分程序代码;ErrCde=DRV_DeviceOpen（dvDeviceNu鹏Devicdhndle）,打开采集卡lpDioWritePort.Port=0,定义第几字节输出
lpDioWritePort.Mask=255
（三）结束语
该零件泄漏自动测试台已经在计算机水冷却产品上使用,实现了水冷交换器自动泄漏测试.所有测试数据保存在数据库中,方便用户查询和分析.提高了水冷交换器的产品质量,对生产工艺改进提供了很有效的数据.
'
ipDioWritePort.state=8,第四位输出为l
ErrCde=DRY
DioWritePortByte（DeviceHandle.
lpDioWritePort）,控制输出
【参考文献】【1】刘成勇.Visual社.2007.2.【2】JacquesHoffmann.泄漏检测技术Ⅱ】.荑国ApplianceD豁i伊杂志.【3】范逸之,廖锦棋.VisualBasic.NET自动化系统监控——KS-232串行通信【M】.清华大学出版社,2006.【4】曹镇蓉,曹柏蓉.基于vB的霍尔传感器性能测试系统设计
Basic
ErrCde=DRY—DioReadPortByte（DeviceHandle,lpDioReadPort）,读入采集卡数字量输入3.串口通讯编程MSComm控件通过RS232串行端口实现传输和接收数据,使计算机和外围带通信接口的设备实现信息交换.MSComm控件提供了事件驱动功能,这是一种功能很强的处理串口活动
6数据库编程【M】.北京:
机械工业出版
的方法,MSCom控件的OnComm事件能捕获和处理接收到的信
息,gSComm控件的许多重要的属性,可以在程序中设置.
MSComL
ComPort=l,
Ⅱ】.微计算机信息.2007,23（6-1）.
【5】徐振立,陶乐仁,等.在VB平台上开发的太阳能喷射制冷实
使用第一个通讯口打开通讯口
MSComm.Settings="9600,N,8,1",设置通讯参数
验台测控系统Ⅱ】.微计算机.信息.2007,23（7-1）.
WSCo衄.PortOpen=True,
（上接第56页准USB接口上完成以往需要使用RS一232（加9）
进行通信的计算机设备的通信;
（2）支持热插拔,驱动程序一次安装即可永久使用,不必在每次插拔后重启计算机;（3）硬件电路简单,外围器件少,制作方便,成本低廉;（4）可移植性强,支持绝大多数型号的单片机;可扩充性好,用户可根据需要扩充各种功能,可自定义厂商ID和产品序列号.由此可见,我们的设计初步达到了目的.
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.【参考文献】【1】卢超.单片机与PC机的通信设计D】.工矿自动化,2007-5.【2】南京沁恒电子公司.CH341芯片中文版说明书[EB/OL].
http:
//www.Winchip（三）结束语
【3】董建国,戚云军,何运兰.基于USB总线的PC机与单片机的通信【I】.信息技术,2003—11.
USB接口逐步取代RS一232（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
【4】陈再清.微机—一单片机通信浅谈田.电气时代.2001-12.
.52.
万方数据
基于USB接口的51单片机与PC机通信的方法
作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷（期）:
引用次数:
史迩冬,李清栋,周雪莉陕西理工学院,陕西,汉中,723000大众科技POPULARSCIENCE&TECHNOLOGY2008,（11）1次
参考文献（4条）1.卢超单片机与PC机的通信设计[期刊论文]-工矿自动化2007（5）2.南京沁恒电子公司CH341芯片中文版说明书3.董建国.戚云军.何运兰基于USB总线的PC机与单片机的通信[期刊论文]-信息技术2003（11）4.陈再清微机--单片机通信浅谈[期刊论文]-电气时代2001
（2）
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