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[導讀]引言
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，單片機的應用已經(jīng)滲入到了生產(chǎn)、生活的方方面面，其應用范圍越來(lái)越廣泛，應用前景越來(lái)越好?；趩纹瑱C的開(kāi)發(fā)應用在目前創(chuàng )新技術(shù)發(fā)展中一支獨秀，非常受廣大科技愛(ài)好者、在校大學(xué)

引言
    隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，單片機的應用已經(jīng)滲入到了生產(chǎn)、生活的方方面面，其應用范圍越來(lái)越廣泛，應用前景越來(lái)越好?；趩纹瑱C的開(kāi)發(fā)應用在目前創(chuàng )新技術(shù)發(fā)展中一支獨秀，非常受廣大科技愛(ài)好者、在校大學(xué)生以及科技開(kāi)發(fā)工作者的青睞。多功能、超強型的單片機在市場(chǎng)上也層出不窮，為單片機的開(kāi)發(fā)應用提供了很好的基礎。目前，在單片機的應用系統設計中，USB接口的使用越來(lái)越多，簡(jiǎn)化了單片機系統與外部系統進(jìn)行信息交換的接口電路，提高了信息交換的可靠性及交換速度。目前市場(chǎng)上提供的各類(lèi)型單片機品種中，有些型號的單片機在其內部集成有USB接口部件，但大部分的單片機不含有USB接口電路。對芯片內部不含有USB串行接口的單片機，進(jìn)行USB接口設計時(shí)，要通過(guò)外圍接口芯片來(lái)實(shí)現USB串行接口，這樣的接口芯片，目前市場(chǎng)上已經(jīng)有很多種了。本文僅就采用單片機本身的串口通過(guò)外圍芯片PL2303來(lái)實(shí)現串口轉USB接口進(jìn)行介紹。

1 USB接口的實(shí)現
    USB(Universal Serial Bus)是一種通用的串行總線(xiàn)技術(shù)，它是通過(guò)PCI總線(xiàn)和PC的內部系統數據線(xiàn)連接，實(shí)現數據的傳送，具有即插即用功能，支持熱插拔，兩個(gè)通信設備之間線(xiàn)纜長(cháng)度可達5 m。
    USB接口線(xiàn)有4條，其中兩條為電源線(xiàn)和地線(xiàn)(Vbus與GND)，另外兩條是以差分形式傳遞信息的信號線(xiàn)(D+和D-)，從而實(shí)現主機系統與USB設備之間的數據通信。含有USB接口的主機與含有USB接口的設備之間通信數據流的示意圖如圖1所示。

    USB總線(xiàn)技術(shù)是基于分組交換方式的總線(xiàn)通信。它首先把數據分成若干塊，然后在每塊數據前添加上同步信號、包標識，后面再添加上CRC校驗碼，形成USB數據包。USB通信總線(xiàn)使用差分輸出驅動(dòng)器來(lái)控制數據信號在USB電纜上的傳送，即通過(guò)控制D+和D-線(xiàn)從空閑狀態(tài)到相反的邏輯電平，實(shí)現原端口的數據包發(fā)送，數據包發(fā)送完以后，信號線(xiàn)(D+)和(D-)上的輸出驅動(dòng)器均處于高阻狀態(tài)。

2 單片機串口轉USB接口的電路
    無(wú)論哪一款的單片機，其芯片上都有串行通信引腳TXD和RXD，利用這兩個(gè)引腳，通過(guò)某種接口芯片來(lái)實(shí)現串口轉USB口的電路。本文采用Prolific公司推出的串口轉USB接口的轉換芯片PL2303來(lái)實(shí)現單片機的串口轉USB接口的電路。接口電路的設計如圖2所示。

    在圖2中，PL2303的TXD引腳和RXD引腳分別與單片機的P3．0(RXD)引腳和P3．1(TXD)引腳相連，這樣就完成了單片機的串口與USB口的轉換。單片機從串口發(fā)送出去的數據信息通過(guò)PL2303芯片轉換為USB數據流，再通過(guò)USB口的連接器傳送給主機設備?？梢钥闯鯬L2303與單片機的連接非常簡(jiǎn)單，只需兩根信號線(xiàn)就可以。

3 單片機串口軟件設計
    串口轉USB口串行通信方式采用異步半雙工通信方式，即通信雙方發(fā)送和接收信息是分時(shí)段交替進(jìn)行的，雙方不能同時(shí)進(jìn)行收發(fā)操作。通信的數據格式為每幀10位，其中1位起始位，8位數據位，1位停止位。一幀數據的格式如圖3所示。數據的發(fā)送是低位在先，高位在后。

    在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送和接收數據的速率要有約定，即設定波特率。通過(guò)軟件可以對單片機串口設置為4種工作方式，即方式0、方式1、方式2、方式3。其中方式0和方式2的波特率是固定不變的，方式1和方式3的波特率是可以調整的。波特率由單片機內部的定時(shí)器T1的溢出率來(lái)決定，用定時(shí)器T1作為串行通信波特率發(fā)生器時(shí)，典型的使用方法是使T1工作在自動(dòng)重裝的8位定時(shí)方式，即定時(shí)器的工作方式2，這時(shí)定時(shí)器T1的溢出率取決于TH1中的初值。而單片機的串行通信方式采用方式1，即數據發(fā)送是10位幀格式。串行通信方式1的波特率的計算如下：
    方式1波特率=(2SMOD／32)x T1溢出率       (1)
    T1溢出率=fOSC／[12×(256-TH1)]          (2)
    上式中，SMOD是單片機芯片內部的電源控制寄存器PCON中的D7位，可取值為0或1；fOSC是表示單片機外接的晶體振蕩器的頻率。
    在實(shí)際應用中，數據傳送的波特率最好選擇標稱(chēng)值，又由于TH1的初值是整數，為了減小波特率計算誤差，單片機外接的晶振頻率盡量選用11．059 2 MHz，這樣串行通信方式1的波特率與TH1的初值的對應關(guān)系基本上是一個(gè)確定值，如表1所列。

    根據表1，如果串行通信的波特率選用9 600，則裝入單片機定時(shí)器1的TH1中的初值就是FDH，通過(guò)下面的程序完成初始化：
   

 

4 PL2303的驅動(dòng)
    PL2303是Prolmc公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232-USB接口轉換器，可提供一個(gè)RS232全雙工異步串行通信裝置與USB功能接口便利連接的解決方案。該器件內置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的UART，只需外接幾個(gè)電容就可實(shí)現USB信號與RS232信號的轉換，能夠方便地嵌入到手持設備中。該器件作為USB／RS232雙向轉換器，一方面從主機接收USB數據，并將其轉換為RS232信息流格式發(fā)送給外設；另一方面從RS232外設接收數據，轉換為USB數據格式傳送回主機。這些工作全部由器件自動(dòng)完成，開(kāi)發(fā)者無(wú)需考慮固件設計。
    PL2303的驅動(dòng)可在大多數操作系統上模擬成傳統的COM端口，并允許基于COM端口應用方便地轉換為USB接口應用，實(shí)現通信，其數據傳輸的波特率可高達6 Mbps。通過(guò)利用USB塊傳輸模式，利用龐大的數據緩沖器和自動(dòng)流量控制，PL2303能夠實(shí)現更高的數據吞吐量，比傳統的UART(通用異步收發(fā)器)端口要快。
    前面介紹了單片機與PL2303的接口電路，通過(guò)PL2303的橋接，將單片機的串口轉成了USB口。當單片機系統與PC主機系統通過(guò)USB通信線(xiàn)連接起來(lái)后，PC機將這個(gè)USB接口看成是一個(gè)COM口(RS232全雙工異步串行通信接口)，此時(shí)，PC機要裝入PL2303的驅動(dòng)程序，這個(gè)驅動(dòng)程序就是將該USB口模擬成為一個(gè)COM口，USB轉串口線(xiàn)的端口號可能是COM4，也可能是COM5，此端口號是電腦系統自動(dòng)分派的，不是每臺電腦都一樣。在沒(méi)有必要的情況下，請不要去修改它，使用時(shí)只需記住這個(gè)端口號就可以了。在使用此端口的軟件中，都務(wù)必按此端口來(lái)選擇，如STC—ISP下載軟件、串口調試軟件等。PL2303的驅動(dòng)程序可以從官方網(wǎng)站下載。

結語(yǔ)
    本文介紹的單片機串口轉USB口的接口電路已經(jīng)通過(guò)實(shí)際的電路板實(shí)現，在實(shí)際的應用中效果很好，通信的可靠性很高，特別適合筆記本電腦與單片機系統之間的通信。有些筆記本電腦的操作系統是Win7操作系統，此時(shí)要注意在官方網(wǎng)站上下載Win7操作系統的PL2303驅動(dòng)．PART．RAR。在使用中感覺(jué)到的不足之處是PL2303芯片在做電路時(shí)，外接的電阻、電容等器件比較多，畫(huà)電路板比較麻煩。