基于PL2303的串口轉(zhuǎn)USB口串行通信設(shè)計(jì)

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲入到了生產(chǎn)、生活的方方面面，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，應(yīng)用前景越來越好?；趩纹瑱C(jī)的開發(fā)應(yīng)用在目前創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展中一支獨(dú)秀，非常受廣大科技愛好者、在校大學(xué)生以及科技開發(fā)工作者的青睞。多功能、超強(qiáng)型的單片機(jī)在市場(chǎng)上也層出不窮，為單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用提供了很好的基礎(chǔ)。目前，在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，USB接口的使用越來越多，簡(jiǎn)化了單片機(jī)系統(tǒng)與外部系統(tǒng)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)上提供的各類型單片機(jī)品種中，有些型號(hào)的單片機(jī)在其內(nèi)部集成有USB接口部件，但大部分的單片機(jī)不含有USB接口電路。對(duì)芯片內(nèi)部不含有USB串行接口的單片機(jī)，進(jìn)行USB接口設(shè)計(jì)時(shí)，要通過外圍接口芯片來實(shí)現(xiàn)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(jī)本身的串口通過外圍芯片PL2303來實(shí)現(xiàn)串口轉(zhuǎn)USB接口進(jìn)行介紹。

1 USB接口的實(shí)現(xiàn)

USB(Universal Serial Bus)是一種通用的串行總線技術(shù)，它是通過PCI總線和PC的內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，具有即插即用功能，支持熱插拔，兩個(gè)通信設(shè)備之間線纜長(zhǎng)度可達(dá)5 m。

USB接口線有4條，其中兩條為電源線和地線(Vbus與GND)，另外兩條是以差分形式傳遞信息的信號(hào)線(D+和D-)，從而實(shí)現(xiàn)主機(jī)系統(tǒng)與USB設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。含有USB接口的主機(jī)與含有USB接口的設(shè)備之間通信數(shù)據(jù)流的示意圖如圖1所示。

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USB總線技術(shù)是基于分組交換方式的總線通信。它首先把數(shù)據(jù)分成若干塊，然后在每塊數(shù)據(jù)前添加上同步信號(hào)、包標(biāo)識(shí)，后面再添加上CRC校驗(yàn)碼，形成USB數(shù)據(jù)包。USB通信總線使用差分輸出驅(qū)動(dòng)器來控制數(shù)據(jù)信號(hào)在USB電纜上的傳送，即通過控制D+和D-線從空閑狀態(tài)到相反的邏輯電平，實(shí)現(xiàn)原端口的數(shù)據(jù)包發(fā)送，數(shù)據(jù)包發(fā)送完以后，信號(hào)線(D+)和(D-)上的輸出驅(qū)動(dòng)器均處于高阻狀態(tài)。

2 單片機(jī)串口轉(zhuǎn)USB接口的電路

無論哪一款的單片機(jī)，其芯片上都有串行通信引腳TXD和RXD，利用這兩個(gè)引腳，通過某種接口芯片來實(shí)現(xiàn)串口轉(zhuǎn)USB口的電路。本文采用Prolific公司推出的串口轉(zhuǎn)USB接口的轉(zhuǎn)換芯片PL2303來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的串口轉(zhuǎn)USB接口的電路。接口電路的設(shè)計(jì)如圖2所示。

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在圖2中，PL2303的TXD引腳和RXD引腳分別與單片機(jī)的P3.0(RXD)引腳和P3.1(TXD)引腳相連，這樣就完成了單片機(jī)的串口與USB口的轉(zhuǎn)換。單片機(jī)從串口發(fā)送出去的數(shù)據(jù)信息通過PL2303芯片轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)流，再通過USB口的連接器傳送給主機(jī)設(shè)備?？梢钥闯鯬L2303與單片機(jī)的連接非常簡(jiǎn)單，只需兩根信號(hào)線就可以。

3 單片機(jī)串口軟件設(shè)計(jì)

串口轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)格式為每幀10位，其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。一幀數(shù)據(jù)的格式如圖3所示。數(shù)據(jù)的發(fā)送是低位在先，高位在后。

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