一種USB通信系統的設計方案

1 USB通信技術

　　USB（Universal Serial Bus）是一種目前通用的串行總線技術，它是通過PCI總線和PC的內部系統數據線連接，實現數據的傳送，具有即插即用的功能，支持熱拔插，設備間線纜的長度可達5 m左右。

　　USB接口信號線有4條線，兩條是電源線與地線（Vbus與GND），兩條是以差分方式產生的信號線（D+與D-），從而實現了主機系統與USB設備之間的數據通信，見圖1。

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圖1 USB通信數據流

　　USB總線121技術是基于分組交換方式的總線通信。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，后面添加上CRC校驗，形成USB封包。USB總線通信使用一種差分的輸出驅動器來控制數據信號在USB電纜上的發送，即通過控制D+和D一線從空閑態到相反的邏輯電平，實現源端口的包發送。包發送結束后，D+和D-上的輸出驅動器均處于高阻抗狀態。

　　2 USB通信系統設計

　　2.1 硬件設計

　　USB通信接口是連接Pc機和汽車尾氣檢測儀內嵌單片機通信的橋梁，目前采用USB接口芯片來實現PC機與單片機AT89C5 1之間的連接是一種比較好的方法。

　　由于汽車尾氣檢測系統內嵌單片機是采用串口（TXD、RXD）以RS232方式進行通信的，所以USB芯片與單片機AT89C51之間的連接方式也必須是RS232串口通信方式。因此，本文采用PROLIFIC公司推出的可實現USB接口轉RS232串口的轉換芯片PL一2303HX。根據汽車尾氣檢測儀USB通信系統設計要求，USB通信接口電路設計如圖2所示。

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圖2 USB通信接口

　　USB插頭與USB芯片間的連接通過USB—D+、USB—D一、GND和VO一3.3這4個端點實現，由于USB芯片PL2303HX支持類RS232接口，含有全雙工發送和接收（RXD、TXD）串口，所以，PL2303HX芯片與單片機AT89C51的RS232串口間直接可以用3根線RXD、TXD、GND連接，即USB芯片PL2303HX的RXD、TXD和GND分別與單片機AT89C51的TXD、RXD和GND連接，雙方都可發送和接收。

　　2.2 軟件設計

　　2.2.1 通信方式

　　本文USB通信系統采用異步半雙工通信方式，即通信的某一方發送和接收交替進行。通信的數據格式為每幀10位，包括1位起始位、8位數據位和1位停止位，見圖3。

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圖3 字節傳輸序列

這里設置單片機串行口采用T作模式l，為10位異步通信，片內定時器Tl作為波特率發生器，波特率為2400bps；由串行口控制寄存器SCON的工作模式選擇位SM0、SMI，分別設為0和l，從而設置其串行口為模式l；當定時器／計數器Tl控制寄存器TMOD中C／T=0和M1M0=10時，AT89C51定時器／計數器Tl為定時器模式，設置為方式2。作為波特率發生器，其波特率表示為：

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　　則：定時器Tl的初值應設置為11Ll=THI=F3H，另外應禁止定時器Tl中斷，以免因定時器T1溢出而產生不必要的中斷。