USB通信系統設計方案

USB（Universal Serial Bus）是一種目前通用的串行總線(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，具有即插即用的功能，支持熱拔插，設備間線(xiàn)纜的長(cháng)度可達5 m左右。

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

　　圖1 USB通信數據流

　　USB總線(xiàn)121技術(shù)是基于分組交換方式的總線(xiàn)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(xiàn)通信使用一種差分的輸出驅動(dòng)器來(lái)控制數據信號在USB電纜上的發(fā)送，即通過(guò)控制D+和D一線(xiàn)從空閑態(tài)到相反的邏輯電平，實(shí)現源端口的包發(fā)送。包發(fā)送結束后，D+和D-上的輸出驅動(dòng)器均處于高阻抗狀態(tài)。

　　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(chē)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(lái)實(shí)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(chē)尾氣檢測系統內嵌單片機是采用串口（TXD、RXD）以RS232方式進(jìn)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(shí)現USB接口轉RS232串口的轉換芯片PL一2303HX。根據汽車(chē)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。

　　圖2 USB通信接口

　　USB插頭與USB芯片間的連接通過(guò)USB—D+、USB—D一、GND和VO一3.3這4個(gè)端點(diǎn)實(shí)現，由于USB芯片PL2303HX支持類(lèi)RS232接口，含有全雙工發(fā)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(xiàn)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(fā)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(fā)送和接收交替進(jìn)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(jiàn)圖3。

　　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(shí)器Tl作為波特率發(fā)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(shí)器／計數器Tl控制寄存器TMOD中C／T=0和M1M0=10時(shí)，AT89C51定時(shí)器／計數器Tl為定時(shí)器模式，設置為方式2。作為波特率發(fā)生器，其波特率表示為：

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