基于USB的串行通信软硬件设计
【网学提醒】：本文主要为网上学习者提供基于USB的串行通信软硬件设计，希望对需要基于USB的串行通信软硬件设计网友有所帮助，学习一下吧!
资料包括： 论文(41页15588字)
说明：
1 引言
在工业控制和数据采集系统中，单片机以其低成本，编程灵活、方便，实时性强和具有一定的智能而得到了广泛的应用。然而，许多复杂任务的实现，如人机对话、任务的切换、算法的实现、大数据的运算等，单片机就显得有些力不从心，而PC机在这方面却有强大的优势。这就需要将它们组合成系统，让单片机只管控制执行机构和进行数据采集与传输；PC机将数据进行处理，实现功能。这就涉及到单片机与PC机之间的通讯问题，在需要实时传递和处理声音和图象等大批数据的时候，普通的通信方式难以满足要求。
这就为数据采集系统的设计提出了两个方面的要求：一方面，要求接口简单灵活且有较高的数据传输率；另一方面，由于数据量通常都较大，要求主机能够对实时数据做出快速响应，并及时进行分析和处理，并在单片机和PC机之间进行高速和可靠的通讯。传统的外设与主机的通信接口难以满足上述第一个方面的要求，这些接口一般采用PCI布部线或RS-232串行总线。PCI总线虽然有很高的传输率（可达132Mbps），还能“即插即用”，但是它们的扩充槽相当有限，且插拔并不方便；RS-232串行总线虽然连接方便，可是它的带宽非常有限，传输速度太慢，而且1条RS-232串口通信电缆只能连接1个物理设备。
USB技术正是顺应这一要求提出的，它集PCI和RS-232的优点于一身：具有较高的传输速率（USB协议1.1支持最高传输速度达12Mbps，USB协议2.0支持最高传输速度可达480Mbps），实现了真正意义上的“即插即用”（Plug & Play），同时USB上最多可以连接127个外设，解决了如资源冲突、中断请求（IRQs）和直接数据通道（DMAs）等问题。因此，USB技术非常适合实时数据采集的场合，是目前较为流行的通讯方式。
从应用方面来看，国外通用串行总线USB因其具备高速传输，即插即用等诸多优点，在各个领域得到了广泛应用；国内USB总线已经得到了控制工程师的普遍关注，由于其通信协议比较复杂，相关的研究成果还比较少，特别是USB与目前最具竞争力的工业微控制器（PIC单片机）通信的应用范例还很匮乏。
本设计基于USB设计出了一套既简单又实用的串行通信程序，并制作了一个压力数据采集及实时显示的硬件电路对其进行了实例验证。设计选用美国微芯公司（Microchip）的主要产品PIC16F877单片机为主控制器，PC机的程序设计采用可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言——Visual Basic。
目录：
1 引言
2 总体规划
3 USB100模块
4 单片机硬件设计
5 单片机程序设计
6 基于VB的PC机通信程序设计
参考文献：
1洪永强. 微机原理与接口技术.北京：科学出版社，2004.6
2萧世文. USB 2.0硬件设计. 北京：清华大学出版社，2002.10
3童诗白 华成英. 北京：高等教育出版社，2001.1
4张春平 耿恒山. 微控制器在USB接口中的应用. 中国电子网
5迅通电子. USB100通用串行总线模块. 迅通科技数据手册
6王铁钧. 主从控制系统的数据通讯. 中国工控网
7刘启中等. PIC单片机原理及应用. 北京：北京航空航天大学出版社，2003.12
8刘和平等. PIC16F87X单片机实用软件与接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社，2002.4
9谭浩强. C程序设计. 北京：清华大学出版社，1999.12
10罗朝盛. Visual Basic 6.0程序设计实用教程. 北京：清华大学出版社，2004.6
11廖彬山等. Visual Basic面向对象与可视化程序设计. 北京：清华大学出版社，2000.10
12范逸之，陈立元. Visual Basic与RS－232串行通信控制. 北京：清华大学出版社，2002.6
13许永和. USB外围设备设计与应用. 北京：中国电力出版社，2002.7
14张念淮，江浩. USB总线接口开发指南. 北京：国防工业出版社，2001.3
15黄维柱,许军. 通用串行总线USB. 计算机应用研,2001 ,18(2) :46-48.
16何立民. 单片机高级教程. 北京：北京航空航天大学出版社，2000
17Hi_TECH. PICC_ME. Manual. 2001
18Microchip Technology Inc.PIC16F877 Data Sheet.2003
19John Koon. The USB Revolution. 2005.3.25
20Peatman John B. Design with PIC Microcontrolers. 2004
21网站1：HTTP://www.usb.orgUSB实施者论坛
22网站2：HTTP://www.pic16.com单片机学习网
23网站3：HTTP://www.21IC.com中国电子网
24网站4：HTTP://www.gongkong.com中国工控网
作者点评：
经过近两个多月的努力，毕业设计已近尾声。这次毕业设计是大学四年所学知识的综合运用，是对四年学习的总结和完善。
本设计是一个实际制作题目，主要完成了以下设计任务：
1.微控制器与USB控制芯片的接口硬件设计，该设计结果能满足PC机与PIC单片机通信的基本要求，并具有过流保护和通信工作监视功能。它具有一定的实用性，是在总结他人成功经验又进一步完善而成的；
2.微控制器与USB控制芯片的通信程序设计，该程序能够完成正确的收发数据工作，并具有一定的通用性和很强的移植性；
3.微控制器模拟数据采集部分软硬件设计，该部分由精密放大电路和PIC的A/D转换部分组成，能够正确的完成压力数据采集任务，还增加了PIC单片机的LED显示部分，使下位机系统具有了独立工作的能力；
4.PC机与USB控制芯片的通信程序设计，该程序能够正确接收来自PIC单片机的数据，并将其列表显示，增加的数据库录入环节使系统功能更加完善。
由于本人的能力和设计时间有限，设计还存在如下不足之处：PC机的发送数据模块和PIC单片机的接收数据模块之间的相互协调有待进一步改进；PC机的数据处理能力没有很好利用，数据传输速率有待进一步提高。
资料包括： 论文(41页15588字)
说明：
1 引言
在工业控制和数据采集系统中，单片机以其低成本，编程灵活、方便，实时性强和具有一定的智能而得到了广泛的应用。然而，许多复杂任务的实现，如人机对话、任务的切换、算法的实现、大数据的运算等，单片机就显得有些力不从心，而PC机在这方面却有强大的优势。这就需要将它们组合成系统，让单片机只管控制执行机构和进行数据采集与传输；PC机将数据进行处理，实现功能。这就涉及到单片机与PC机之间的通讯问题，在需要实时传递和处理声音和图象等大批数据的时候，普通的通信方式难以满足要求。
这就为数据采集系统的设计提出了两个方面的要求：一方面，要求接口简单灵活且有较高的数据传输率；另一方面，由于数据量通常都较大，要求主机能够对实时数据做出快速响应，并及时进行分析和处理，并在单片机和PC机之间进行高速和可靠的通讯。传统的外设与主机的通信接口难以满足上述第一个方面的要求，这些接口一般采用PCI布部线或RS-232串行总线。PCI总线虽然有很高的传输率（可达132Mbps），还能“即插即用”，但是它们的扩充槽相当有限，且插拔并不方便；RS-232串行总线虽然连接方便，可是它的带宽非常有限，传输速度太慢，而且1条RS-232串口通信电缆只能连接1个物理设备。
USB技术正是顺应这一要求提出的，它集PCI和RS-232的优点于一身：具有较高的传输速率（USB协议1.1支持最高传输速度达12Mbps，USB协议2.0支持最高传输速度可达480Mbps），实现了真正意义上的“即插即用”（Plug & Play），同时USB上最多可以连接127个外设，解决了如资源冲突、中断请求（IRQs）和直接数据通道（DMAs）等问题。因此，USB技术非常适合实时数据采集的场合，是目前较为流行的通讯方式。
从应用方面来看，国外通用串行总线USB因其具备高速传输，即插即用等诸多优点，在各个领域得到了广泛应用；国内USB总线已经得到了控制工程师的普遍关注，由于其通信协议比较复杂，相关的研究成果还比较少，特别是USB与目前最具竞争力的工业微控制器（PIC单片机）通信的应用范例还很匮乏。
本设计基于USB设计出了一套既简单又实用的串行通信程序，并制作了一个压力数据采集及实时显示的硬件电路对其进行了实例验证。设计选用美国微芯公司（Microchip）的主要产品PIC16F877单片机为主控制器，PC机的程序设计采用可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言——Visual Basic。
目录：
1 引言
2 总体规划
3 USB100模块
4 单片机硬件设计
5 单片机程序设计
6 基于VB的PC机通信程序设计
参考文献：
1洪永强. 微机原理与接口技术.北京：科学出版社，2004.6
2萧世文. USB 2.0硬件设计. 北京：清华大学出版社，2002.10
3童诗白 华成英. 北京：高等教育出版社，2001.1
4张春平 耿恒山. 微控制器在USB接口中的应用. 中国电子网
5迅通电子. USB100通用串行总线模块. 迅通科技数据手册
6王铁钧. 主从控制系统的数据通讯. 中国工控网
7刘启中等. PIC单片机原理及应用. 北京：北京航空航天大学出版社，2003.12
8刘和平等. PIC16F87X单片机实用软件与接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社，2002.4
9谭浩强. C程序设计. 北京：清华大学出版社，1999.12
10罗朝盛. Visual Basic 6.0程序设计实用教程. 北京：清华大学出版社，2004.6
11廖彬山等. Visual Basic面向对象与可视化程序设计. 北京：清华大学出版社，2000.10
12范逸之，陈立元. Visual Basic与RS－232串行通信控制. 北京：清华大学出版社，2002.6
13许永和. USB外围设备设计与应用. 北京：中国电力出版社，2002.7
14张念淮，江浩. USB总线接口开发指南. 北京：国防工业出版社，2001.3
15黄维柱,许军. 通用串行总线USB. 计算机应用研,2001 ,18(2) :46-48.
16何立民. 单片机高级教程. 北京：北京航空航天大学出版社，2000
17Hi_TECH. PICC_ME. Manual. 2001
18Microchip Technology Inc.PIC16F877 Data Sheet.2003
19John Koon. The USB Revolution. 2005.3.25
20Peatman John B. Design with PIC Microcontrolers. 2004
21网站1：HTTP://www.usb.orgUSB实施者论坛
22网站2：HTTP://www.pic16.com单片机学习网
23网站3：HTTP://www.21IC.com中国电子网
24网站4：HTTP://www.gongkong.com中国工控网
作者点评：
经过近两个多月的努力，毕业设计已近尾声。这次毕业设计是大学四年所学知识的综合运用，是对四年学习的总结和完善。
本设计是一个实际制作题目，主要完成了以下设计任务：
1.微控制器与USB控制芯片的接口硬件设计，该设计结果能满足PC机与PIC单片机通信的基本要求，并具有过流保护和通信工作监视功能。它具有一定的实用性，是在总结他人成功经验又进一步完善而成的；
2.微控制器与USB控制芯片的通信程序设计，该程序能够完成正确的收发数据工作，并具有一定的通用性和很强的移植性；
3.微控制器模拟数据采集部分软硬件设计，该部分由精密放大电路和PIC的A/D转换部分组成，能够正确的完成压力数据采集任务，还增加了PIC单片机的LED显示部分，使下位机系统具有了独立工作的能力；
4.PC机与USB控制芯片的通信程序设计，该程序能够正确接收来自PIC单片机的数据，并将其列表显示，增加的数据库录入环节使系统功能更加完善。
由于本人的能力和设计时间有限，设计还存在如下不足之处：PC机的发送数据模块和PIC单片机的接收数据模块之间的相互协调有待进一步改进；PC机的数据处理能力没有很好利用，数据传输速率有待进一步提高。