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图3-17 低速方式的输入操作

所有下行的低速传输的包，必须先发送一个PRE包。Hub必须解释PRE包，而所有其它的USB设备必须忽略这个包。主机在发送完PRE包后，必须等待至少4位的时间，而在这个期间，Hub完成必要的设置，使之能接收低速的信号。在接收到EOP信号之后，Hub关闭低速设备的端口。上行的操作则没有上述的行为，低速与高速是一样的。

低速操作还有其它的限制： (1)数据包最大限制为8个字节。 (2)只支持中断和控制传输方式。 6.错误检验与恢复

USB具有检查错误的能力，并且可以根据传输类型的要求进行相应的处理。例如，控制传输的需要很高的数据准确度，因此支持所有错误检验与重试来实现端对端的数据完整传输。而同步传输不允许重试，因此必须具有一定的容错性。

USB这种检查错误的能力包括：PID检验、CRC检验、总线时间溢出以及EOP错误检验等等。

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4 PC与单片机通过USB的通信设计

4.1 设计方案选择

由于实际应用中单片机在数据处理能力、人机交互等方面往往不能满足要求, 因而通常用PC来弥补单片机的这些不足。例如,在工程应用中,常常由一台PC机和一台单片机构成主从式计算机测控系统。在这样的系统中, 以单片机为核心的智能测控仪表(从机)作为现场测控设备, 完成数据的采集、处理和控制各种任务, 同时将数据传给PC机(主机),PC机将这些数据加工处理后,进行显示、打印报表等。PC机也可以将各种控制命令传送给单片机, 干预单片机系统的运行, 从而发挥PC机的优势。要实现这样的功能, 就涉及到PC机与单片机之间的通信问题。

现在的计算机提供了各种各样的串口，他们支持不同的通信协议，有着不同的功能。目前计算机提供的串口有RS-232，RJ45，USB2.0等。 4.1.1 PC机同单片机通信存在的问题

目前，51单片机同PC机的通信在大多数情况下仍然是使用RS-232(DB-9)串口作为通信接口实现的。而随着USB接口技术的成熟和使用的普及，由于USB 接口有着一系列RS-232(DB-9)串口无法比拟的优点，RS-232(DB-9)串口正在逐步的为USB接口所替代。而在现在的大多数笔记本电脑中，出于节省物理空间和用处不大等原因，RS-232(DB-9)串口已不再设置，这就约束了基于RS-232(DB-9)串口与PC 机联络的单片机设备的使用范围。 4.1.2 USB接口同RS-232(DB-9)串口的比较

通过USB 接口和RS-232(DB-9)的比较，不难发现：

（1）USB 接口支持即插即用和热插拔，而RS-232(DB-9)串口不支持即插即用和热插拔，设备安装后需重启计算机方可使用。

（2）USB 接口的传输速率较快，可达480Mbps(V2.0)，而RS-232(DB-9)串口的最高速率仅为19200 波特。

（3）USB 接口占用体积较小，插拔方便；而RS-232(DB-9)串口的的插拔需要使用改锥，且在机箱后操作，比较麻烦。

综上可知，USB 接口取代RS-232(DB-9)串口的趋势不可逆转。

另外在本设计中选择使用的单片机是AT8C951。AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片微型计算机,它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度NVRAM(非

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易失性随机存储器) 技术, 片内带有一个4KB 的FLASH FPROM(可擦除、可编程只读存储器) , 作为INTEL8051的换代产品, 其输出引脚和指令系统与MCS-51 完全兼容。由于AT89C51单片机具有集成度高、面向控制、系统结构简单、价格便宜等诸多优点, 因而在智能化仪器仪表、数据采集、数据测量等方面有着广泛的应用。

4.1.3 USB转接芯片的选择

目前常用的USB 转接芯片包括PL2303，CH341，CP2101，FT232等。在综合考虑了各方面因素后，CH341成为了本次电路设计的首选芯片。

CH341是南京沁恒电子公司生产的USB总线的转接芯片，通过USB总线提供异步串口，打印口，并口及常用的2 线和4线等同步串行端口。其特点有：

（1）提供全速USB 设备借口，兼容USB2.0，外围设备只需要晶体和电容； （2）可通过外部的低成本串行EPROM 定义厂商ID，产品ID，序列号等； （3）成本低廉，可直接转换原串口外围设备；

（4）采用SOP-28封装，串口应用还提供小型的SSOP－20封装。 正是由于在PC机同单片机通信电路中，USB转接芯片CH341 具有以上其他芯片无法比拟的优点，同时价格低廉并且提供中文技术支持，因此它成为了本电路USB转接芯片的最优选择。本电路采用的是SSOP-20封装的CH341T，其引脚图如图4-1所示。

图4-1 CH341T 引脚图

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4.2 单片机最小系统 4.2.1 单片机原理简介

单片机（single-chip microcomputer）是把微型计算机主要部分都集成

在一块芯片上的单芯片微型计算机[12]。图3-1中表示单片机的典型结构图。由于单片机的高度集成化，缩短了系统内的信号传送距离，优化了结构配置，大大地提高了系统的可靠性及运行速度，同时它的指令系统又很适合于工业控制的要求，所以单片机在工业过程及设备控制中得到了广泛的应用[13,14]。

图3-1典型单片机结构图

4.2.2 单片机的应用系统

单片机在进行实时控制和实时数据处理时，需要与外界交换信息。人们需要通过人机对话，了解系统的工作情况和进行控制。单片机芯片与其它CPU比较，功能虽然要强得多，但由于芯片结构、引脚数目的限制，片内ROM、RAM、I/O口等不能很多，在构成实际的应用系统时需要加以扩展，以适应不同的工作情况。单片机应用系统的构成基本上如图3-2所示。

图3-2 单片机的应用系统

单片机应用系统根据系统扩展和系统配置的状况，可以分为最小应用系统、最小功耗系统、典型应用系统。本设计是设计一款最小应用系统，最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单，常

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用来构成简单的控制系统，如开关量的输入/输出控制、时序控制等。对于片内有ROM/EPROM的芯片来说,最小应用系统即为配有晶体振荡器、复位电路和电源的单个芯片；对与片内没有ROM/EPROM芯片来说，其最小应用系统除了应配置上述的晶振、复位电路和电源外，还应配备EPROM或EEPROM作为程序存储器使用

[15,16]

。

4.2.3 AT89C52简介

AT89C52的主要参数如表3-1所示：

表3-1 AT89C52的主要参数

型号 存储器 RAM 128 2 32 1 6 24 低电压 定时I/0 串行中断 速度 器 口 （MH） 其它特点 E2PROM ROM 89C52

8K AT89C52含E2PROM电可编闪速存储器。有两级或三级程序存储器保密系统，防止E2PROM中的程序被非法复制。不用紫外线擦除，提高了编程效率。程序存储器E2PROM容量可达20K字节。

AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其引脚如图2-3所示[17,18]。

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