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(tǒng)數(shù)據(jù)線連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(chǎn)生的信號線（D+與D-），從而實現(xiàn)了主機系統(tǒng)與USB設備之間的數(shù)據(jù)通信，見圖1。

　　圖1 USB通信數(shù)據(jù)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(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、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(shù)據(jù)信號在USB電纜上的發(fā)送，即通過控制D+和D一線從空閑態(tài)到相反的邏輯電平，實現(xiàn)源端口的包發(fā)送。包發(fā)送結束后，D+和D-上的輸出驅動器均處于高阻抗狀態(tài)。

　　2 USB通信系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)USB接口轉RS232串口的轉換芯片PL一2303HX。根據(jù)汽車尾氣檢測儀USB通信系統(tǒng)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USB—D+、USB—D一、GND和VO一3.3這4個端點實現(xiàn)，由于USB芯片PL2303HX支持類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(tǒng)采用異步半雙工通信方式，即通信的某一方發(fā)送和接收交替進行。通信的數(shù)據(jù)格式為每幀10位，包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，見圖3。

　　圖3 字節(jié)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(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；當定時器／計數(shù)器Tl控制寄存器TMOD中C／T=0和M1M0=10時，AT89C51定時器／計數(shù)器Tl為定時器模式，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(chǎn)生不必要的中斷。

　　2.2.2 通信協(xié)議

　　進行通信之前，通信雙方首先要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求制訂某種特定的通信協(xié)議，然后才能編寫相應的通信程序。本文通信協(xié)議：

　　①通信雙方均使用2 400 bps的速率傳送數(shù)據(jù)，PC機與AT89C51均工作于串口方式l（1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、l位停止位）。

　?、贏T89C51在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時，采用串口中斷方式。

　　③PC機發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令（握手信號），單片機AT89C5l串口收到握手信號后，立即將AT89C51內存存放的檢測數(shù)據(jù)經(jīng)過USB通信接口發(fā)送到PC機，一次數(shù)據(jù)采集完成。

USB通信程序流程e#

　　2.2.3 通信程序流程

　　通信程序涉及到PC機通信程序和AT89C51串口通信中斷程序，上位機（PC機）發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令，下位機（單片機AT89C51）收到握手信號后，將數(shù)據(jù)傳回PC機，從而完成一次數(shù)據(jù)采集，圖4和圖5是兩個通信程序的流程圖。

　　圖4 PC機通信子流程

　　圖5 單片機串口中斷子流程

　　3 結語

　　本文設計的USB通信系統(tǒng)已在汽車尾氣檢測儀數(shù)據(jù)通信中得到了很好的應用。該系統(tǒng)具有采集數(shù)據(jù)準確可靠、使用靈活方便等優(yōu)點，這種用USB通信技術取代傳統(tǒng)串口通信的方法切實可行，有望在其他的智能儀器、儀表設備中得到借鑒和推廣應用。