串行232接口与USB接口的转接口设计.docx

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1、1绪论1. 1 USB转RS232应用价值USB自从1994年推出以来，逐渐得到了广泛的应用，现在的计算机都配备有USB 接口。USB具有传输速度快，使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点， 可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、手机等几乎所有的外部设 备。正是由于USB的强大功能，使原来流行的RS-232接口逐渐退出了市场，现在很 多新型的计算机甚至不带有串口。但是RS-232可以做很多USB无法进行的工作；而 且目前尚有很多外围设备，如打印机，Modem,传真机仍是用串口连接的，计算机如 果不带串口或者串口数量少就会给使用者带来极大的不便。所以设计出一种USB转 RS

2、232的设备是非常具有实用价值的，它可以满足某些没有串口或者串口数量少的计 算机对串口通信的需求。USB转RS232通信线可使你在串口和USB接口之间非常容易地建立可靠的连接， 通过利用USB接口具有的即插即用和热插拔的功能给串口外围设备提供非常容易使 用的环境。它的设计可以轻松实现USB接口到通用串口之间的转换，为没有串口的计 算机提供快速的通道，而且其传输速率高达IMbps以上1.1. 2现有USB转RS232专用芯片介绍随着新型的计算机的串口数量逐渐减少，用户对于USB转RS232通信线的要求也 在不断的增加。许多芯片制造商陆续推出不同功能的USB转S232专用芯片，用来满 足广大用户的

3、需求。一下是现在市面上比较流行的几种USB转RS232专用芯片。(DPL2303芯片：台湾玖旺科技公司推出。兼容USBLl规格；通信速率最高为 1. 5Mbps；内含USBLI全双工收发器；支持RS232串行接口。(2)CJSI015芯片：深圳金鑫电子科技公司推出。兼容USB 2.0规格；使用USB 全速通信(12Mbps)；内含USB 2.0全双工收发器，48MHZ晶振。(3)FT232BM芯片：FTDl公司推出。同时兼容USB 2.0和USBLl规格；适合任意波特率的数据传输；内置EEPROM,可在线编程。2通信基本原理2. 1 USB总线2.1.1 USB特点及规范USB 的全称是 Un

4、iversal Serial Bus,是由 Intel、Microsoft 等公司在 1994 年联合 推出的通用串行总线。USB具有以下特点：(1)具有热拔插和即插即用功能。(2)传输速度快,提供低速(1.5Mbps)、全速(12Mbps)、高速(480MbPS)3中数据 传输速率。(3)支持异步传输和同步传输两种传输方式。(4)数据传输可靠，具有较强纠错功能。(5)使用方便，易于扩展。理论上可同时接127个外设。(6)可提供最大电压5V,最大电流500mA 2。USB有两个版本，USBLl和USB2.0。前者最高数据传输速率为12Mbps,后者 的最高数据传输速率为480Mbps。二者的物

5、理接口完全一致，数据传输率上的差别完 全由PC的USB host控制器以及USB设备决定。USB2.0规范是由USBLl规范演变 而来的。它的传输速率足以满足大多数外设的速率要求。USB 2.0中的“增强主机控 制器接口” (EHCI)定义了一个与USB 1.1相兼容的架构。它既可以驱动USB2.0也 可以驱动USBL1。换言之，所有支持USBLl的设备都可以直接在USB 2.0的接口 上使用而不必担心兼容性问题。2. 1. 2 USB电气特性USB接口传送信号和电源是通过一种四线的电缆，图2-1中的D-和D+两根线是 用来传送差动数据；而VBUS 、GND二条线，向设备提供+5V电源。USB

6、引脚编号和导线颜色见表2-1 oVbusD+D-GNDVbusD+ D-GND管脚号信号分配导线颜色1VBUS （+5V 电源）红2D- (反相数据)白3D+(正相数据)绿4GND （地）黑表2-12. 2 RS-232C 总线2. 2.1 RS-232 串口 概述。234$678910Il1213IS一.一16.一17一18一19 2021222324一FG TXDRXD RTS CTS DSR SG CDDTRRIRS-232是一种串行通信总线标准，是数据终端设备 (DTE)和数据通信设备(DCE)之间的标准接口，它是1969 年由美国电子工业协会(EIA)和BELL等公司一起开发的通 信

7、协议。但是这个协议仅仅保证了硬件兼容而没有软件兼 容。当用它进行数据传输时，由于线路的损耗和噪声的干 扰方面的原因，传输的距离一般都不超过15米。如果在 传输终端之间加上Modem,数据可以在世界范围内传播 3 oRS-232具有以下几个优点：(1)应用广泛，可以做很多USB无法进行的工作。图2-2(2)传输距离长，可以达到12米。(3)对于双向连接，只需要3条导线，节约了成本。RS-232C接口通向外部的连接器是一种标准的“D”型保护壳的25针插头(见图 2-2) o 25个插脚定义了 22个(见表2-2)。这22个信道分为两个信道组：一个主信道 组(标有“*”)和一个辅信道组，大多数微机通

8、信系统仅使用主信道组的信号线。表2-2： DB-25插脚功能说明插脚号插脚功能*1保护地(FG)*2发送数据(TXD)*3接收数据(RXD)*4请求发送（RTS）*5允许发送（CTS）*6信号通讯设备（DCE）准备好（DSR）*7信号地（SG）*8数据载体检测（DCD）9（保留供数据通信设备测试）10（保留供数据通信设备测试）11未定义12（辅信道）数据载体检测（DCD）13（辅信道）清除发送（CTS）14（辅信道）发送数据（TXD）*15发送信号单元定时（DCE为源）16（辅信道）接收数据（RXD）*17接收信号单元定时（DCE为源）*18未定义19（辅信道）请求发送（RTS）*20数据终端

9、准备好（DTR）*21信号质量检测*22振铃指示（RI）*23数据信号速率选择（DTE/DCE为源）*24发送信号单元定时（DTE为源）25未定义但是在通信时，并非所有的主信道组的信号脚都要连接上。 在微机通信中，通常使用的RS-232接口信号只有9根引脚（如 图2-3）,连接上这9根引脚线，便可实现正常的串行通信。 这9根引脚的定义见表2-3表2-3： DB-9插脚功能说明引脚号符号方向功能1DCD输入数据载体检测2RXD输入接收数据3TXD输出发送数据4DTR输出数据终端准备好5SG信号地6DSR输入信号通信设备准备好7RTS输出请求发送8CTS输入清除发送9RI输入振铃指示2. 2. 2

10、 RS-232电气特性在TXD和RXD上：逻辑 1=-3V-15Vo逻辑 0=+3V+15V。在RTS、CTS DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通状态）=+3V+15V。信号无效（断开状态）=3V-15V。对于介于-3V+3V之间的电压出于模糊区，即可能会被视为逻辑0,也可能被视为 逻辑1,这会使通信时产生大量误码，所以这个范围的电压是不允许出现的。3. 2.3串口通信速率在串行通信中,用“波特率”来描述数据的传输速率.所谓波特率，即每秒钟传送 的二进制位数,其单位为“bps”.国际上规定了一个标准波特率系列：110bps、300bps、 600bps、1200bps 1800b

11、ps 2400bps、4800bps 9600bps 14. 4Kbps、19. 2Kbps 28. 8Kbps、33. 6Kbps 56Kbps等。大多数串行接口电路的接收波特率和发送波特率 可以分别设置,但接收方的接收波特率必须与发送方的发送波特率相同，这样正确的通信才能建立。2.2.4 RS-232串口通信基本接线方法串口之间通信时，若距离小于12米的时候，可以用电缆线直接连接标准RS-232 接口；若距离较远时，需要附加调制解调器。最为简单且常用的是三线制接法，即地 线，接收数据线和发送数据线。具体连接方法如表2-4所示。表2-4： RS-232串口通信基本接线方法9针-9针25-25

12、 针9-25 针2323223232335577573总体设计方案3.1通信总图上图是一个简单的以USB转RS232通信线连接计算机USB 口和外设的串口进行通 信的示意图，其中的USB to RS232数据转换模块和电平转换模块是本论文需要设计 的硬件部分，串口通信程序是本论文需要设计的软件部分。4. 2通信模块介绍计算机：计算机作为通信的主控制器，运行底层串口通信程序和顶层的应用程序 （棋盘控制程序等），通过其自身的USB接口传送数据和指令，控制通信的开始和结 束。USB to RS232数据转换模块：由台湾玖旺科技公司的PL2303专用转换芯片和一 些外围的电阻和电容构成。主要功能是进行

13、USB类型的数据和RS232类型的数据相 互转换和双向传输。电平转换模块：由MAX公司的MAX213CAI电平转换芯片和一些外围电容构成。 主要工作是将RS232电平和TTL/CM0S电平进行相互的转换，保证电气特性匹配。外围设备：是一些以串行端口作为通信接口的设备，比如像打印机、Modem和 传真机等。4硬件设计5. 1 PL2303芯片介绍PL2303是台湾旺玖科技公司推出的一款USB转RS232专用芯片。它完全兼容 USBLl规范；支持RS-232串行接口；具备自动握手功能；具有双向数据流缓冲器和 片上USB收发器；传输速率超过IMbPS4。其内部模块结构如图4-1所示。图4-1： PL

14、2303内部结构USB PortPL2303芯片有28个引脚，采用SSoP28封装，具有体积小，价格便宜，应用简 便等优点。其引脚功能描述如表4-1。表4-1： PL2303引脚功能引脚号名称类型描述1TXDO向串口输出数据2DTR_NO数据终端准备好3RTS_NO请求发送4VDD_232PRS-232电源5RXDI从串口榆入数据6RLNI振铃指示7GNDP地信号8VDDP电源信号9DSR_NI数据通信设备准备好10DCD_NI数据载体检测11CTS_NI允许发送12SHTD.N0关闭RS232收发器13EE_CLKI/O串行只读存储器时钟14EE_DATAI/O串行只读存储器数据信号15DPI/OUSB数据加信号16DMI/OUSB数据减信号17VDD_3V3O内部电压调节器3. 3伏电压输出18GND_3V3P3. 3伏电压地端19RESETI系统重启20VDD