基于单片机的串行通信模块设计开题报告

1. 研究目的与意义

通信是指不同的独立系统利用线路互相交换数据，它的主要目的是将数据从一端传送到另一端，实现数据的交换。在现代工业控制中，通常采用计算机作为上位机与下层的实时控制与监测设备进行通讯。现场数据必须通过一个数据收集器传给上位机，同样上位机向现场设备发命令也必须通过数据收集器。串行通信因其结构简单、执行速度快、抗干扰能力强等优点，已被广泛应用于数据采集和控制等领域。

随着计算机技术尤其是单片微型机技术的发展，人们越来越多地采用单片机来对一些工业控制系统中温度、流量和压力等参数进行监测和控制。PC机具有强大的监控和管理能力，而单片机则具有快速及灵活的控制特点，通过PC机的RS-232串行接口与外部设备进行通信，是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。而随着USB接口技术的成熟和使用的普及，由于USB接口有着RS-232(DB-9)串口无法比拟的优点，RS-232(DB-9)串口正在逐步地为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RS-232(DB-9)串口与PC机联络的单片机设备的使用范围。当前USB接口逐步取代RS-232(DB-9)串口已是大势所趋，单片机同计算机的USB通信在实际工作中的应用范围也将越来越广。本文所介绍的单片机和PC机的USB通信方法，电路简单，兼容性好，可移植性强，可作为单片机同计算机的USB通信模块广泛应用于工业和电子产品的开发中。因此研究如何实现PC机与单片机通过USB之间的通信具有非常重要的现实意义。

2. 课题关键问题和重难点

目前，单片机同PC机的通信在大多数情况下仍然是使用RS-232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串口无法比拟的优点，RS-232串口正在逐步的被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串口已不再设置,这就约束了RS-232串口与PC机联络的单片机设备的使用范围。

而对单片机的串口通信模块进行选择，择取相对功能完善，性能稳定的单片机。再对单片机的实践应用中，如何完成相应的功能进行实践，对相应的波特率等参数进行合理调试。

3. 国内外研究现状（文献综述）

由于计算机工业自动控制和检测系统越来越多地采用集总分散系统，而主从式是其中最为普遍的一种方式，因此各种各样主从式总线通信系统的方法不断涌现。 ^{ref _ref105 \r \h \* mergeformat [3]}目前比较常用的有利用spi总线传输协议和usb协议以及串口通信等设计的主从式总线通信系统。

如果需要远距离传输数据，且对数据传送的抗干扰能力要求高，则可以使用rs-422或者rs-485协议进行主从式通信系统的设计。另外，usb协议则是一种比较快速、灵活的总线传输方法，此通信系统通常只有一个主机，利用此方法设计的通信息有如下特点: (1）适用范围广泛，适用于数码相机，高速数据采集等多种设备(2）支持热拔插，且此过程由系统自动完成，无需用户干预(3）采用菊花链式的星型总线结构，支持多达127个外设同时连接(4)5mbps、12mbps和 48ombps 的3种速度模式，可以满足不同外设对速度的要求。 ^{ref _ref105 \r \h \* mergeformat [1]}uisb 发展到今天，有三种标准：1996年发布的usb1.0，1998年发布的lsb1.1以及刚刚发布的最新标准usb2.0，此三种标准最大的差别就在于数据传输率方面，在其他方面也不同程度的改进，总体来说，就目前的usb2.0而言，已经拥有什么出众的性能与传输速率。 ^{ref _ref105 \r \h \* mergeformat [1]}lsb数据线由两对线组成，一对电力线，通过电力线可以为usb设备提供5v电压，允许通过最大电流为500ma，这个数字不算很大，但好在聊胜于无，可以满足一些耗电量较少的设备的需求，通过特殊的usb互联设备，我们还可以用usb实现双机联网，速度是 usb1.1的标准达12mbps (1.5mb/s)，可惜仅能进行简单的数据交换，不能称作真正的网络。 ^{ref _ref105 \r \h \* mergeformat [5]}

串行通信端口在系统控制的范畴中一直占据着很重要的地位，它不仅没有因为时代的进步而遭淘汰，反而在规格上越来越完善，应用也越来越广泛。作为一种基本而又灵活方便的通信方式，串口通信被广泛应用于pc与pc或者pc与单片机之间的数据交换以及其他工业控制与自动控制中。 ^{ref _ref105 \r \h \* mergeformat [7]}

4. 研究方案

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。在工程应用中，由一台pc机和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。日前计算机提供的串口有rs-232，rj45，usb2.0等。

本课题采用rs-232进行通信。串口电路采用max3232芯片或者max232，之前完成工作通讯接口电路多为max232，可是越来越多的3.3v以及更低电压的单片机系统出现，max232已经不能很好地完成这项工作。max2323是max232的增强品种。能够替代max232完成5v系统与rs232高电压接口的匹配，同时能够实现3v低压与rs232接口的连接。

5. 工作计划

第一阶段：选题（2022年11月15日—2022年12月4日）。与毕设指导老师进行沟通，对论文题目筛选，完成对课题的选择与确认。

第二阶段：书写开题报告（2022年12月5日—2023年2月3日）。寻找与该课题有关的资料进行整理、分析，总结出系统的设计方案，开始撰写开题报告。

第三阶段：初稿（2023年2月4日—2023年3月1日）。对开题报告进行撰写完成对通信模块设计与软件设计。再由指导老师的评测进行修改与完善，对串行通信设计模块进行调试并对其进行完善与改善，达到预期目标。根据指导老师的审核完成初稿。