基于PL2303的串口转USB口串行通信设计

引言

随着科学技术的快速发展，单片机的应用已经渗入到了生产、生活的方方面面，其应用范围越来越广泛，应用前景越来越好。基于单片机的开发应用在目前创新技术发展中一支独秀，非常受广大科技爱好者、在校大学生以及科技开发工作者的青睐。多功能、超强型的单片机在市场上也层出不穷，为单片机的开发应用提供了很好的基础。目前，在单片机的应用系统设计中，USB接口的使用越来越多，简化了单片机系统与外部系统进行信息交换的接口电路，提高了信息交换的可靠性及交换速度。目前市场上提供的各类型单片机品种中，有些型号的单片机在其内部集成有USB接口部件，但大部分的单片机不含有USB接口电路。对芯片内部不含有USB串行接口的单片机，进行USB接口设计时，要通过外围接口芯片来实现USB串行接口，这样的接口芯片，目前市场上已经有很多种了。本文仅就采用单片机本身的串口通过外围芯片PL2303来实现串口转USB接口进行介绍。

1 USB接口的实现

USB(Universal Serial Bus)是一种通用的串行总线技术，它是通过PCI总线和PC的内部系统数据线连接，实现数据的传送，具有即插即用功能，支持热插拔，两个通信设备之间线缆长度可达5 m。

USB接口线有4条，其中两条为电源线和地线(Vbus与GND)，另外两条是以差分形式传递信息的信号线(D+和D-)，从而实现主机系统与USB设备之间的数据通信。含有USB接口的主机与含有USB接口的设备之间通信数据流的示意图如图1所示。

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USB总线技术是基于分组交换方式的总线通信。它首先把数据分成若干块，然后在每块数据前添加上同步信号、包标识，后面再添加上CRC校验码，形成USB数据包。USB通信总线使用差分输出驱动器来控制数据信号在USB电缆上的传送，即通过控制D+和D-线从空闲状态到相反的逻辑电平，实现原端口的数据包发送，数据包发送完以后，信号线(D+)和(D-)上的输出驱动器均处于高阻状态。

2 单片机串口转USB接口的电路

无论哪一款的单片机，其芯片上都有串行通信引脚TXD和RXD，利用这两个引脚，通过某种接口芯片来实现串口转USB口的电路。本文采用Prolific公司推出的串口转USB接口的转换芯片PL2303来实现单片机的串口转USB接口的电路。接口电路的设计如图2所示。

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在图2中，PL2303的TXD引脚和RXD引脚分别与单片机的P3.0(RXD)引脚和P3.1(TXD)引脚相连，这样就完成了单片机的串口与USB口的转换。单片机从串口发送出去的数据信息通过PL2303芯片转换为USB数据流，再通过USB口的连接器传送给主机设备。可以看出PL2303与单片机的连接非常简单，只需两根信号线就可以。

3 单片机串口软件设计

串口转USB口串行通信方式采用异步半双工通信方式，即通信双方发送和接收信息是分时段交替进行的，双方不能同时进行收发操作。通信的数据格式为每帧10位，其中1位起始位，8位数据位，1位停止位。一帧数据的格式如图3所示。数据的发送是低位在先，高位在后。

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在串行通信中，收发双方对发送和接收数据的速率要有约定，即设定波特率。通过软件可以对单片机串口设置为4种工作方式，即方式0、方式1、方式2、方式3。其中方式0和方式2的波特率是固定不变的，方式1和方式3的波特率是可以调整的。波特率由单片机内部的定时器T1的溢出率来决定，用定时器T1作为串行通信波特率发生器时，典型的使用方法是使T1工作在自动重装的8位定时方式，即定时器的工作方式2，这时定时器T1的溢出率取决于TH1中的初值。而单片机的串行通信方式采用方式1，即数据发送是10位帧格式。串行通信方式1的波特率的计算如下：

方式1波特率=(2SMOD/32)x T1溢出率 (1)

T1溢出率=fOSC/[12×(256-TH1)] (2)

上式中，SMOD是单片机芯片内部的电源控制寄存器PCON中的D7位，可取值为0或1;fOSC是表示单片机外接的晶体振荡器的频率。

在实际应用中，数据传送的波特率最好选择标称值，又由于TH1的初值是整数，为了减小波特率计算误差，单片机外接的晶振频率尽量选用11.059 2 MHz，这样串行通信方式1的波特率与TH1的初值的对应关系基本上是一个确定值，如表1所列。

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根据表1，如果串行通信的波特率选用9 600，则装入单片机定时器1的TH1中的初值就是FDH，通过下面的程序完成初始化：

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4 PL2303的驱动

PL2303是Prolmc公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利连接的解决方案。该器件内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几个电容就可实现USB信号与RS232信号的转换，能够