基于单片机的多串口通信转换器的研究

张显磊 彭永耀

【摘要】 本设计以C8051F320单片机为主控，集成USB、RS-232和RS-485多重数据传输功能于一体，最终实现将USB口数据转换成RS-232数据以及RS-485数据，同时RS232数据与RS485数据之间也可以实现相互转换，可以任意选择它們之间的数据转换方式。

【关键字】 串口 USB 数据转换

随着现代科技的飞速发展，笔记本、平板电脑迅速风靡，但传统的串行数据口却在新一代的电子产品中逐渐被淘汰，在企业、学校和其他从事电气技术工作或学习的地方，总是需要使用RS232、RS485接口，如工业控制仪器、PLC、变频器等，然而现在无论是笔记本电脑还是平板电脑，甚至台式电脑都很难找到RS232和RS485的串口，几乎都是USB的接口，所以给我们造成很多不便，严重影响了应用程序的开发和使用。由此可见，单片机多串口转换器的研究显得极其重要。

本设计通过使用C8051F320单片机为核心主控，将RS-485、USB以及RS-232集成于一起，最终在RS-232数据、RS-485数据还有USB口数据之间实现相互转换。

一、系统硬件设计

本设计是一个具有USB、RS232与RS485串口之间可以相互转换的转换器。由单片机核心控制模块、单片机复位模块、电源模块、稳压模块、RS232模块、RS485模块、USB模块、C2接口模块八部分组成。其硬件连接如图1所示。

图1系统设计框图

1.1 C8051F320单片机模块

C8051F320单片机内部有一个可编程的时钟振荡器，它可以提供2、4、8和16 MHz时钟的编程设定，无需外部插件，而且在程序运行时，可实现内外时钟的动态切换。单片机内部有调试电路，它可以进行全速和非侵入式的在系统调试，而且不需要仿真器；存储器和寄存器支持单步和断点，而且还可以进行对其观察和修改。指令的结构呈流水线型；大部分的指令需要一个或两个时钟周期执行就能执行完。当微控制器的时钟频率为25MHZ时，最高可以达到25MIPS。

1.2 RS232模块

一直以来，RS-232在计算机与外设或终端的近距离通信传输中应用最为普遍，属于串行数据通信的标准接口。

1.3 RS485模块

为确保高效传输速率，进一步提高传输距离，更远、传输是EIA在RS232的基础上，设计提出RS485接口，为了实现更远距离及更快速度的直接连接，制定的更高性能的接口标准。

1.4 USB模块

USB（Universal Serial Bus）是现今电子数码产品最常用的数据接口技术，在本设计中单片机（C8051F320）自身具备全速和低速的USB功能控制器功能（USB0），可直接控制USB外设，无需要外部元件。

二、系统软件的设计

2.1系统工作流程

系统提供了USB、 RS232与RS485可以互相转换的功能。这个转换器是基于TTL电平层面的，系统中的USB、RS232、RS485之间的数据通过TTL电平的桥梁进行传输。

2.2 USB0的端点地址

共有8个端点管道。端点0一直是作为双向IN/OUT，端点0是控制端点。其他端点被当做是三对IN/OUT端点管道。

2.3 USB收发器以及寄存器的访问

USB收发器的配置是通过USB0（收发器控制寄存器）来实现的。配置内容包括收发器使能/禁止、内部上拉电阻使能/禁止及器件速度选择（全速或低速）。在SPEED为“1”时，USB0工作状态为全速模式；当位SPEED为“0”时，USB0工作状态为低速模式。USB0中间接地址寄存器中的BUSY位则是USB0寄存器读忙的标志，可以通过软件对该位进行拉高拉动来实现启动对USB0寄存器进行读的操作，目标USB0寄存器的地址则由USB0ADR位（5—0）给出。USB0DAT用于间接写、读USB0寄存器。

2.4 USB中断

主程序开始初始化所有的子程序，然后进入一个无限循环的状态，这个过程是不停的从检测USB状态所获得的信息包来更新输出数据包。中断寄存器的读取和复位的程序及串口的数据传送给USB接口的程序。通过开关切换来实现两种串口与USB的通信。

参 考 文 献

[1] 萧世文，宋延清. USB2.0硬件设计[M].北京： 清华大学出版社，2006：39～54.

[2] Jobn Catsoulis.Designing Embedded hardware[M].OReilly Media，Inc. ，2005：203～211.