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1、智能仪器第六章 智能仪器的通信接口技术学习提纲1 数据通信基础知识2 串行通信原理及接口设计3 并行通信原理及接口设计4 USB通信原理及接口设计5 其他通信接口技术 1 数据通信基础知识l用途l多智能仪器由通信接口组成自动测试系统l网络化测试技术的发展趋势l数据通信基础l通信系统组成 1 数据通信基础知识l信道的带宽和数据速率l带宽：任何信道所能传输的信号的频率都有限l数据速率：表征一个信道传输数字信号能力的指标，以每秒所能传送的二进制位为单位l调制技术l基带信号l调制：由基带信号改变载波信号的参数的过程l调制的方法：正弦波调制和脉冲调制l模拟调制和数字调制l多路复用技术l频分多路复用和时分
2、多路复用l差错控制技术l差错控制编码l检错码和纠错码l编码效率Rl奇偶校验码：检错码，编码效率高，只检1位差错l方块校验：行和列校验确定出错位置，进而纠错l循环冗余校验：检错能力强，易实现，应用广泛l差错控制方法l自动请求重发ARQl前向纠错FEC 1 数据通信基础知识 1 数据通信基础知识l通信方式l异步通信方式l1帧信息以起始位和停止位来同步l起始位与停止位之间是数据位和奇偶校验位lLSB在先，两帧信息之间可用停止位任意延长l接收原理：起始位开始计数，计数到1个数据位宽度一半时采样电平，确认各位，移位成1字节信息 1 数据通信基础知识l同步通信方式l信息帧：同步字符和数据块l同步字符：1或
3、2个特殊的8位二进制码l数据块：原则上不限字节数，互相之间无空隙l带同步时钟，收发双方绝对同步，硬件较异步复杂 2 串行通信原理及接口设计l串行通信的基本概念l逐位进行数据传输的通信方式l串并转换l波特率l衡量数据传输速率的指标，每秒传输的二进制位数l单工、半双工与全双工l串行通信方式l异步l同步 2 串行通信原理及接口设计lRS-232标准l通信距离不大于15m，波特率不高于20kbpsl总线描述l定义DCE与DTE之间串行数据传输的接口信息l输出电平和检测电平：负逻辑l接口标准：DB25和DB9 2 串行通信原理及接口设计l数据线lTXD和RXDl控制线lRTS：请求发送 CTS：允许发送
4、 DCD：数据载波检测lDSR：DCE准备好 DTR：DTE准备好 RI：振铃指示 2 串行通信原理及接口设计lRS-232常用系统连接 2 串行通信原理及接口设计l电平转换lMAX232 2 串行通信原理及接口设计lRS485标准l电气接口标准，只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，没规定接插件传输电缆和通信协议l基于单对平衡线的多点、双向、半双工通信链路l特点l共模电压范围：7V+12Vl最大输入电流： 0.8mA 1mAl最大总线负载：32个l最大传输速率：10Mbit/sl最大电缆长度：100m 2 串行通信原理及接口设计lMAX485 2 串行通信原理及接口设计l串行通信实例l要求l甲
5、机以78H、77H的内容为首地址，以76H、75H的内容为末地址，将外部数据存储器该段地址的存储值，通过串口发送给乙机，乙机将收到的数据存入甲机指定的存储单元。l分析l两机通信必须规定相同的数据传输格式和波特率，对同一型号单片机而言，设定相同的工作方式即可l由于乙机存放数据的地址是由甲机规定的，所以在发送正式数据前，需要先发送存放数据的地址 2 串行通信原理及接口设计l甲机发送程序TANSF: MOV SP, #60H MOV TMOD, #20H ;设置T1工作在方式2 MOV TL1，#0F3H MOV TH1, #0F3H SETB TR1 ;启动定时器 CLR TI ;清中断标志位 M
6、OV SCON, #50H ;串行口初始化 MOV PCON, #80H ;SMOD位置1 2 串行通信原理及接口设计 MOV SBUF, 78HWAIT1: JNB TI, WAIT1 ;等待发完 CLR TI MOV SBUF, 77HWAIT2: JNB TI, WAIT2 ;等待发完 CLR TI MOV SBUF, 76HWAIT3: JNB TI, WAIT3 ;等待发完 CLR TI MOV SBUF, 75H SETB ES ;允许串口中断 . SJMP $ ;等待 2 串行通信原理及接口设计SINT: PUSH DPL ;保护现场 PUSH DPH PUSH A MOV DP
7、H, 78H ;取数并发走 MOV DPL, 77H MOVX A, DPTR CLR TI MOV SBUF, A MOV A, DPH ;判断是否所有数据发完 CJNZ A, 76H, END1 MOV A, DPL CJNZ A, 75H, END1 2 串行通信原理及接口设计 CLR ES ;关闭中断 CLR ET1 CLR TR1ESCON: POP A ; 恢复现场 POP DPH POP DPL RETIEND1： INC 77H ;低地址加1 MOV A, 77H JNZ 02H ;若低地址溢出，高加1 INC 78H SJMP ESON 3 并行通信原理及接口设计lCentr
8、onics标准并行接口lGP-IB接口 4 USB通信原理及接口设计lUSB接口适于主机与各式各样“即插即用”外设之间的数据传输l传输速率高达上百Mb/s，多个设备可同时操作，共享带宽l特点*程福德l即插即用：非常方便l热插拔特性：不需要重新开机就可安装硬件l最多连接127个设备：7位寻址l传输速率高：USB1.1规范和USB2.0规范 4 USB通信原理及接口设计lUSB基本架构*程福德lUSB主机控制器/根集线器l主控制器：USB控制核心l根集线器：提供USB端口给USB集线器或USB设备lUSB集线器l根集线器的功能延伸，提供更多的USB端口lUSB设备l全速设备：12Mbps，面向U盘
9、、移动硬盘等设备l低速设备：1.5Mbps，面向键盘、鼠标等设备l高速设备：总480Mbps，USB2.0规范，设备同全速 4 USB通信原理及接口设计l架构框图 4 USB通信原理及接口设计lUSB电气特性*程福德l接口组成lD+和Dl主机根集线器或集线器内， D+和D由15k电阻上拉l设备的D+或D由1.5k电阻上拉至3.3V（全速/低速）l主机每隔一段时间查询根集线器，检查D+和D电位 4 USB通信原理及接口设计l根据供电方式将USB设备分类l总线供电集线器：由上游端口供电，但最多只能消耗500mA电流。l自我供电集线器：拥有自己的电源，供给自身及所有下游设备，每个下游设备可供给500
10、mA电流，而集线器自身最多可从上游端口消耗100mA。l低功耗总线供电设备：由上游端口供电，每个设备最多消耗100mA电流。l高功率总线供电设备：由上游端口供电，每个设备最多消耗100mA电流，配置后最多可消耗500mA。l自我供电设备：设备可从上游端口消耗100mA电流。 4 USB通信原理及接口设计lUSB通信原理l设备端点l设备硬件上具有一定大小的数据缓冲区，主机通过端点与设备进行通信。l主机与端点的通信是经过“管线”来完成的，一旦管线建立好，每个端点就会传回描述此设备的相关信息（描述符）给主机。l信息包括：群组特性、传输类别、最大封包、带宽。l端点只能单向传输数据，控制端点是双向传输数
11、据，控制端点事实上是由共享一个端点号码的IN和OUT端点组成的。 4 USB通信原理及接口设计l设备列举l即插即用：可随时插拔，立即工作，重新连接后不需要重新安装驱动程序。l第一次连接到USB总线时，主机做出列举检测的动作。l列举的实质：通过一连串的介于主机和设备之间的控制传输来辨识与设置一个刚连上的USB设备程序，操作系统辨识一个新设备并决定其特定需求，然后加载适当的驱动程序，并分配其一个新的地址。lUSB描述符l设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、类描述符、报告描述符、字符串描述符 4 USB通信原理及接口设计l设备列举过程l设备插入PC主机的根集线器或USB集线器的端口l集线
12、器不断轮询端口状态，检测到电位变化就通知主机l主机以预设的地址0响应这个新设备，取回设备描述符，以确认此设备是何种驱动程序l主机配置一个单独的地址给该设备l主机取回配置描述符，根据可使用的电源与带宽，给予设备配置的方式 4 USB通信原理及接口设计lUSB设备的接口设计l设计方法l采用专门的USB接口器件l选用内部集成USB接口的单片机l专用接口芯片FT245Rl兼容USB1.1和USB2.0协议l单芯片USB转并行接口，控制简单l高传输速率，可达1MB/sl内置FIFO：256B的接收缓冲器和128B的发送缓冲器l内置EEPROM，l3.3V5.25V供电范围，内置3.3VD的LDOl兼容5
13、V1.8V的电平逻辑 4 USB通信原理及接口设计lFT245R内部组成 4 USB通信原理及接口设计lFT245R引脚 4 USB通信原理及接口设计l读写时序l硬件设计 4 USB通信原理及接口设计l软件设计 ;读数据 RJUG: JB P1.0，RJUG CLR P1.2 MOV A, P0 SETB P1.2 4 USB通信原理及接口设计l软件设计 ;写数据 WJUG: JB P1.1，WJUG SETB P1.3 MOV P0，A CLR P1.3 4 USB通信原理及接口设计 5 其他通信接口技术l以太网接口技术l智能仪器通过以太网接口挂接到网络上，构成网络仪器l概述l采用总线型网络
14、拓扑结构l传输介质：铜缆、双绞线、光缆l信号制式：基带信号，曼彻斯特编码lTCP/IP协议lTCP：传输控制协议 IP：互联网协议l5层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层l以太网控制器CS8900A 5 其他通信接口技术l现场总线CAN接口技术l控制局域网总线，德国Bosch提出，汽车应用l特点l采用多主竞争式总线结构l采用不同优先级l点对点、点对多点、点对网络l最远距离10km，节点数量110个l数据采用短帧结构，每帧有效数据8字节l多种传输介质：双绞线、光纤l突出的可靠性、实时性、灵活性 5 其他通信接口技术lCAN总线控制器SJA1000l接口管理逻辑：解释CPU的命令，向CPU提供信息l发送缓冲器：CPU与位流处理器的桥梁l接收缓冲器：CPU与验收滤波器的桥梁l验收滤波器：验收收到的报文标识码，确定是否接收l位流处理器：控制发送和接收逻辑（检/纠错、仲裁）lCAN总线驱动器PCA82C250l驱动输出，含限流电路防止输出与电源、地短路l硬件设计 5 其他通信接口技术l软件流程设计 5 其他通信接口技术
