第5章系統(tǒng)與通信

1、第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 第第5 5章章 多微處理器系統(tǒng)與通信總線多微處理器系統(tǒng)與通信總線5.1 5.1 概概 述述5.2 5.2 多單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與通信多單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與通信5.3 5.3 智能儀表的對(duì)外通信與標(biāo)準(zhǔn)總線智能儀表的對(duì)外通信與標(biāo)準(zhǔn)總線5.4 5.4 現(xiàn)場(chǎng)總線與智能儀表現(xiàn)場(chǎng)總線與智能儀表5.5 TCP/IP5.5 TCP/IP協(xié)議與智能儀表上網(wǎng)協(xié)議與智能儀表上網(wǎng)5.6 5.6 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸儀表無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸儀表 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 5.l5.l 概概 述述 隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，微處理器功能不斷增強(qiáng)，價(jià)隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，微處理器功能不

2、斷增強(qiáng)，價(jià)格大幅下降，產(chǎn)生多微處理器結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表。格大幅下降，產(chǎn)生多微處理器結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表。 集散測(cè)控系統(tǒng)集散測(cè)控系統(tǒng)-多個(gè)微機(jī)按多個(gè)微機(jī)按分級(jí)結(jié)構(gòu)組成分級(jí)結(jié)構(gòu)組成，最下級(jí)是進(jìn)行測(cè)，最下級(jí)是進(jìn)行測(cè)量、轉(zhuǎn)換和控制的儀表，它只與控制站聯(lián)系彼此不通信?？刂普玖?、轉(zhuǎn)換和控制的儀表，它只與控制站聯(lián)系彼此不通信。控制站控制若干回路，與其他控制站通信聯(lián)絡(luò)。系統(tǒng)將控制功能分散，控制若干回路，與其他控制站通信聯(lián)絡(luò)。系統(tǒng)將控制功能分散，將操作、監(jiān)視功能相對(duì)集中的系統(tǒng)。將操作、監(jiān)視功能相對(duì)集中的系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-在在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，計(jì)算機(jī)互聯(lián)起來(lái)互相傳下，計(jì)算機(jī)互聯(lián)起來(lái)

3、互相傳遞信息，在一個(gè)區(qū)域乃至全球?qū)崿F(xiàn)資源共享；同時(shí)各計(jì)算機(jī)相互遞信息，在一個(gè)區(qū)域乃至全球?qū)崿F(xiàn)資源共享；同時(shí)各計(jì)算機(jī)相互獨(dú)立自主地進(jìn)行工作。獨(dú)立自主地進(jìn)行工作。 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線(Field bus)-構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制室、控制系統(tǒng)之構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制室、控制系統(tǒng)之間的全分散、全數(shù)字化、智能雙向、多變量、多點(diǎn)、互聯(lián)的通信間的全分散、全數(shù)字化、智能雙向、多變量、多點(diǎn)、互聯(lián)的通信系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)具有綜合功能的系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)具有綜合功能的智能儀表智能儀表。通信網(wǎng)絡(luò)與控制系。通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成，不同于集散系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。統(tǒng)的集成，不同于集散系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信

4、 多微處理器智能儀表多微處理器智能儀表優(yōu)越性優(yōu)越性： 較高工作速度較高工作速度-多微處理器系統(tǒng)并行進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、多微處理器系統(tǒng)并行進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、加工處理、測(cè)量、計(jì)算、控制外設(shè)等工作。單加工處理、測(cè)量、計(jì)算、控制外設(shè)等工作。單CPU只能分只能分時(shí)工作，無(wú)法滿足快速實(shí)時(shí)測(cè)量、實(shí)時(shí)處理和有較強(qiáng)并行時(shí)工作，無(wú)法滿足快速實(shí)時(shí)測(cè)量、實(shí)時(shí)處理和有較強(qiáng)并行性、同行性的任務(wù)。性、同行性的任務(wù)。 便于設(shè)計(jì)和擴(kuò)展便于設(shè)計(jì)和擴(kuò)展-任務(wù)功能分散，系統(tǒng)采用具有獨(dú)立任務(wù)功能分散，系統(tǒng)采用具有獨(dú)立功能模塊化結(jié)構(gòu)，增減模塊很容易重構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)。使硬件、功能模塊化結(jié)構(gòu)，增減模塊很容易重構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)。使硬件、軟件的設(shè)計(jì)、調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單、

5、獨(dú)立，具有良好的適應(yīng)性和軟件的設(shè)計(jì)、調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單、獨(dú)立，具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。擴(kuò)展性。 較高的可靠性較高的可靠性-任務(wù)分散故障也分散，局部失效造成任務(wù)分散故障也分散，局部失效造成的損失減少，維護(hù)容易，可靠性高。的損失減少，維護(hù)容易，可靠性高。 性價(jià)比高性價(jià)比高-微處理器價(jià)格不斷下降。與選用復(fù)雜的高微處理器價(jià)格不斷下降。與選用復(fù)雜的高速外圍電路芯片比較，系統(tǒng)性能價(jià)格比高。速外圍電路芯片比較，系統(tǒng)性能價(jià)格比高。 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 5.2 5.2 多處理器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與通信多處理器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與通信 多微處理器系統(tǒng)多微處理器系統(tǒng)-多微處理器互聯(lián)通信，交換數(shù)多微處理器互聯(lián)通信，交換

6、數(shù)據(jù)，分工協(xié)作完成總體任務(wù)的系統(tǒng)。據(jù)，分工協(xié)作完成總體任務(wù)的系統(tǒng)。一、單片機(jī)串行口直接連接式一、單片機(jī)串行口直接連接式 兩個(gè)單片機(jī)按圖示連接，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單片機(jī)按圖示連接，可實(shí)現(xiàn)TTL電平的單極電平的單極性不歸零碼的串行通信。通信協(xié)議可參考儀表之間的性不歸零碼的串行通信。通信協(xié)議可參考儀表之間的通信協(xié)議編制，或按設(shè)計(jì)者的意圖自行編制。通信協(xié)議編制，或按設(shè)計(jì)者的意圖自行編制。 實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單片機(jī)間實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單片機(jī)間 一對(duì)一的通信。用種方法一對(duì)一的通信。用種方法 構(gòu)成多單片機(jī)系統(tǒng)則要給構(gòu)成多單片機(jī)系統(tǒng)則要給 每個(gè)單片機(jī)擴(kuò)展串口。每個(gè)單片機(jī)擴(kuò)展串口。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 三、三、 I2CI2

7、C總線連接與通信式總線連接與通信式 I2CI2C （Inter Integrate Circuit BUS）是）是芯片間總芯片間總線線和軟件協(xié)議，是和軟件協(xié)議，是兩線制兩線制采用采用主從方式主從方式實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)全雙工同全雙工同步步數(shù)據(jù)傳送，所有從器件必須具有數(shù)據(jù)傳送，所有從器件必須具有I2CI2C接口接口 。 SCL時(shí)鐘線、時(shí)鐘線、SDA數(shù)據(jù)線，主器件尋址從器件。數(shù)據(jù)線，主器件尋址從器件。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 三、三、 SPISPI總線連接與通信式總線連接與通信式 SPI（Serial Peripheral Interface）是一種）是一種串

8、行外設(shè)串行外設(shè)接口總線接口總線和軟件協(xié)議。這種通信中，所有從設(shè)備都必須和軟件協(xié)議。這種通信中，所有從設(shè)備都必須有有SPI總線接口，一個(gè)總線接口，一個(gè)CPU扮演主機(jī)的角色，其它扮演外扮演主機(jī)的角色，其它扮演外設(shè)的角色。最高傳輸速率達(dá)設(shè)的角色。最高傳輸速率達(dá)1.05Mb/s。 SPl使用使用4條線：串行時(shí)鐘條線：串行時(shí)鐘SCK，主機(jī)輸入，主機(jī)輸入/從機(jī)輸出從機(jī)輸出線線MISO，主機(jī)輸出，主機(jī)輸出/從機(jī)輸入線從機(jī)輸入線MOSI，從機(jī)選擇線，從機(jī)選擇線CS。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 如下圖所示，以如下圖所示，以SPl口線的恰當(dāng)連接，并通過(guò)口線的恰當(dāng)連接，并通過(guò)SPI協(xié)議進(jìn)行一對(duì)一的通信。在

9、這種通信中，一個(gè)單片機(jī)協(xié)議進(jìn)行一對(duì)一的通信。在這種通信中，一個(gè)單片機(jī)扮演主機(jī)的角色，一個(gè)扮演外設(shè)的角色。扮演主機(jī)的角色，一個(gè)扮演外設(shè)的角色。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 三、多端口存儲(chǔ)器連接式三、多端口存儲(chǔ)器連接式 多端口存儲(chǔ)器連接式多端口存儲(chǔ)器連接式-各單片機(jī)通過(guò)多端口存各單片機(jī)通過(guò)多端口存儲(chǔ)器連接進(jìn)行通信。解決多端口訪問(wèn)沖突是采用周期安儲(chǔ)器連接進(jìn)行通信。解決多端口訪問(wèn)沖突是采用周期安排方式訪問(wèn)。排方式訪問(wèn)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：訪問(wèn)快、吞吐量大、可靠性高。訪問(wèn)快、吞吐量大、可靠性高。 注意：注意：?jiǎn)纹瑱C(jī)達(dá)單片機(jī)達(dá)3個(gè)個(gè)以上時(shí)存儲(chǔ)器端口有困難。以上時(shí)存儲(chǔ)器端口有困難。多端口共享存儲(chǔ)器與共享多

10、端口共享存儲(chǔ)器與共享總線式的共享存儲(chǔ)器是有總線式的共享存儲(chǔ)器是有區(qū)別的。區(qū)別的。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 例：例：兩個(gè)單片機(jī)通過(guò)雙端口兩個(gè)單片機(jī)通過(guò)雙端口RAM 互聯(lián)通信?；ヂ?lián)通信。7132是是8KB8、速度、速度100ns的靜態(tài)的靜態(tài)RAM。圖中一個(gè)為采集。圖中一個(gè)為采集單片機(jī)；另一個(gè)單片機(jī)為數(shù)據(jù)單片機(jī)。單片機(jī)；另一個(gè)單片機(jī)為數(shù)據(jù)單片機(jī)。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 四、共享總線式四、共享總線式 共享總線式結(jié)構(gòu)共享總線式結(jié)構(gòu)：并行式結(jié)構(gòu)，各單片機(jī)完全沒(méi)：并行式結(jié)構(gòu)，各單片機(jī)完全沒(méi)有固定的主從關(guān)系，各單片機(jī)在定義之前是完全平等有固定的主從關(guān)系，各單片機(jī)在定義之前是完全平等的

11、關(guān)系，把的關(guān)系，把各單片機(jī)、公共存儲(chǔ)器和外部設(shè)備通過(guò)公各單片機(jī)、公共存儲(chǔ)器和外部設(shè)備通過(guò)公用總線連接起來(lái)。用總線連接起來(lái)。 又分為單共享總線式和多共享總線式。又分為單共享總線式和多共享總線式。 每一總線都有控制線、數(shù)據(jù)線和地址線，單片每一總線都有控制線、數(shù)據(jù)線和地址線，單片機(jī)和設(shè)備都掛在共享總線上，并按一定的規(guī)則對(duì)總機(jī)和設(shè)備都掛在共享總線上，并按一定的規(guī)則對(duì)總線進(jìn)行訪問(wèn)從而達(dá)到各單片機(jī)和設(shè)備間變換信息。線進(jìn)行訪問(wèn)從而達(dá)到各單片機(jī)和設(shè)備間變換信息。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 共享總線式系共享總線式系統(tǒng)進(jìn)行通信的中間統(tǒng)進(jìn)行通信的中間環(huán)節(jié)是環(huán)節(jié)是共享存儲(chǔ)器共享存儲(chǔ)器，系統(tǒng)的性能主要取系統(tǒng)的

12、性能主要取決于總線的決于總線的“帶帶寬寬”、系統(tǒng)設(shè)備的、系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)目和訪問(wèn)控制規(guī)數(shù)目和訪問(wèn)控制規(guī)則等因索。則等因索。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備的掛接或單，設(shè)備的掛接或摘除方便，成本較摘除方便，成本較低。低。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 共享總線多單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)例共享總線多單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)例-三單片機(jī)流量計(jì)三單片機(jī)流量計(jì)第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 五、并口連接式五、并口連接式 多單片機(jī)并口連接通信如圖示。單片機(jī)通過(guò)多單片機(jī)并口連接通信如圖示。單片機(jī)通過(guò)8255A(I)進(jìn)行并行通信。進(jìn)行并行通信。8255A()PC口的五條控制線完成雙向并口的五條控制線完成雙向并行通信的控制邏

13、輯。行通信的控制邏輯。 接口用接口用8255A構(gòu)成，與兩單片構(gòu)成，與兩單片機(jī)直接連接，用機(jī)直接連接，用編程方法選擇邏編程方法選擇邏輯功能；單片機(jī)輯功能；單片機(jī)1用中斷方式控制用中斷方式控制通信，單片機(jī)通信，單片機(jī)2用用查詢狀態(tài)方式控查詢狀態(tài)方式控制通信，軟件設(shè)制通信，軟件設(shè)計(jì)相互獨(dú)立，互計(jì)相互獨(dú)立，互不干擾。不干擾。 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 六、六、 多單片機(jī)系統(tǒng)的通信多單片機(jī)系統(tǒng)的通信 通信方式取決于連接結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)選不同通信方式。通信方式取決于連接結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)選不同通信方式。 共享總線的系統(tǒng)利用公共總線將各單片機(jī)連接起來(lái)，通共享總線的系統(tǒng)利用公共總線將各單片機(jī)連接起來(lái)，通

14、信是通過(guò)公共總線的控制管理實(shí)現(xiàn)。信是通過(guò)公共總線的控制管理實(shí)現(xiàn)。 1 1、共享總線式管理總線使用權(quán)的主要方法、共享總線式管理總線使用權(quán)的主要方法 同步式同步式-用總線控制器管理總線的使用和交換的方式。用總線控制器管理總線的使用和交換的方式。 異步式異步式-用總線控制器管理由各單片機(jī)送到總線上的信用總線控制器管理由各單片機(jī)送到總線上的信息，并按優(yōu)先的原則處理沖突。息，并按優(yōu)先的原則處理沖突。 自控式自控式-各單片機(jī)器都能檢測(cè)總線是否可用，如總線空各單片機(jī)器都能檢測(cè)總線是否可用，如總線空閑便可使用，即各單片機(jī)都有總線控制裝置。閑便可使用，即各單片機(jī)都有總線控制裝置。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與

15、通信 解決問(wèn)題：解決問(wèn)題：a任一單片機(jī)提出通信要求時(shí)，總線控任一單片機(jī)提出通信要求時(shí)，總線控制器盡可能為該單片機(jī)提供通信線路。制器盡可能為該單片機(jī)提供通信線路。b幾個(gè)單片機(jī)同時(shí)幾個(gè)單片機(jī)同時(shí)提出通信要求，則總線控制器應(yīng)將總線使用權(quán)交給優(yōu)先級(jí)提出通信要求，則總線控制器應(yīng)將總線使用權(quán)交給優(yōu)先級(jí)最高的單片機(jī)。最高的單片機(jī)。c兩個(gè)單片機(jī)正在進(jìn)行通信時(shí)，總線控制兩個(gè)單片機(jī)正在進(jìn)行通信時(shí)，總線控制器應(yīng)禁止其他單片機(jī)使用總線，并讓通信請(qǐng)求的單片機(jī)排器應(yīng)禁止其他單片機(jī)使用總線，并讓通信請(qǐng)求的單片機(jī)排隊(duì)，直到通信完成再去處理。隊(duì)，直到通信完成再去處理。 2 2、利用公共存儲(chǔ)器進(jìn)行通信、利用公共存儲(chǔ)器進(jìn)行通信 多

16、端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)依靠多端口存儲(chǔ)器進(jìn)行通信聯(lián)多端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)依靠多端口存儲(chǔ)器進(jìn)行通信聯(lián)系，各單片機(jī)可同時(shí)訪問(wèn)，沖突由多端口存儲(chǔ)器邏輯電路系，各單片機(jī)可同時(shí)訪問(wèn)，沖突由多端口存儲(chǔ)器邏輯電路解決。在解決。在公共存儲(chǔ)器中開(kāi)辟一部分公共內(nèi)存區(qū)域作為各單公共存儲(chǔ)器中開(kāi)辟一部分公共內(nèi)存區(qū)域作為各單片機(jī)間信息交換的集散處片機(jī)間信息交換的集散處(中轉(zhuǎn)區(qū)中轉(zhuǎn)區(qū))，存放各單片機(jī)向其他，存放各單片機(jī)向其他單片機(jī)發(fā)送的信息，以實(shí)現(xiàn)各單片機(jī)之間的通信。這一部單片機(jī)發(fā)送的信息，以實(shí)現(xiàn)各單片機(jī)之間的通信。這一部分內(nèi)存區(qū)稱共享存儲(chǔ)器。分內(nèi)存區(qū)稱共享存儲(chǔ)器。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 6.3 6.3 智能儀表的對(duì)

17、外通信與標(biāo)準(zhǔn)總線智能儀表的對(duì)外通信與標(biāo)準(zhǔn)總線 對(duì)外通信：對(duì)外通信：智能儀表與控制站、操作站、外設(shè)之間智能儀表與控制站、操作站、外設(shè)之間的通信。屬于設(shè)備與設(shè)備之間的通信，必須使用標(biāo)準(zhǔn)接口的通信。屬于設(shè)備與設(shè)備之間的通信，必須使用標(biāo)準(zhǔn)接口總線，并盡可能開(kāi)放通信協(xié)議?？偩€，并盡可能開(kāi)放通信協(xié)議。 一、數(shù)據(jù)通信與接口總線一、數(shù)據(jù)通信與接口總線 1 1、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)通信須具備傳輸?shù)拿浇?、接收、發(fā)送和控制手?jǐn)?shù)據(jù)通信須具備傳輸?shù)拿浇?、接收、發(fā)送和控制手段。段。信號(hào)層信號(hào)層-如文字、手勢(shì)、旗語(yǔ)等是交流的信號(hào)；如文字、手勢(shì)、旗語(yǔ)等是交流的信號(hào)；知識(shí)知識(shí)層層-共有的語(yǔ)言和知識(shí)；共有的語(yǔ)言和知識(shí)；物理層

18、物理層-統(tǒng)一傳輸方式、傳輸特統(tǒng)一傳輸方式、傳輸特性、接口的機(jī)電特性。性、接口的機(jī)電特性。通信過(guò)程通信過(guò)程-信號(hào)發(fā)送、接收、代碼信號(hào)發(fā)送、接收、代碼轉(zhuǎn)換、校驗(yàn)、同步、查詢、中斷控制等操作，數(shù)據(jù)通信采轉(zhuǎn)換、校驗(yàn)、同步、查詢、中斷控制等操作，數(shù)據(jù)通信采用軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。用軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 單工、半雙工、全雙工傳輸方式單工、半雙工、全雙工傳輸方式-僅從信息傳輸方向考僅從信息傳輸方向考慮，通信信道按單工、半雙工、全雙工方式工作。慮，通信信道按單工、半雙工、全雙工方式工作。基帶傳輸和寬帶傳輸基帶傳輸和寬帶傳輸-基帶傳輸是直接將電脈沖信號(hào)基帶傳輸是直接將電脈

19、沖信號(hào)(或或略加處理略加處理)進(jìn)行傳輸，不適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。寬帶傳輸進(jìn)行傳輸，不適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。寬帶傳輸是用基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，在適當(dāng)?shù)木€路上進(jìn)行遠(yuǎn)是用基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，在適當(dāng)?shù)木€路上進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。常用調(diào)制方式有調(diào)幅、調(diào)頻及調(diào)相。距離傳送。常用調(diào)制方式有調(diào)幅、調(diào)頻及調(diào)相。異步與同步傳輸異步與同步傳輸-異步傳輸時(shí)，接收器先接收起始位后異步傳輸時(shí)，接收器先接收起始位后依次同步于發(fā)送器，同步接收一幀信號(hào)。同步傳輸要求依次同步于發(fā)送器，同步接收一幀信號(hào)。同步傳輸要求整個(gè)信息以固定速度進(jìn)行，硬件復(fù)雜。整個(gè)信息以固定速度進(jìn)行，硬件復(fù)雜。傳輸速度傳輸速度-指信道在單位時(shí)間傳輸?shù)男畔⒘?。指?/p>

20、道在單位時(shí)間傳輸?shù)男畔⒘?。信道容量信道容?單位時(shí)間內(nèi)最大能傳送的信息量的比特?cái)?shù)。單位時(shí)間內(nèi)最大能傳送的信息量的比特?cái)?shù)。調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)-當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信時(shí)，應(yīng)采用調(diào)制當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信時(shí)，應(yīng)采用調(diào)制與解調(diào)技術(shù)，它們的復(fù)合體稱調(diào)制解調(diào)器。與解調(diào)技術(shù)，它們的復(fù)合體稱調(diào)制解調(diào)器。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 2、接口總線、接口總線 接口總線是接口和總線的總稱，簡(jiǎn)稱總線。其接口包接口總線是接口和總線的總稱，簡(jiǎn)稱總線。其接口包括各種邏輯電路和連接器。按數(shù)據(jù)傳輸方式，智能儀表的括各種邏輯電路和連接器。按數(shù)據(jù)傳輸方式，智能儀表的通信總線分為并行和串行?？蓺w納為：通信總線分為并行和串行

21、?？蓺w納為： 數(shù)據(jù)線和地址線數(shù)據(jù)線和地址線-決定數(shù)據(jù)通道寬度和可尋址范圍；決定數(shù)據(jù)通道寬度和可尋址范圍； 控制控制/聯(lián)絡(luò)聯(lián)絡(luò)/時(shí)序時(shí)序/中斷信號(hào)線中斷信號(hào)線-決定總線功能的強(qiáng)弱和決定總線功能的強(qiáng)弱和適應(yīng)能力；適應(yīng)能力； 電源線和地線電源線和地線-決定電源的種類和地線分布及用法；決定電源的種類和地線分布及用法； 備用線備用線-廠家將來(lái)使用，有些用戶可自定義。廠家將來(lái)使用，有些用戶可自定義。 應(yīng)用較多應(yīng)用較多：并行總線并行總線CAMAC(IEEE-583)、GP-IB(IEEE-488) ，串行總線串行總線RS-232C、RS-422、RS-423、RS-485、USB。機(jī)械、電器、功能都必須具有

22、兼容性。機(jī)械、電器、功能都必須具有兼容性。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 二、二、 RS-232RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用總線標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 1 1RS-232RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)接口：總線標(biāo)準(zhǔn)接口：RS-232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）制定的串行物理）制定的串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS-推薦標(biāo)推薦標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)，232-標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)號(hào)，號(hào)，C-修改次修改次數(shù)。完整數(shù)。完整RS-232C接口接口25根根線。線。RS-232C常用常用9芯線，芯線，引腳功能為：引腳功能為：第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 2 2

23、RS-232RS-232的電器特性的電器特性第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 3 3電平轉(zhuǎn)換芯片：電平轉(zhuǎn)換芯片：RS-232C用的是負(fù)邏輯，其邏輯電用的是負(fù)邏輯，其邏輯電平與平與TTL不匹配，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。常用轉(zhuǎn)換接口芯片不匹配，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。常用轉(zhuǎn)換接口芯片MAX232。管腳說(shuō)明如下：。管腳說(shuō)明如下： C0+、C0-、C1+、C1-是外接電容端；是外接電容端；R1IN、R2IN是是2路路RS-232C電平信號(hào)接收輸入端；電平信號(hào)接收輸入端；RlOUT、R2OUT是是2路轉(zhuǎn)換路轉(zhuǎn)換后的后的TTL電平接收信號(hào)輸出端，送電平接收信號(hào)輸出端，送8051的的RXD接收端；接收端；TlIN、

24、T2IN是是2路路TTL 電平發(fā)送輸入端，接電平發(fā)送輸入端，接8051的的TXD； TlOUT、T2OUT是是2路轉(zhuǎn)換后的路轉(zhuǎn)換后的 發(fā)送發(fā)送RS-232C電平信號(hào)輸出端，電平信號(hào)輸出端， 接傳輸線；接傳輸線；V+經(jīng)電容接電源經(jīng)電容接電源 +5V；V-經(jīng)電容接地。經(jīng)電容接地。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 4 4、RS-232CRS-232C與與5151接口接口 RS232C的的負(fù)邏輯：負(fù)邏輯：(1)驅(qū)動(dòng)器的輸出電平驅(qū)動(dòng)器的輸出電平 邏輯邏輯0：+5V+15V； 邏輯邏輯1：-5V -15V (2)接收器的輸入檢測(cè)電平接收器的輸入檢測(cè)電平 邏輯邏輯0：+3V ； 邏輯邏輯1：-3V 傳輸

25、介質(zhì)傳輸介質(zhì)一般用雙絞線，距離不超過(guò)一般用雙絞線，距離不超過(guò)15m，傳輸率小，傳輸率小于于20kB/s。TXDRXDRXDTXDT1INR1OUTT1OUTR2OUTR2INT2OUTR2OUTT2IN11611610610610610696967676868680318031MAX232AMAX232A第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 三、三、RS-422/485標(biāo)準(zhǔn)總線及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)總線及應(yīng)用 RS-449RS-449與與RS-232CRS-232C的關(guān)鍵不同點(diǎn)是把單端輸入改為雙的關(guān)鍵不同點(diǎn)是把單端輸入改為雙端差分輸入，信號(hào)地不再公用。端差分輸入，信號(hào)地不再公用。由于由于RS-449RS-

26、449系統(tǒng)用平衡系統(tǒng)用平衡信號(hào)差電路傳輸高速信號(hào)，所以噪聲低，又可以多點(diǎn)或信號(hào)差電路傳輸高速信號(hào)，所以噪聲低，又可以多點(diǎn)或使用公用線通信，使用公用線通信，RS-422RS-422是是449449標(biāo)準(zhǔn)的子集。標(biāo)準(zhǔn)的子集。 1RS-422串行總線：串行總線：傳輸率最大為傳輸率最大為10Mb/s10Mb/s，在此速，在此速率下，電纜允許長(zhǎng)度為率下，電纜允許長(zhǎng)度為120m120m。如果采用較低傳輸速率，。如果采用較低傳輸速率，如如90kb/s90kb/s，最大距離可達(dá)，最大距離可達(dá)1200m1200m。 2RS-485串行總線：是串行總線：是RS-422A的變形，的變形，RS-422A為為全雙工，全雙

27、工，可同時(shí)發(fā)送和接收；可同時(shí)發(fā)送和接收；RS-485RS-485則為半雙工，在某則為半雙工，在某一時(shí)刻，一個(gè)發(fā)送另一個(gè)接收。一時(shí)刻，一個(gè)發(fā)送另一個(gè)接收。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 3驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)芯片：485接口芯片較多，如接口芯片較多，如MAX488/ 490的管腳的管腳 及典型電路圖。該電路適用于全雙工通信。及典型電路圖。該電路適用于全雙工通信。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 4、三種總線性能比較、三種總線性能比較 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 四、四、USBUSB通用串行總線及應(yīng)用通用串行總線及應(yīng)用 1 1USBUSB特點(diǎn)：特點(diǎn)： 相同的相同的USB接口規(guī)范接口規(guī)范

28、，使通信、打印機(jī)、顯示器、，使通信、打印機(jī)、顯示器、存儲(chǔ)設(shè)備等的存儲(chǔ)設(shè)備等的接口統(tǒng)一接口統(tǒng)一了。了。 即插即用即插即用（plug-and-play），并能自動(dòng)檢測(cè)與配），并能自動(dòng)檢測(cè)與配置系統(tǒng)的資源。置系統(tǒng)的資源。 具有具有“熱插撥熱插撥“（hot attach &detach）特性。開(kāi)機(jī)）特性。開(kāi)機(jī)執(zhí)行狀態(tài)隨時(shí)可以插入或拔離執(zhí)行狀態(tài)隨時(shí)可以插入或拔離USB設(shè)備，不需關(guān)電源。設(shè)備，不需關(guān)電源。 USB最多可以連接最多可以連接127個(gè)接口設(shè)備。個(gè)接口設(shè)備。 USB 2.0傳輸速度傳輸速度最高達(dá)最高達(dá)480Mbps。USB1.1接口用接口用兩種速度：兩種速度：12Mbps（全速）和（全速）和1.5

29、Mbps（慢速）。（慢速）。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 2 2USBUSB基本構(gòu)架基本構(gòu)架： USB采用四線電纜采用四線電纜：兩根來(lái)傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另：兩根來(lái)傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根為下游設(shè)備提供電源。兩根為下游設(shè)備提供電源。 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 USB系統(tǒng)的構(gòu)架系統(tǒng)的構(gòu)架 三個(gè)主要部分：三個(gè)主要部分：USB主機(jī)控制器主機(jī)控制器/根集線器根集線器；USB集線器集線器；USB設(shè)備設(shè)備；（集線器端口集線器端口）第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 3 3USBUSB電氣特性和電源：電氣特性和電源： USB接口接口4根線根線：5V的電源線；地線；信號(hào)線的電源線；地線

30、；信號(hào)線D+和和D-在在PC機(jī)的根集線器或集線器端接機(jī)的根集線器或集線器端接15k下拉電阻并接下拉電阻并接至地端，設(shè)備的至地端，設(shè)備的D+和和D-信號(hào)線的其中一根接信號(hào)線的其中一根接1.5K上上拉電阻。拉電阻。PC機(jī)每隔一段時(shí)間查詢根集線器，檢查機(jī)每隔一段時(shí)間查詢根集線器，檢查D+、D-的電位變化，以了解設(shè)備連接狀態(tài)。的電位變化，以了解設(shè)備連接狀態(tài)。 USB設(shè)備供電方式：設(shè)備供電方式：（1）總線供電集線器）總線供電集線器（2）自我供電集線器）自我供電集線器（3）低功耗總線供電設(shè)備）低功耗總線供電設(shè)備（4）高功率總線供電設(shè)備）高功率總線供電設(shè)備（5）自我供電設(shè)備）自我供電設(shè)備 第第5 5章章 系

31、統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 4 4、USBUSB傳輸主機(jī)和設(shè)備傳輸主機(jī)和設(shè)備（1）傳輸基礎(chǔ)：）傳輸基礎(chǔ)： 配置通信；應(yīng)用通信；管理總線上的數(shù)據(jù)配置通信；應(yīng)用通信；管理總線上的數(shù)據(jù)（2）設(shè)備端點(diǎn)：）設(shè)備端點(diǎn)：在在USB規(guī)范定義了端點(diǎn)的概念。每個(gè)接口規(guī)范定義了端點(diǎn)的概念。每個(gè)接口設(shè)備都具有設(shè)備都具有“端點(diǎn)端點(diǎn)”，可以將，可以將USB設(shè)備看成是端點(diǎn)的集設(shè)備看成是端點(diǎn)的集合。而主機(jī)與端點(diǎn)的通信，是經(jīng)過(guò)合。而主機(jī)與端點(diǎn)的通信，是經(jīng)過(guò)“管線管線”來(lái)完成的。來(lái)完成的。（3）設(shè)備列舉：）設(shè)備列舉：USB設(shè)備描述符的概念。設(shè)備描述符的概念。 設(shè)備描述符設(shè)備描述符設(shè)備描述符是主機(jī)向設(shè)備請(qǐng)求的第一個(gè)描述符。設(shè)備描述符是主機(jī)

32、向設(shè)備請(qǐng)求的第一個(gè)描述符。 配置描述符配置描述符配置描述符是針對(duì)設(shè)備給予配置的信息。配置描述符是針對(duì)設(shè)備給予配置的信息。 接口描述符接口描述符接口描述符用來(lái)描述每一個(gè)設(shè)備的接口特性。接口描述符用來(lái)描述每一個(gè)設(shè)備的接口特性。 端點(diǎn)描述符端點(diǎn)描述符端點(diǎn)描述符用來(lái)描述端點(diǎn)的屬性以及各個(gè)端點(diǎn)位端點(diǎn)描述符用來(lái)描述端點(diǎn)的屬性以及各個(gè)端點(diǎn)位置。置。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 設(shè)備列舉的過(guò)程設(shè)備列舉的過(guò)程：設(shè)備插入設(shè)備插入PC主機(jī)的根集線器或主機(jī)的根集線器或USB集線器的端口。集線器的端口。集線器不斷地輪詢端口的狀態(tài)，一旦檢測(cè)到電位改變集線器不斷地輪詢端口的狀態(tài)，一旦檢測(cè)到電位改變后，后，Hub就會(huì)

33、通知主機(jī)。就會(huì)通知主機(jī)。主機(jī)得到響應(yīng)后，以預(yù)設(shè)的地址響應(yīng)新接上的設(shè)備，主機(jī)得到響應(yīng)后，以預(yù)設(shè)的地址響應(yīng)新接上的設(shè)備，并取回設(shè)備描述符，以確認(rèn)此設(shè)備是何種驅(qū)動(dòng)程序。并取回設(shè)備描述符，以確認(rèn)此設(shè)備是何種驅(qū)動(dòng)程序。主機(jī)配置一個(gè)單獨(dú)的地址給主機(jī)配置一個(gè)單獨(dú)的地址給USB設(shè)備。設(shè)備。主機(jī)取回配置描述符。此時(shí)，主機(jī)可以根據(jù)可使用的主機(jī)取回配置描述符。此時(shí)，主機(jī)可以根據(jù)可使用的電源與帶寬，給予設(shè)備配置的方式。電源與帶寬，給予設(shè)備配置的方式。現(xiàn)在設(shè)備已設(shè)置好地址與配置完畢，可以準(zhǔn)備使用。現(xiàn)在設(shè)備已設(shè)置好地址與配置完畢，可以準(zhǔn)備使用。 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 5 5傳輸類型傳輸類型 USB定義了定

34、義了4種數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋?，每種對(duì)應(yīng)處理不種數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋?，每種對(duì)應(yīng)處理不同的需要，且一個(gè)外設(shè)可支持它最適合的傳輸類型。同的需要，且一個(gè)外設(shè)可支持它最適合的傳輸類型。控制傳輸：控制傳輸：是是USB傳輸中最重要的傳輸。用來(lái)提供介傳輸中最重要的傳輸。用來(lái)提供介于主機(jī)與設(shè)備之間的配置、命令或狀態(tài)的通信協(xié)議。于主機(jī)與設(shè)備之間的配置、命令或狀態(tài)的通信協(xié)議。以雙向傳輸來(lái)達(dá)到這個(gè)請(qǐng)求。以雙向傳輸來(lái)達(dá)到這個(gè)請(qǐng)求。中斷傳輸：中斷傳輸：PC主機(jī)周期性的方式加以輪詢，以知道是主機(jī)周期性的方式加以輪詢，以知道是否有設(shè)備需要傳送數(shù)據(jù)給否有設(shè)備需要傳送數(shù)據(jù)給PC。輪詢周期非常重要。輪詢周期非常重要。批量傳輸：批量傳輸：用來(lái)傳

35、輸大量的數(shù)據(jù)，相對(duì)的傳輸速度不用來(lái)傳輸大量的數(shù)據(jù)，相對(duì)的傳輸速度不是很關(guān)鍵的。是很關(guān)鍵的。等時(shí)傳輸：等時(shí)傳輸：須維持一定的傳輸速度，因此相對(duì)就犧牲須維持一定的傳輸速度，因此相對(duì)就犧牲一些小錯(cuò)誤的發(fā)生。它采用預(yù)先與一些小錯(cuò)誤的發(fā)生。它采用預(yù)先與PC主機(jī)協(xié)議好的固主機(jī)協(xié)議好的固定寬帶，以確保發(fā)送端與接收端的速度相互吻合。定寬帶，以確保發(fā)送端與接收端的速度相互吻合。 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 確保傳輸成功確保傳輸成功：為了確保每個(gè)傳輸都是成功的，：為了確保每個(gè)傳輸都是成功的，USB使用了交換和錯(cuò)誤校驗(yàn)信號(hào)。使用了交換和錯(cuò)誤校驗(yàn)信號(hào)。（1）交換：）交換：USB有狀態(tài)和控制信號(hào)來(lái)幫助管理數(shù)據(jù)

36、流。有狀態(tài)和控制信號(hào)來(lái)幫助管理數(shù)據(jù)流。這些信號(hào)就是交換信號(hào)。這些信號(hào)就是交換信號(hào)。（2）錯(cuò)誤校驗(yàn)：所有的標(biāo)記、數(shù)據(jù)和幀都包含了用于錯(cuò)）錯(cuò)誤校驗(yàn)：所有的標(biāo)記、數(shù)據(jù)和幀都包含了用于錯(cuò)誤校驗(yàn)的位。該位的值是通過(guò)一個(gè)被稱為循環(huán)冗余檢誤校驗(yàn)的位。該位的值是通過(guò)一個(gè)被稱為循環(huán)冗余檢查（查（CRC）的數(shù)學(xué)算法或過(guò)程來(lái)計(jì)算得到的。）的數(shù)學(xué)算法或過(guò)程來(lái)計(jì)算得到的。 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 7 主機(jī)如何通信主機(jī)如何通信 讓?xiě)?yīng)用程序遠(yuǎn)離細(xì)節(jié)讓?xiě)?yīng)用程序遠(yuǎn)離細(xì)節(jié) 分層驅(qū)動(dòng)：分層驅(qū)動(dòng)： （1）USB驅(qū)動(dòng)層驅(qū)動(dòng)層 （2）設(shè)備驅(qū)動(dòng)）設(shè)備驅(qū)動(dòng) （3）總線驅(qū)動(dòng)）總線驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)程序的選擇：驅(qū)動(dòng)程序的選擇： （1）Wi

37、ndows自帶驅(qū)動(dòng)自帶驅(qū)動(dòng) （2）HID驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng) （3）Pointofsale(POS)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng) （4）供應(yīng)商提供的驅(qū)動(dòng)）供應(yīng)商提供的驅(qū)動(dòng) 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 8 8、USBUSB接口接口 USB接口芯片接口芯片PDIUSBD12的特點(diǎn)的特點(diǎn)（1）USB 接口器件集成了接口器件集成了SIE FIFO 存儲(chǔ)器收發(fā)器及電存儲(chǔ)器收發(fā)器及電壓調(diào)整器；壓調(diào)整器；（2）可與任何外部微控制器）可與任何外部微控制器/微處理實(shí)現(xiàn)高速并行接口，微處理實(shí)現(xiàn)高速并行接口，2M 字節(jié)字節(jié)/秒；秒；（3）完全自治的直接內(nèi)存存?。┩耆灾蔚闹苯觾?nèi)存存取DMA 操作；操作；（4）集成）集成320 字節(jié)多結(jié)構(gòu)

38、字節(jié)多結(jié)構(gòu)FIFO 存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)器；（5）主端點(diǎn)的雙緩沖配置增加數(shù)據(jù)吞吐量并輕松實(shí)現(xiàn)實(shí)）主端點(diǎn)的雙緩沖配置增加數(shù)據(jù)吞吐量并輕松實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；（6）在批量模式和同步模式下均可實(shí)現(xiàn)）在批量模式和同步模式下均可實(shí)現(xiàn)1M 字節(jié)字節(jié)/秒的數(shù)秒的數(shù)據(jù)傳輸速率；據(jù)傳輸速率；第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 （7）具有良好）具有良好EMI 特性的總線供電能力；特性的總線供電能力；（8）在掛起時(shí)可控制）在掛起時(shí)可控制LazyClock 輸出；輸出；（9）可通過(guò)軟件控制與）可通過(guò)軟件控制與USB 的連接；的連接；（10）采用）采用GoodLink 技術(shù)的連接指示器技術(shù)的連接指示器,在通訊時(shí)使在

39、通訊時(shí)使LED 閃爍；閃爍；（11）可編程的時(shí)鐘頻率輸出；）可編程的時(shí)鐘頻率輸出；（12）符合）符合ACPI OnNOW 和和USB 電源管理的要求；電源管理的要求；（13）內(nèi)部上電復(fù)位和低電壓復(fù)位電路；）內(nèi)部上電復(fù)位和低電壓復(fù)位電路；（14）高于）高于8kV 的在片靜電防護(hù)電路減少了額外元件的的在片靜電防護(hù)電路減少了額外元件的費(fèi)用；費(fèi)用；（15）雙電源操作）雙電源操作3.3V 或擴(kuò)展的或擴(kuò)展的5V 電源電源, 范圍為范圍為3.65.5V；（16）多中斷模式實(shí)現(xiàn)批量和同步傳輸；）多中斷模式實(shí)現(xiàn)批量和同步傳輸；第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 PDIUSBD12的引腳結(jié)構(gòu)及功能的引腳結(jié)構(gòu)及功

40、能（1）DATA07：雙向數(shù)據(jù)位。：雙向數(shù)據(jù)位。（2）ALE：地址鎖存使能。：地址鎖存使能。（3）CS-N：片選。低電平有效。：片選。低電平有效。（4）SUSPEND：器件處于掛起狀態(tài)。：器件處于掛起狀態(tài)。（5）CLKOUT：可編程時(shí)鐘輸出。：可編程時(shí)鐘輸出。（6）INT-N：中斷。低電平有效。：中斷。低電平有效。（7）RD-N：讀選通。低電平有效。：讀選通。低電平有效。（8）WR-N：寫(xiě)選通。低電平有效。：寫(xiě)選通。低電平有效。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 （9）DMREQ：DMA請(qǐng)求。請(qǐng)求。（10）DMACK：DMA應(yīng)答。低電平有效。應(yīng)答。低電平有效。（11）EOT-N：DMA傳輸結(jié)

41、束。低電平有效。傳輸結(jié)束。低電平有效。（12）RESET-N：復(fù)位。低電平有效且不同步。：復(fù)位。低電平有效且不同步。（13）GL-N：GoodLink LED指示器。低有效。指示器。低有效。（14）XTAL1，XTAL2：晶振連接端。：晶振連接端。（15）D+，D-：USB D+和和D-數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)線。（16）VOUT3.3：3.3V調(diào)整輸出。要使器件工作在調(diào)整輸出。要使器件工作在3.3V，對(duì)對(duì)VCC和和VOUT3.3腳都提供腳都提供3.3V。（17）A0：地址位。：地址位。A0=0，選擇命令指令；，選擇命令指令；A0=1，選擇，選擇數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 接口設(shè)計(jì)

42、：接口設(shè)計(jì)：8051單片機(jī)與單片機(jī)與PDIUSBD12的接口的接口C968pFR818R+/-1%D12XTAL2R101MD12DPR410KC80.1uF/D12INTC320pF/GOODLNK+ C64.7uF16V 33MHzX2R718R+/-1%+C11.0uF16VD12XTAL1R14470RUSBDPD4D7D12DM/D12RDD2USBDMVCCC120.1uFD0J4UP_CONN12345VBUSD-D+GNDSHIELDU3P89CRD2HBA1312373839181920717164036353433323130P3.3P3.2P0.2P0.1P0.0X2X1

43、VSSP1.6P3.7P3.6VCCP0.3P0.4P0.5P0.6P0.7_EAALE+ C111.0uF16V+3V3U1PDIUSBD1212345678910111213141516171819202122232425262728DATA0DATA1DATA2DATA3GNDDATA4DATA5DATA6DATA7ALECS_NSUSPENDCLKOUTINT_NRD_NWR_NDMREQDMACK_NEOT_NRESET_NGL_NXTAL1XTAL2VCCD-D+VOUT3.3A0D3C7470pFC220pFR91M/D12WRC1022pFVCCD6D12SUSPD 6MHzX

44、1+3V3D1D12ALE/D12CSD12A0D1LED_GREEND5第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 5.4 5.4 現(xiàn)場(chǎng)總線與智能儀表現(xiàn)場(chǎng)總線與智能儀表一、產(chǎn)生與發(fā)展一、產(chǎn)生與發(fā)展 3C3C技術(shù)的發(fā)展動(dòng)搖了一直占領(lǐng)控制領(lǐng)域的技術(shù)的發(fā)展動(dòng)搖了一直占領(lǐng)控制領(lǐng)域的4 420mA20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，產(chǎn)生用現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字通信把各種微機(jī)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，產(chǎn)生用現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字通信把各種微機(jī)設(shè)備集成到一起的集成到一起的現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線（FieldbusFieldbus）。）。 8080年代初提出概念；年代初提出概念；8484年開(kāi)始制定標(biāo)準(zhǔn)；年開(kāi)始制定標(biāo)準(zhǔn)；9292年年IECIEC批批準(zhǔn)了物理層標(biāo)準(zhǔn)，幾個(gè)

45、大公司制定標(biāo)準(zhǔn)；準(zhǔn)了物理層標(biāo)準(zhǔn)，幾個(gè)大公司制定標(biāo)準(zhǔn)；9494年成立年成立FFFF著名儀表、集散制造、研究企業(yè)組成，學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織，著名儀表、集散制造、研究企業(yè)組成，學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織，大大促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的制定；大大促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的制定；20012001年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)（IEC61158IEC61158，8 8種技術(shù)協(xié)議）。種技術(shù)協(xié)議）。 發(fā)展特點(diǎn)：發(fā)展特點(diǎn)：兼容并蓄，多總線集成兼容并蓄，多總線集成大量其他總線；大量其他總線；向向Ethernet+TCP/IPEthernet+TCP/IP協(xié)議靠攏。協(xié)議靠攏。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 二、現(xiàn)場(chǎng)總線定義及特點(diǎn)二、現(xiàn)場(chǎng)總線定義及特點(diǎn) 1 1、

46、現(xiàn)場(chǎng)總線本質(zhì)：、現(xiàn)場(chǎng)總線本質(zhì)： 定義定義-連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。 本質(zhì)本質(zhì)-現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)、互操作性、現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)、互操作性、分散功能塊、通信線供電、開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。即過(guò)程自分散功能塊、通信線供電、開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。即過(guò)程自動(dòng)化和。動(dòng)化和。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System) -現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)集成，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)集成，構(gòu)成信號(hào)傳輸數(shù)字化信號(hào)傳輸數(shù)字化

47、、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分散化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分散化、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互操作性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互操作性、通信網(wǎng)絡(luò)互連式通信網(wǎng)絡(luò)互連式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全開(kāi)放式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全開(kāi)放式的系統(tǒng)。代替了的系統(tǒng)。代替了DCS。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 2 2、現(xiàn)場(chǎng)總線優(yōu)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線優(yōu)點(diǎn) a.經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性一對(duì)傳輸線把傳感器一對(duì)傳輸線把傳感器/變送器變送器/執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)/現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)儀表互聯(lián)，儀表雙向傳輸信號(hào)。省纜線、安維方便。儀表互聯(lián)，儀表雙向傳輸信號(hào)。省纜線、安維方便。 b.可靠性可靠性數(shù)字信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)、精度高，數(shù)字信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)、精度高，DCS三級(jí)三級(jí)結(jié)構(gòu)改為二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)改為二級(jí)結(jié)構(gòu)FCS，控制功能分散至現(xiàn)場(chǎng)儀表。，控制功能分散至現(xiàn)場(chǎng)

48、儀表。 c.可控型可控型控制室查看現(xiàn)場(chǎng)情況、設(shè)定調(diào)整參數(shù)?？刂剖也榭船F(xiàn)場(chǎng)情況、設(shè)定調(diào)整參數(shù)。 d.綜合性綜合性儀表有智能綜合功能，補(bǔ)償、運(yùn)算、控制。儀表有智能綜合功能，補(bǔ)償、運(yùn)算、控制。 e.互換、互操作性互換、互操作性不同品牌、性價(jià)比高的產(chǎn)品互相連不同品牌、性價(jià)比高的產(chǎn)品互相連接、統(tǒng)一組態(tài)。接、統(tǒng)一組態(tài)。 f.開(kāi)放性開(kāi)放性開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)公共的、共享資源、開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)公共的、共享資源、統(tǒng)一調(diào)度。統(tǒng)一調(diào)度。 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 三、現(xiàn)場(chǎng)總線儀表三、現(xiàn)場(chǎng)總線儀表智能儀表智能儀表 1 1、現(xiàn)場(chǎng)儀表特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)儀表特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)儀表或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（傳感現(xiàn)場(chǎng)總線

49、的節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)儀表或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（傳感/變變送送/執(zhí)行），都是具有綜合功能的智能儀表。執(zhí)行），都是具有綜合功能的智能儀表。 傳感器傳感器/變送器變送器-溫度、壓力、流量、物位、分析溫度、壓力、流量、物位、分析變送器，有檢測(cè)、變換、補(bǔ)償、變送器，有檢測(cè)、變換、補(bǔ)償、PID控制、運(yùn)算、自控制、運(yùn)算、自診斷等功能。診斷等功能。 執(zhí)行器執(zhí)行器-電動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行器，有驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行、輸電動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行器，有驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行、輸出特性補(bǔ)償、出特性補(bǔ)償、 PID控制、運(yùn)算、閥門(mén)特性、狀態(tài)自效控制、運(yùn)算、閥門(mén)特性、狀態(tài)自效驗(yàn)、自診斷等功能。驗(yàn)、自診斷等功能。 第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 2、現(xiàn)場(chǎng)儀表應(yīng)用（、現(xiàn)場(chǎng)儀表應(yīng)用

50、（P171）第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 四、現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)四、現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù) 1 1、現(xiàn)場(chǎng)總線模型標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)總線模型標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的開(kāi)放系統(tǒng)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的開(kāi)放系統(tǒng)互連模型互連模型OSIOSI的簡(jiǎn)化型，即的簡(jiǎn)化型，即1 1、2 2、7 7層，另外增加第層，另外增加第8 8層用層用戶層，如圖示。不僅是信號(hào)、通信標(biāo)準(zhǔn)，且系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。戶層，如圖示。不僅是信號(hào)、通信標(biāo)準(zhǔn)，且系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。 DCS與與FCS區(qū)別區(qū)別：減少了控制站，把功能分解到操作站：減少了控制站，把功能分解到操作站和現(xiàn)場(chǎng)儀表，不開(kāi)放的內(nèi)部總線成為開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線。和現(xiàn)場(chǎng)儀表，不開(kāi)放的內(nèi)部總線成為開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線。8721

51、第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 2 2、兩個(gè)設(shè)備間通信過(guò)程、兩個(gè)設(shè)備間通信過(guò)程 通過(guò)通過(guò)總線總線交換交換信息，發(fā)送設(shè)備命信息，發(fā)送設(shè)備命令或數(shù)據(jù)按應(yīng)用層令或數(shù)據(jù)按應(yīng)用層規(guī)定產(chǎn)生，信息按規(guī)定產(chǎn)生，信息按數(shù)據(jù)鏈層數(shù)據(jù)鏈層規(guī)定包裝，規(guī)定包裝，命令或數(shù)據(jù)在命令或數(shù)據(jù)在物理物理層層轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)電信轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。接收設(shè)備進(jìn)行號(hào)。接收設(shè)備進(jìn)行相反的開(kāi)包獲得命相反的開(kāi)包獲得命令或數(shù)據(jù)。令或數(shù)據(jù)。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 3 3、各層的內(nèi)容、各層的內(nèi)容 物理層物理層-把接收到數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)加工為標(biāo)準(zhǔn)電信把接收到數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)加工為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)進(jìn)行傳輸，或反方向處理。標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是號(hào)進(jìn)行傳輸，或反

52、方向處理。標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是IEC1158-2，多，多家公司生產(chǎn)低速總線（家公司生產(chǎn)低速總線（H1）專用芯片。）專用芯片。 數(shù)據(jù)貞格式數(shù)據(jù)貞格式物理層數(shù)據(jù)格式。物理層數(shù)據(jù)格式。 編碼方式編碼方式-曼徹斯特雙曼徹斯特雙L0編碼方式。編碼方式。 總線安裝規(guī)定總線安裝規(guī)定線長(zhǎng)度、掛接設(shè)備數(shù)、終端信號(hào)幅線長(zhǎng)度、掛接設(shè)備數(shù)、終端信號(hào)幅值、屏蔽與接地等。值、屏蔽與接地等。 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)-低速低速H1支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接、總線、菊支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接、總線、菊花鏈、樹(shù)型；花鏈、樹(shù)型；H2支持總線型。支持總線型。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 數(shù)據(jù)鏈層數(shù)據(jù)鏈層 保證數(shù)據(jù)的完整性、決定何時(shí)與誰(shuí)通信。數(shù)據(jù)鏈保證數(shù)據(jù)的

53、完整性、決定何時(shí)與誰(shuí)通信。數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)通信中鏈路活動(dòng)調(diào)度、數(shù)據(jù)接收發(fā)送、活動(dòng)路層實(shí)現(xiàn)通信中鏈路活動(dòng)調(diào)度、數(shù)據(jù)接收發(fā)送、活動(dòng)狀態(tài)的探測(cè)、響應(yīng)、鏈路上設(shè)備時(shí)間的同步。狀態(tài)的探測(cè)、響應(yīng)、鏈路上設(shè)備時(shí)間的同步。應(yīng)用層應(yīng)用層 定義現(xiàn)場(chǎng)總線的命令、響應(yīng)、數(shù)據(jù)、事件的信息。定義現(xiàn)場(chǎng)總線的命令、響應(yīng)、數(shù)據(jù)、事件的信息。用戶層用戶層 規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊供用戶組態(tài)，各廠商對(duì)功能模規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊供用戶組態(tài)，各廠商對(duì)功能模塊的特性描述、參數(shù)設(shè)定、相互連接的方法公開(kāi)統(tǒng)一。塊的特性描述、參數(shù)設(shè)定、相互連接的方法公開(kāi)統(tǒng)一。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 5.5 TCP/IP5.5 TCP/IP協(xié)議與智能儀表上網(wǎng)

54、協(xié)議與智能儀表上網(wǎng)一、一、TCP/IPTCP/IP協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議與以太網(wǎng) TCP/IP協(xié)議：協(xié)議：最流行的網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議，協(xié)議分為最流行的網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議，協(xié)議分為5層，層， TCP（Transmission Control Protocol）-傳輸控傳輸控制協(xié)議，制協(xié)議，IP（ Internet Protocol）-互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議。 以太網(wǎng)（以太網(wǎng)（Ethernet）:應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)，符合應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)，符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速度從標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速度從10M到到1000M，采用總線，采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，高效數(shù)據(jù)傳輸。型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，高效數(shù)據(jù)傳輸。 Internet網(wǎng)的迅速發(fā)展，網(wǎng)的迅速發(fā)展， TCP/IP協(xié)議底層又捆綁以協(xié)議底層又捆綁以太網(wǎng)，使得以太網(wǎng)廣泛流行，市場(chǎng)作用使工業(yè)使用以太網(wǎng)，使得以太網(wǎng)廣泛流行，市場(chǎng)作用使工業(yè)使用以太網(wǎng)就意味著兼容、統(tǒng)一、開(kāi)放。太網(wǎng)就意味著兼容、統(tǒng)一、開(kāi)放。第第5 5章章 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)與通信 二、協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)二、協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)鏈路層的子層數(shù)據(jù)鏈路層的子層-介質(zhì)訪問(wèn)控制介質(zhì)訪