測控總線與通信技術(shù)剖析

會計學(xué)1測控總線與通信技術(shù)剖析第三章簡單接口通信技術(shù)第1頁/共29頁簡單接口通信技術(shù)：直接利用微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)并行/串行接口實現(xiàn)多微機(jī)間的通信本章內(nèi)容：（1）I/O信道及簡單接口通信規(guī)約；（2）主從式多微機(jī)并/串接口通信；（3）總線互連的多微機(jī)并/串接口通信；（4）星型互連的多微機(jī)并/串接口通信；（5）菊花鏈環(huán)型互連的多微機(jī)并/串接口通信；第2頁/共29頁一、簡單接口通信信道（1）單I/O接口信道：主從微機(jī)間只用一片I/O接口芯片特點：主機(jī)與各從機(jī)的關(guān)系如同計算機(jī)系統(tǒng)中CPU與外圍設(shè)備的關(guān)系一樣，主機(jī)通過對I/O接口的控制與操作就可以實現(xiàn)主機(jī)與各從機(jī)間的數(shù)據(jù)交換，可以采用中斷方式或查詢方式。（2）雙I/O接口信道：主從微機(jī)間使用兩片I/O接口芯片特點：芯片使用數(shù)量多，但是提供的硬件環(huán)境好，界面清晰，接線規(guī)范，不必重新構(gòu)造聯(lián)絡(luò)握手信號。第3頁/共29頁二、簡單接口通信協(xié)議

利用簡單接口通信信道進(jìn)行多微機(jī)間的通信，還需要有通信規(guī)約來保證通信過程的正確進(jìn)行。

通信規(guī)約是通信雙方事先約定好且雙方都必須遵循的規(guī)定，即通信協(xié)議。第4頁/共29頁簡單接口通信協(xié)議內(nèi)容包括：（1）傳輸控制：簡單接口通信一般利用握手聯(lián)絡(luò)信號（硬件方式）來實現(xiàn)流量控制，每傳送一個字節(jié)握手一次，發(fā)方只有在確認(rèn)上一個字節(jié)被收妥后才進(jìn)行下一個字節(jié)的傳送。（2）通信方式：信道是通信雙方共同的資源，可能出現(xiàn)雙方都要使用的情況。簡單接口通信常采用主從方式來解決信道分配問題：多臺微機(jī)中一臺設(shè)定為主機(jī)，其余為從機(jī)。主機(jī)有I/O信道的控制權(quán)，從機(jī)只有在主機(jī)許可下才能發(fā)送數(shù)據(jù)。（3）尋址：多微機(jī)系統(tǒng)和各微機(jī)間的通信信道構(gòu)成一個通信網(wǎng)絡(luò)，微機(jī)相互間的通信存在尋址問題，要根據(jù)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用不同的方法解決尋址問題。第5頁/共29頁（4）差錯控制：通信雙方及線路處在惡劣環(huán)境時，存在一定的誤碼率，需設(shè)置差錯控制以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。簡單接口通信常在高層應(yīng)用軟件進(jìn)行差錯控制。（5）高層協(xié)議：在簡單接口通信中，I/O信道建立了端點與端點之間的聯(lián)系。為了進(jìn)行正常通信，在建立端點與端點聯(lián)系的基礎(chǔ)上，還要建立兩個端點間進(jìn)程之間的聯(lián)系，這個過程稱為進(jìn)程同步。發(fā)送方通過發(fā)送喚醒命令，把對方的接收程序段喚醒以實現(xiàn)進(jìn)程同步。進(jìn)程之間的連接以及相關(guān)的協(xié)議統(tǒng)稱為高層協(xié)議。第6頁/共29頁三、主從式多微機(jī)并行接口通信主從式雙單片機(jī)智能儀表：(1)Slave為從系統(tǒng)，Master為主系統(tǒng)(2)從系統(tǒng)有4個I/O接口，其中兩個I/O接口用來擴(kuò)展片外RAM數(shù)據(jù)存儲器，一個I/O口與輸入處理單元相連，接收輸入信號；（3）主系統(tǒng)的其余三個I/O接口分別擴(kuò)展為打印機(jī)接口、顯示器接口及鍵盤接口。（4）從系統(tǒng)的一個并行I/O接口與主系統(tǒng)的一個并行I/O接口組成雙I/O接口PIO信道，把兩者互連成一個雙微機(jī)PIO系統(tǒng)。1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第7頁/共29頁2、通信信道（1）由于單片機(jī)受I/O接口數(shù)量的限制，系統(tǒng)使用一個并行I/O口的4條雙向數(shù)據(jù)線作PIO信道的雙向數(shù)據(jù)通道；（2）使用并行I/O口的2條雙向數(shù)據(jù)線進(jìn)行通信控制，作為雙方握手聯(lián)絡(luò)通道

S-RDY：從系統(tǒng)就緒

M-RDY：主系統(tǒng)就緒（3）使用并行I/O口的1條雙向數(shù)據(jù)線進(jìn)行子系統(tǒng)復(fù)位控制，主系統(tǒng)任何時候都可以用SlaveReset使從系統(tǒng)復(fù)位。

第8頁/共29頁3、傳輸控制：

雙系統(tǒng)交換的信息分為兩類：（1）命令：運行命令及通信命令，運行命令要求從系統(tǒng)去執(zhí)行指定任務(wù)（如A/D轉(zhuǎn)換、電壓測量等）。通信命令用來控制雙系統(tǒng)通信；（2）數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)按半字節(jié)傳送，依靠握手聯(lián)絡(luò)信號MRDY和SRDY實現(xiàn)雙系統(tǒng)的同步。

第9頁/共29頁通過四次同步保證數(shù)據(jù)的正確傳送。

主機(jī)開始從機(jī)開始置M_RDY為1讀入S_RDYS_RDY=1?NY輸出四位數(shù)據(jù)置M_RDY為0讀入S_RDYS_RDY=0?NY傳完8位?結(jié)束YN讀入M_RDYM_RDY=1?置S_RDY為1Y讀入M_RDYM_RDY=0?Y讀取四位數(shù)據(jù)置S_RDY為0傳完8位?N結(jié)束YNN同步同步同步同步主系統(tǒng)向從系統(tǒng)傳送信息的通信過程

第10頁/共29頁主機(jī)開始從機(jī)開始置M_RDY為1讀入S_RDYS_RDY=1?NY讀取四位數(shù)據(jù)置M_RDY為0讀入S_RDYS_RDY=0?NY傳完8位?結(jié)束YN讀入M_RDYM_RDY=1?置S_RDY為1Y讀入M_RDYM_RDY=0?Y輸出四位數(shù)據(jù)置S_RDY為0傳完8位?N結(jié)束YNN同步同步同步同步從系統(tǒng)向主系統(tǒng)傳送信息的通信過程

第11頁/共29頁（1）雙微機(jī)系統(tǒng)不需要尋址；（2）差錯控制和高層協(xié)議（中斷控制等）可在各個微機(jī)系統(tǒng)的軟件中實現(xiàn)4、尋址、差錯控制和高層協(xié)議第12頁/共29頁四、總線互連的多微機(jī)并口通信多臺微機(jī)系統(tǒng)各通過并行I/O接口芯片掛接在總線上，可構(gòu)成總線型多微機(jī)通信系統(tǒng)。其中，總線可以是簡單總線（如雙絞線），也可以是復(fù)雜總線。采用簡單總線：各微機(jī)系統(tǒng)利用并/串操作，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)在總線上傳輸，采用軟件實現(xiàn)尋址和總線使用權(quán)分配；采用復(fù)雜總線：復(fù)雜總線要包括地址線、數(shù)據(jù)線、控制線等。通過地址總線實現(xiàn)尋址，通過控制總線完成總線使用權(quán)分配。第13頁/共29頁1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第14頁/共29頁2、通信信道

每臺微機(jī)經(jīng)過片內(nèi)的并行I/O端口掛接在總線上，其中4條作為雙向數(shù)據(jù)通道，其余4條實現(xiàn)通信控制；

MRDY:主機(jī)就緒；

SRDY:從機(jī)就緒；

Sele:主機(jī)對從機(jī)的選擇線；

SRDYB:被選中從機(jī)對主機(jī)的應(yīng)答線。3、通信方式

對于總線型多微機(jī)PIO系統(tǒng)都采用主從式通信。在這種系統(tǒng)的通信控制中首要的問題是：主機(jī)如何選通所要求的從機(jī)的并行I/O接口，以及從機(jī)如何確認(rèn)主機(jī)的選中。在確定了主機(jī)與從機(jī)的通信關(guān)系后，其余的通信過程就可以采用前面所述的雙單片機(jī)主從式通信方法來實現(xiàn)。

第15頁/共29頁4、傳輸控制

主機(jī)開機(jī)，置Sele=1。從機(jī)開機(jī)，置SRDYB=1,SRDY=0

主機(jī)確認(rèn)SRDYB=1后,置MRDY=1各從機(jī)確認(rèn)MRDY=1后,置SRDY=1，SRDYB=0。SRDY與SRDYB是用集極開路門驅(qū)動的：只要有一個輸入為低，則總輸出也為低；只有全部輸入為高，總輸出才變?yōu)楦摺Ｍㄟ^對自己I/O口SRDY是否變?yōu)楦唠娖降臏y試就可知道是否所有從機(jī)都被喚醒。(5)主機(jī)通過讀取并測試SRDY=1確認(rèn)所有從機(jī)就緒，主機(jī)把呼叫的從機(jī)編號(4位)送上M/S數(shù)據(jù)通道，并置MRDY為0。(6)各從機(jī)收到MRDY=0后，立即從數(shù)據(jù)通道上讀取前4位從機(jī)編號。(7)主機(jī)采用同樣方式廣播后4位從機(jī)編號發(fā)送完8位編號后用置Sele=0，從機(jī)收到8位編號后置SRDYB=1，SRDY=0。(8)各從機(jī)確認(rèn)Sele=0后，置SRDY=1，SRDYB=0。(9)主機(jī)接收到SRDY=1，表明各從機(jī)全部響應(yīng)，于是主機(jī)置MRDY=1(10)各從機(jī)比較收到的8位編號與自己從機(jī)號(11)被選中的從機(jī)在讀得MRDY=1后，置SRDY=0(12)主機(jī)確認(rèn)SRDY=0，則置MRDY=0，使得SRDY、MRDY、SRDYB皆為零，尋址完成。這時隔離未選中的從機(jī)，即只剩下一主一從兩站，開始主從式雙單片機(jī)PIO通信第16頁/共29頁五、總線互連的多微機(jī)串口通信1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（基于MCS-51單片微機(jī)）第17頁/共29頁SM2若SM2=1且接到的第9位數(shù)據(jù)RB8=1，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入接收緩存SBUF中，并置位RI；否則丟棄前8位數(shù)據(jù)。若SM2=0，則不論第9位為1還是0，都將前8位送入接收SBUF中，并產(chǎn)生中斷。第18頁/共29頁RS-232或其他串行總線2、通信信道（1）主機(jī)通過點名，確定進(jìn)行通信的從機(jī)。

1)各從機(jī)置SM2為1；

2)主機(jī)發(fā)出呼叫幀，呼叫幀從機(jī)號，第9位為1；

3)所有從機(jī)接收到呼叫幀后，對上號的從機(jī)置SM2=0，并用應(yīng)答幀通知主機(jī)，呼叫過程完成；

4)通信過程中數(shù)據(jù)的第9位為0，沒有對上號的從機(jī)全部從總線上切除，只剩下對上號的從機(jī)與主機(jī)進(jìn)行通信。（2）從機(jī)在主程序執(zhí)行過程中，以中斷方式響應(yīng)主機(jī)的通信要求3、通信方式第19頁/共29頁（1）系統(tǒng)可支持00H～0FEH共255臺微機(jī)；（2）系統(tǒng)把0FFH且第9位為1的呼叫幀定義為控制命令，當(dāng)各從機(jī)收到它時，所有從機(jī)均置SM2為1，使各從機(jī)處在監(jiān)聽狀態(tài)，以便等待主機(jī)發(fā)來的呼叫幀；（3）通過呼叫，建立起主機(jī)與一臺從機(jī)的通信鏈路之后，可以使用下列控制命令：

00H(第9位為0)：接收命令，命令從機(jī)接收數(shù)據(jù)，同時意味著要求主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

01H(第9位為0)：發(fā)送命令，命令從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時意味著要求主機(jī)接收數(shù)據(jù)。4、傳輸控制第20頁/共29頁主機(jī)通信流程第21頁/共29頁從機(jī)通信流程第22頁/共29頁六、星型互連的多微機(jī)通信1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（基于MCS-51單片微機(jī)）2、通信信道3、通信方式

點名式輪詢法：主系統(tǒng)周期性地按順序詢問從系統(tǒng)是否有通信要求，最先識別到的有通信要求的從系統(tǒng)主與系統(tǒng)建立通信聯(lián)系，通信完成后主系統(tǒng)繼續(xù)輪詢。

請求選擇法：請求選擇法類似于中斷系統(tǒng)，每臺從系統(tǒng)都有一條通信請求線連到主系統(tǒng)。當(dāng)某臺從系統(tǒng)有通信要求時，通過請求線向主系統(tǒng)申請通信，由主系統(tǒng)裁決確定與哪臺從系統(tǒng)建立通信聯(lián)系。4、傳輸控制第23頁/共29頁七、菊花鏈和環(huán)型互連的多微機(jī)

并口通信1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第24頁/共29頁第25頁/共29頁2、通信信道一個或多個微機(jī)間PIO通信信道構(gòu)成3、通信方式(1)令牌法；(2)鏈?zhǔn)捷喸兎ǎ褐飨到y(tǒng)發(fā)起輪詢，只有被詢問的系統(tǒng)才有通信權(quán)第26頁/共29頁4、傳輸控