第6章 智能儀器中的通信接口技術(shù)

第6章智能儀器中的通信接口技術(shù)6.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

6.2串行通信接口

6.3并行通信接口(了解)

6.4USB通用串行總線

6.1.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識1.通信系統(tǒng)的組成

2.信道的帶寬和數(shù)據(jù)速率

3.數(shù)字調(diào)制技術(shù)

4.多路復(fù)用技術(shù)1.通信系統(tǒng)的組成圖6-1單向數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(1)信息源和信息接收息源(信源)和(信宿)是信息的產(chǎn)生者和使用者。一般由信息源和信息接收者，發(fā)送設(shè)備，接收設(shè)備、傳輸媒質(zhì)幾部分組成(2)發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來，即將信息源產(chǎn)生的消息信號經(jīng)過編碼，并變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸媒介。(3)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號傳遞所經(jīng)過的媒介。(4)接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能與發(fā)送設(shè)備的功能相反，它對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解密等。

2.信道的帶寬和數(shù)據(jù)速率信道的帶寬

任何信道所能傳輸?shù)男盘柕念l率都有一定的范圍，稱為信道的帶寬。信道可以不失真?zhèn)鬏斝盘柕念l率范圍

(2)數(shù)據(jù)速率表征一個信道傳輸數(shù)字信號能力的指標(biāo)稱為數(shù)據(jù)速率。波特率：位/秒（3）信道容量信道在單位時間內(nèi)可以傳輸?shù)淖畲笮盘柫浚?）信道：

3.數(shù)字調(diào)制技術(shù)由信源產(chǎn)生的原始電信號通常稱為基帶信號，由于它含有頻率較低的諧波分量，因此一般不宜在長距離的信道中直接傳輸，而是通過調(diào)制將其組合到更高頻率的載波上。所謂調(diào)制，就是利用調(diào)制信號(即攜帶有信息的基帶信號)去改變高頻振蕩載波的某個(或某幾個)參數(shù)的波形變換過程。3.數(shù)字調(diào)制技術(shù)

4.多路復(fù)用技術(shù)在一條物理通道上同時傳送多路信息的技術(shù)稱為多路復(fù)用技術(shù)。采用多路復(fù)用技術(shù)可把多個信號組合起來在一條物理電纜上進(jìn)行傳輸，節(jié)省電纜的安裝和維護(hù)費用，提高了信道的利用率。最常用的兩種復(fù)用技術(shù)：1）頻分多路復(fù)用(FrequencyDivisionMultiplexing,FDM)

2）時分多路復(fù)用(TimeDivisionMultiplexing,TDM)

6.1.2差錯控制技術(shù)信號傳輸過程中，由于噪聲影響、帶寬限制等因素造成發(fā)送端與接收端數(shù)據(jù)不一致產(chǎn)生誤碼差錯控制技術(shù)：1.奇偶校驗碼

2.方塊校驗

3.循環(huán)冗余校驗(CyclicRedundancyCheck，CRC)

4.差錯控制方法

1.奇偶校驗碼奇偶校驗是通過增加冗余位使碼字中“1”的個數(shù)保持奇數(shù)或偶數(shù)的校驗方法。如果冗余位使編碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)則為奇校驗，反之為偶校驗。這種方法的編碼效率很高(R=k/(k+1))物理實現(xiàn)容易，但漏檢率也高，因為它只能檢查出編碼中的1位差錯，而不能檢查出2位同時出錯。奇偶校驗碼是一種檢錯編碼，不具備糾錯能力。由于實用中2位同樣出差錯的機(jī)會較少，因此，這種檢錯方法仍被廣泛使用。

2.方塊校驗方塊校驗又叫做報文校驗或水平冗余校驗。它的設(shè)計思想是在上述垂直校驗的基礎(chǔ)上，在一批字符(報文)傳送之后，另外增加一個校驗字符，該字符的編碼方法是使每一位縱向代碼中“1”的個數(shù)成為奇數(shù)或偶數(shù)。例如傳送如下報文：有效數(shù)據(jù)位奇偶校驗位(奇校驗)字符110100100字符210000011字符310011000字符410100001字符510010001字符610000101方塊校驗字符1111010(奇校驗)0

采用這種方法校驗時，如果報文中有一個二進(jìn)制位出錯，不僅可從一行的校驗位中反映出來，同時從一列的校驗位中也能反映出來，根據(jù)行和列的校驗結(jié)果即可確定出錯位置，從而可以校正該出錯位，因此這是一種糾錯碼。這種編碼可使誤碼率降低2~4個數(shù)量級，糾錯效果十分顯著。其缺點是，在實現(xiàn)水平校驗時，冗余校驗位的編碼和檢測都較復(fù)雜。

3.循環(huán)冗余校驗(CyclicRedundancyCheck，CRC)采用循環(huán)冗余校驗時，將要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位序列當(dāng)作一個二進(jìn)制多項式f(x)的系數(shù)，在發(fā)送方用收發(fā)雙方預(yù)先約定的生成多項式G(x)去除，得到一個余數(shù)多項式。將余數(shù)多項式加到數(shù)據(jù)多項式之后發(fā)送到接收端。接收端用同樣的生成多項式G(x)去除接收數(shù)據(jù)多項式，得到計算余數(shù)多項式f‘(x)。如果計算余數(shù)多項式與接收余數(shù)多項式相同，則表示傳輸無差錯；如果計算余數(shù)多項式不等于接收余數(shù)多項式，則表示傳輸有差錯。CRC碼檢錯能力強，實現(xiàn)容易，是目前應(yīng)用最廣的檢錯碼編碼方法之一。

4.差錯控制方法利用編碼方法進(jìn)行差錯控制的方法有兩類：

自動請求重發(fā)(AutomaticRepeatQuest，ARQ).在ARQ方式中，接收端查出錯誤后設(shè)法通知發(fā)送方重發(fā)，直至收到正確碼字。這種方式要求發(fā)送方有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存放已發(fā)出的數(shù)據(jù)，而且有雙向信道便于收發(fā)雙方聯(lián)絡(luò)。

前向糾錯(ForwardErrorCorrection，F(xiàn)EC)。在FEC方式中，因為可前向糾錯，必須采用糾錯編碼，故使用的冗余位更多，編碼效率低，而且糾錯的設(shè)備要比檢錯的設(shè)備復(fù)雜得多。因此盡管FEC比ARQ方法優(yōu)越(可單向信道，發(fā)送端不設(shè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū))，但也只用在實時性要求特別高的場合，數(shù)據(jù)通信中使用更多的還是ARQ方式。此外，也可以將上述兩者混合使用，即當(dāng)碼字中的差錯個數(shù)在糾正能力以內(nèi)時，直接進(jìn)行糾正；當(dāng)碼字中的差錯個數(shù)超出糾正能力時，則接收端要求發(fā)送端重發(fā)，直到正確為止。

6.1.3通信規(guī)程與同步技術(shù)通信協(xié)議規(guī)定好一組二進(jìn)制數(shù)位代表的含義。1.異步通信方式

2.同步通信方式

1.異步通信方式圖6-2異步通信數(shù)據(jù)格式異步傳輸方式中，每傳送1個字符（7位或8位）都要在每個字符碼前加1個起始位，以表示字符代碼的開始，在字符代碼和校驗碼后面加1或2個停止位，表示字符結(jié)束。接收方根據(jù)起始位和停止位來判斷一個新字符的開始。從而起到通信雙方的同步作用。異步方式實現(xiàn)比較容易，但每傳輸一個字符都需要多使用2～3位，所以適合于低速通信。

2.同步通信方式圖6-3同步通信數(shù)據(jù)格式在通信中，接收端要按發(fā)送端所發(fā)送的每個碼元或數(shù)據(jù)塊的重復(fù)頻率以及起止時間來接收數(shù)據(jù)，這樣才能保證接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)一致，這就是所謂的“同步”在通信時，接收端要校準(zhǔn)自己的時間和重復(fù)頻率，以便和發(fā)送端保持一致，這一過程稱為“同步過程”。同步傳輸方式的信息格式是一組字符或一個二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)塊（幀）。對這些數(shù)據(jù)，不需要附加起始位和停止位，而是在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前先發(fā)送一個同步字符（01111110），用于接收方進(jìn)行同步檢測，從而使收發(fā)雙方進(jìn)入同步狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個字符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符或字節(jié)來標(biāo)識整個發(fā)送過程的結(jié)束。在同步傳送時，由于發(fā)送方和接收方將整個字符組作為一個單位傳送，且附加位又非常少，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。所以這種方法一般用在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，比如計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。

6.2串行通信接口6.2.1串行通信基本概念

6.2.2RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口

6.2.3RS-422A與RS-423A標(biāo)準(zhǔn)串行接口

6.2.4RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行接口

6.2.5智能儀器間串行通信實例

1.數(shù)據(jù)傳送速率——波特率(BaudRate)所謂波特率，是指每秒串行發(fā)送或接收的二進(jìn)制位(bit)數(shù)目，其單位為bit/s(每秒bit數(shù))，它是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)，也是衡量傳送通道頻帶寬度的指標(biāo)。6.2.1串行通信基本概念串行通信：構(gòu)成字符的每個二進(jìn)制數(shù)據(jù)位，依照一定的順序逐位進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健?/p>

2.單工、半雙工與全雙工圖6-4單工、半雙工、全雙工示意圖按發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的方向及能否同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送分類：單工(Single)方式：僅允許數(shù)據(jù)單向傳送。半雙工(Half-Duplex)方式：發(fā)送和接收數(shù)據(jù)分時使用同一條傳輸線路，即在某一時刻只能進(jìn)行一個方向的數(shù)據(jù)傳送。

全雙工(Full-Duplex)方式：采用兩根傳送線連接兩端設(shè)備，可同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

3.串行通信方式及規(guī)程串行通信有異步和同步兩種基本方式并行通信，是指數(shù)據(jù)的各位同時進(jìn)行傳送的方式。其特點是傳輸速度快，但當(dāng)距離較遠(yuǎn)，位數(shù)又多時導(dǎo)致了通信線路復(fù)雜且成本高。串行通信，是指數(shù)據(jù)一位一位的順序傳送的通信方式。其特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現(xiàn)通信，從而大大的降低了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳送速度慢。

6.2.2RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口1.總線描述

2.RS-232C的常用系統(tǒng)連接三、RS-232C標(biāo)準(zhǔn)RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA公布的串行通信標(biāo)準(zhǔn)。全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)

,EIA(ElectronicIndustryAssociation），RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)（RECOMMENDEDSTANDARD）的縮寫。232是標(biāo)識號，C是修改的次數(shù)。最初發(fā)展RS-232標(biāo)準(zhǔn)是為了促進(jìn)數(shù)據(jù)通信在公用電話網(wǎng)上的應(yīng)用，采用MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。適用于設(shè)備之間通信距離不大于15m，速度不高于20kbit/sRS-232C標(biāo)準(zhǔn)連接圖目前廣泛采用于計算機(jī)與外圍設(shè)備的串行異步通信接口中。RS-232C總線描述RS-232C標(biāo)準(zhǔn)定義了DCE（數(shù)據(jù)通信設(shè)備）與DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）之間進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌谛畔ⅲ?guī)定了接口的電氣信號和接插件的機(jī)械要求。采用25針連接器，規(guī)定DTE（應(yīng)該配插頭（帶插針），DCE應(yīng)該配插座（不帶插針）。在微型計算機(jī)通信中常用的是其中9個通信信號。這9個通信信號分為兩類：一類為基本數(shù)據(jù)傳輸信號，另一類為調(diào)制解調(diào)器控制信號。RS-232C電氣特性：采用負(fù)邏輯驅(qū)動器輸出電平：邏輯1：-5—-15V；邏輯0：5—15V傳輸距離：<=15m波特率<=20kb/sRS232協(xié)議介紹DB-25和DB-9的常用信號腳說明9針串口（DB-9）25針串口（DB-25）引腳號功能說明縮寫引腳號功能說明縮寫1數(shù)據(jù)載波檢測DCD8數(shù)據(jù)載波檢測DCD2接收數(shù)據(jù)RXD3接收數(shù)據(jù)RXD3發(fā)送數(shù)據(jù)TXD2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR5信號地GND7信號地GND6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR7請求發(fā)送RTS4請求發(fā)送RTS8清除發(fā)送CTS5清除發(fā)送CTS9振鈴指示BELL22振鈴指示BELLRS232協(xié)議介紹常用9信號介紹：1.聯(lián)絡(luò)控制信號線：

數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好（Datasetready-DSR)—有效時（ON）狀態(tài)，表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。DCE就緒。

數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(DataTerminalready-DTR)——有效時（ON）狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)終端可以使用。DTE就緒。

請求發(fā)送(Requesttosend-RTS)——用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使該信號有效（ON狀態(tài)），向MODEM請求發(fā)送。

允許發(fā)送（Cleartosend-CTS）——為發(fā)送清零。用來表示DCE準(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)，是對請求發(fā)送信號RTS的響應(yīng)信號。。

接收線信號檢出(DCD-ReceivedLinedetection-RLSD)——用來表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。當(dāng)本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠(yuǎn)地）的MODEM送來的載波信號時，使RLSD信號有效，通知終端準(zhǔn)備接收，并且由MODEM將接收下來的載波信號解調(diào)成數(shù)字兩數(shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線RxD送到終端。此線也叫做數(shù)據(jù)載波檢出(DataCarrierdectection-DCD）線。

振鈴指示(Ringing-RI)——當(dāng)MODEM收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效（ON狀態(tài)），通知終端，已被呼叫。RS232協(xié)議介紹2數(shù)據(jù)發(fā)送與接收發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitteddata-TxD)——通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，(DTE→DCE)。無數(shù)據(jù)發(fā)送時，線上的信號為‘1’。接收數(shù)據(jù)(Receiveddata-RxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)，(DCE→DTE)。無數(shù)據(jù)接收時，線上的信號為‘1’。3地線有兩根線SG、PG——信號地和保護(hù)地信號線，無方向。

圖6-6全雙工標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)連接在實際的短距離單片機(jī)與單片機(jī)之間、微機(jī)與微機(jī)化設(shè)備之間的通信中，如果由RS-232C連接在兩端的設(shè)備隨時都可以進(jìn)行全雙工的數(shù)據(jù)交換，則不需要進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)，則可以簡化為上述連接方式。發(fā)送與接收交叉連接（RXD,TXD）請求發(fā)送線(RTS)折回與自身的‘為發(fā)送清零’(CTS)線相連，表明無論何時都可以發(fā)送DCE就緒線與對方的DTE就緒線交叉互連，作為總線一端的設(shè)備檢測另一端的設(shè)備是否就緒的握手信號。載波檢測(DCD)與對方的請求發(fā)送(RTS)相連，使一端的設(shè)備能夠檢測對方設(shè)備是否在發(fā)送。2.RS-232C的常用系統(tǒng)連接圖6-7全雙工最簡系統(tǒng)連接

2.RS-232C的常用系統(tǒng)連接圖6-8調(diào)制解調(diào)器通信系統(tǒng)連接圖電容負(fù)載的最大驅(qū)動能力2500PF，限制了信號線最大長度如：每米分布電容為150PF雙絞線通信電纜，最大傳輸距離限制在15m對于長距離傳輸或無線傳輸，則需要用調(diào)制解調(diào)器通過電話線或無線收發(fā)設(shè)備連接。RS-232C電平的轉(zhuǎn)換（重要）RS-232C標(biāo)準(zhǔn)使用15V電源，并采用負(fù)邏輯，其邏輯1電平在-5V~-15V范圍內(nèi)，邏輯0電平在+5V~+15V范圍內(nèi)。TTL電平，邏輯1電平在+2V~+5V，邏輯0電平在0V~+0.8V。二者不兼容，需要電平轉(zhuǎn)換。RS-232C與TTL電平轉(zhuǎn)換器

(a)MC1488；(b)MC1489為了把+5V的TTL電平轉(zhuǎn)換為-2~+12V的RS-232C電平,輸出驅(qū)動器需要±12V電源。近年問世的一些RS-232C接口芯片采用單一的+5V電源,其內(nèi)部已經(jīng)集成了DC/DC電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng),而且輸出驅(qū)動器與接收器制作在同一芯片中,使用更為方便。例如MAX232,ICL232等。電平轉(zhuǎn)換芯片電平轉(zhuǎn)換芯片上下位機(jī)通過RS232進(jìn)行數(shù)據(jù)交流

應(yīng)用中會用到的max232芯片。 MAX232具有2路接收器和2路驅(qū)動器。MAX232：RS232S雙工發(fā)送器/接收器接口芯片美信（MAXIM）公司專為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳（T1IN）、10引腳（T2IN）輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從14腳（T1OUT）、7腳（T2OUT）送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳（R1IN）、8引腳（R2IN）輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳（R1OUT）、9引腳（R2OUT）輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。

6.2.3RS-422A與RS-423A標(biāo)準(zhǔn)串行接口RS-233C不足：數(shù)據(jù)傳輸速率低，一般低于20Kbit/s。傳輸距離短，一般局限于15m。有25芯D形插針和9芯D形插針等多種連接方式，不利于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。信號傳輸電路為單端電路，共模抑制性能較差，抗干擾能力弱。

RS-449標(biāo)準(zhǔn):目的在于支持較高的傳輸速率和較遠(yuǎn)的傳輸距離RS-423A(RS232兼容)單端輸出驅(qū)動，雙端差分接收，提高了總線干擾能力RS-422A(RS232不兼容)雙端輸出驅(qū)動，雙端差分接收,抑制共模干擾能力更強RS-422是RS-449標(biāo)準(zhǔn)的子集，傳輸率最大為10Mb/s，在此速率下，電纜允許長度為120m。如果采用較低傳輸速率，如90kb/s，最大距離可達(dá)1200m。定義了232所沒有的10種電路功能，規(guī)定了37腳連接器標(biāo)準(zhǔn)大負(fù)載能力強，一個可帶動10個接收器

6.2.4RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行接口1.RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)

RS-485是RS-422A的變形。它是為了適應(yīng)用最少的信號線實現(xiàn)多站互連,構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)的需要而產(chǎn)生的。兩個設(shè)備相連時，RS-422A為全雙工，可同時發(fā)送和接收；RS-485可以為半雙工，全雙工。常見的半雙工通信芯片有MAX481、MAX483、MAX485、MAX487等，全雙工通信芯片有MAX488、MAX489、MAX490、MAX491等。

對于RS-422A,數(shù)據(jù)信號線上只能連接一個發(fā)送驅(qū)動器,而RS-485卻可以連接多個,但在某一時刻只能有一個發(fā)送驅(qū)動器發(fā)送數(shù)據(jù)。因此,RS-485的發(fā)送電路必須由使能端E加以控制。RS-485用于多個設(shè)備互連,構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)十分方便,而且,它可以高速遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。因此,許多智能儀器都配有RS-485總線接口,為網(wǎng)絡(luò)互連,構(gòu)成分布式測控系統(tǒng)提供了方便。

1.RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)表6-2RS-485的電氣特性

2.RS-485收發(fā)器圖6-11MAX481的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和

引腳封裝圖只有兩根信號線A和B，信號線A為同相接收器輸入和同相發(fā)送器輸出，信號線B為反相接收器輸入和反相發(fā)送器輸出，由于是半雙工，所以有發(fā)送與接受的使能端DE引腳。RO：接收器輸出端。若A比B大200mV，RO為高；反之為低電平。RE：接收器輸出使能端。RE為低時，RO有效；為高時，RO呈高阻狀態(tài)。DE：驅(qū)動器（發(fā)送）輸出使能端。若DE＝1，驅(qū)動器輸出A和B有效；若DE＝0，則它們呈高阻態(tài)。若驅(qū)動器輸出有效，器件作為線驅(qū)動器用，反之作為線接收器用。DI：驅(qū)動器(發(fā)送)輸入端。DI＝0，有A＝0，B＝1；當(dāng)DI＝1，則A＝1，B＝0。A：同相接收器輸入和同相驅(qū)動器輸出。差分正輸入端B：反相接收器輸入和反相驅(qū)動器輸出。:差分負(fù)輸入端VCC：電源端，一般接+5V。GND：接地。其中平衡電阻R1，R2通常取100～300歐姆。典型的工作電路收發(fā)功能表全雙工通信有兩對4根信號線A、B和Y、Z，其中A、B專用作接收器輸入，A為同相、B為反相；而Y、Z專用作發(fā)送器輸出，Y為同相、Z為反相，所以構(gòu)成了全雙工通信。P1.7用來控制MAX485的接收或發(fā)送，其余操作同串口。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送時置P1.7為高電平，則使能端DE=1打開發(fā)送器D的緩沖門，發(fā)自單片機(jī)TXD端的數(shù)據(jù)信息經(jīng)DI端分別從D的同相端與反相端傳到RS-485總線上。當(dāng)接收數(shù)據(jù)時把P1.7置于低電平，此時使能端=0打開接收器R的緩沖門，來自于RS-485總線上的數(shù)據(jù)信息分別經(jīng)R的同相端與反相端從RO端傳出進(jìn)入單片機(jī)RXD端。RS-485更適合于多站互連（已經(jīng)具備了現(xiàn)場總線的概念），一個發(fā)送驅(qū)動器最多可連接大于32個負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器和收發(fā)器。其電路結(jié)構(gòu)是在平衡連接的電纜上掛接發(fā)送器、接收器或組合收發(fā)器，且在電纜兩端各掛接一個終端電阻用于消除兩線間的干擾。以PC機(jī)作主機(jī)，n個單片智能設(shè)備為從機(jī)、工作于主從方式的RS-485總線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。利用PC機(jī)配置的RS-232C串行端口，外配一個RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換器，可將RS-232C信號轉(zhuǎn)換為RS-485信號。每個從機(jī)通過MAX487E芯片構(gòu)建RS-485通信接口，就可掛接在RS-485總線網(wǎng)絡(luò)上，總線端點處并接的兩個120Ω電阻用于消除兩線間的干擾。RS-485總線網(wǎng)絡(luò)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)1200m（速率20kb/s）、傳輸速率最高可達(dá)2Mb/s（距離12m）。至于在網(wǎng)絡(luò)上最多允許掛接多少個從機(jī)，這主要取決于232/485轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動能力與485接口芯片的輸入阻抗與驅(qū)動能力，如果再加上中繼站，可以增加更多的從機(jī)數(shù)量。

RS-232C、RS-422A、RS485性能比較接口性能RS-232CRS-422ARS-485操作方式單端差動方式差動方式最大距離/m15(24kb/s)1200(100kb/s)1200(100kb/s)最大速率20kb/s10Mb/s10Mb/s最大驅(qū)動器數(shù)目1132最大接收器數(shù)目11032接收靈敏度±3V±200mV±200mV驅(qū)動器輸出阻抗300Ω60kΩ120kΩ接收器負(fù)載阻抗3～7kΩ>4kΩ>12kΩ負(fù)載阻抗3～7kΩ100Ω60Ω對共用點電壓范圍/V±25-0.25～+6-7～12作業(yè)：P1663,并完成軟件，實現(xiàn)把甲機(jī)的數(shù)送到乙機(jī)。小結(jié)1.并行總線與串行總線的基本概念；2.RS-232、RS-422/485標(biāo)準(zhǔn)通信接口總線。3.RS-232/485串行通信接口電路的設(shè)計（重點）4.了解常用串行接口驅(qū)動芯片。4.1GPIB通用接口總線4.1.1GP-IB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)概述

GP－IB即通用接口總線（GeneralPurposeInterfaceBus）是國際通用的儀器接口標(biāo)準(zhǔn)。目前生產(chǎn)的智能儀器幾乎無例外地都配有GP－IB標(biāo)準(zhǔn)接口。國際通用的儀器接口標(biāo)準(zhǔn)最初由美國HP公司研制，稱為HP-IB標(biāo)準(zhǔn)。1975年IEEE在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，將其規(guī)范化為IEEE－488標(biāo)準(zhǔn)予以推薦。1977年IEC又通過國際合作命名為IEC－625國際標(biāo)準(zhǔn)。此后，這同一標(biāo)準(zhǔn)便在文獻(xiàn)資料中使用了HP－IB，IEEE－488，GP－IB，IEC－IB等多種稱謂，但日漸普遍使用的名稱是GP－IB。

4.1.1GP-IB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)概述

GP-IB標(biāo)準(zhǔn)包括接口與總線兩部分：接口部分是由各種邏輯電路組成，與各儀器裝置安裝在一起，用于對傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行發(fā)送、接收、編碼和譯碼；總線部分是一條無源的多芯電纜，用做傳輸各種消息。將具有GP-IB接口的儀器用GP-IB總線連接起來的標(biāo)準(zhǔn)接口總線系統(tǒng)如圖所示。一、GP-IB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的基本特性

在一個GP-IB標(biāo)準(zhǔn)接口總線系統(tǒng)中，要進(jìn)行有效的通信聯(lián)絡(luò)至少有“講者”、“聽者”、“控者”三類儀器裝置。

講者是通過總線發(fā)送儀器消息的儀器裝置（如測量儀器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)等），在一個GP-IB系統(tǒng)中，可以設(shè)置多個講者，但在某一時刻，只能有一個講者在起作用。

聽者是通過總線接收由講者發(fā)出消息的裝置（如打印機(jī)、信號源等），在一個GP-IB系統(tǒng)中，可以設(shè)置多個聽者，并且允許多個聽者同時工作。

控者是數(shù)據(jù)傳輸過程中的組織者和控制者，例如對其他設(shè)備進(jìn)行尋址或允許“講者”使用總線等?？卣咄ǔＳ捎嬎銠C(jī)擔(dān)任，GPIB系統(tǒng)不允許有兩個或兩個以上的控者同時起作用。一、GP-IB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的基本特性控者、講者、聽者被稱為系統(tǒng)功能的三要素，對于系統(tǒng)中的某一臺裝置可以具有三要素中的一個、兩個或全部。GP-IB系統(tǒng)中的計算機(jī)一般同時兼有講者、聽者與控者的功能。（1）可以用一條總線互相連接若干臺裝置，以組成一個自動測試系統(tǒng)。系統(tǒng)中裝置的數(shù)目最多不超過15臺，互連總線的長度不超過20m。（2）數(shù)據(jù)傳輸采用并行比特（位）、串行字節(jié)（位組）雙向異步傳輸方式，其最大傳輸速率不超過1兆字節(jié)每秒。（3）總線上傳輸?shù)南⒉捎秘?fù)邏輯。低電平（≤＋0.8V）為邏輯“1”，高電平（≥＋2.0V）為邏輯“0”。（4）地址容量。單字節(jié)地址：31個講地址，31個聽地址；雙字節(jié)地址：961個講地址，961個聽地址。（5）一般適用于電氣干擾輕微的實驗室和生產(chǎn)現(xiàn)場。一、GP-IB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的基本特性GP-IB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的基本特性如下：總線上傳遞的各種信息通稱為消息。帶標(biāo)準(zhǔn)接口的智能儀器按功能可分為儀器功能和接口功能兩部分，所以消息也有儀器消息和接口消息之分。所謂接口消息是指用于管理接口部分完成各種接口功能的信息，它由控者發(fā)出而只被接口部分所接收和使用。

儀器消息是與儀器自身工作密切相關(guān)的信息，它只被儀器部分所接收和使用，雖然儀器消息通過接口功能進(jìn)行傳遞，但它不改變接口功能的狀態(tài)。接口消息和儀器消息的傳遞范圍如圖所示。

二、GP－IB標(biāo)準(zhǔn)接口的總線結(jié)構(gòu)

二、GP－IB標(biāo)準(zhǔn)接口的總線結(jié)構(gòu)

總線是一條24芯電纜，其中16條為信號線，其余為地線及屏蔽線。電纜兩端是雙列24芯疊式結(jié)構(gòu)插頭。

（1）8條雙向數(shù)據(jù)總線（DIO1～DIO8）作用：傳遞儀器消息和大部分接口消息，包括數(shù)據(jù)、命令和地址。由于這一標(biāo)準(zhǔn)沒有專門的地址總線和控制總線，因此必須用其余兩組信號線來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)總線上信息的類型。

（2）3條數(shù)據(jù)掛鉤聯(lián)絡(luò)線（DAV，NRFD和NDAC）作用：控制數(shù)據(jù)總線的時序，以保證數(shù)據(jù)總線能正確、有節(jié)奏地傳輸信息，這種傳輸技術(shù)稱為三線掛鉤技術(shù)。

（3）5條接口管理控制線（ATN，IFC，REN，EOI和SRQ）作用：控制GP－IB總線接口的狀態(tài)

二、GP－IB標(biāo)準(zhǔn)接口的總線結(jié)構(gòu)

16條信號線按功能可分為以下三組：

DAV（DATAVALID）數(shù)據(jù)有效線：當(dāng)數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)時，講者置DAV線為低（負(fù)邏輯），示意聽者從數(shù)據(jù)線上接收數(shù)據(jù)。

NRFD（NOTREADYFORDATA）數(shù)據(jù)未就緒線：只要被指定為聽者的聽者中有一個尚未準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，NRFD線就為低，示意講者暫不要發(fā)出信息。

NDAC（NOTDATAACCEPTED）數(shù)據(jù)未收到線：只要被指定為聽者的聽者中有一個尚未從數(shù)據(jù)總線上接收完數(shù)據(jù)，NDAC就為低，示意講者暫不要撤掉數(shù)據(jù)總線上的信息。三、三線掛鉤原理在GP－IB系統(tǒng)中，每傳遞一個字節(jié)的數(shù)據(jù)信息，源方（講者與控者）與受方（聽者）之間都要進(jìn)行一次三線掛鉤過程。三條掛鉤聯(lián)絡(luò)線的定義如下：（1）聽者使NRFD呈低電平，表示已做好接收準(zhǔn)備，總線上所有聽者是“線或”連接至NRFD線上，因此只要有一個聽者未做好準(zhǔn)備，NRFD就呈高電平。（2）講者發(fā)現(xiàn)NRFD呈低電平后，就把數(shù)據(jù)放在DIO線上，并令DAV為高電平，表示DIO線上的數(shù)據(jù)已經(jīng)穩(wěn)定且有效。（3）聽者發(fā)現(xiàn)DAV線呈高電平，就令NRFD呈高電平，表示準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。（4）在接收數(shù)據(jù)的過程中，NDAC線一直保持高電平，直至每個聽者都接收完數(shù)據(jù)，才變?yōu)榈碗娖健Ｋ新犝咭彩恰熬€或”接到NDAC線上。（5）當(dāng)講者檢出NDAC為低，就令DAV為低，表示總線上的數(shù)據(jù)不再有效。（6）聽者檢出DAV為低電平，就令NDAC再次變?yōu)楦唠娖?，以?zhǔn)備進(jìn)行下一個循環(huán)過程。假定地址已發(fā)送，聽者和講者均已受命。三線掛鉤過程如下：顯然，三線掛鉤技術(shù)可以協(xié)調(diào)快慢不同的設(shè)備可靠地在總線上進(jìn)行信息傳遞。4.1.2接口功能與接口消息一、儀器功能與接口功能自動測試系統(tǒng)中的任何一個儀器裝置都分為兩部分：一、儀器設(shè)備本身，它產(chǎn)生該儀器裝置所具備的儀器功能；二、接口部分，它產(chǎn)生該儀器裝置所需要的接口功能。

儀器功能的任務(wù)：把收到的控制信息變成儀器設(shè)備的實際動作，如調(diào)節(jié)頻率、調(diào)節(jié)信號電平、改變儀器的工作方式等等，這與常規(guī)儀器設(shè)備的功能基本相同，不同測量儀器的儀器功能存在很大差異。接口功能的任務(wù)：完成系統(tǒng)中各儀器設(shè)備之間的通訊，確保系統(tǒng)正常工作。

為保證接口系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和相容性，各儀器設(shè)備接口的設(shè)計必須遵照GP－IB標(biāo)準(zhǔn)的各項有關(guān)規(guī)定，不能自行規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)以外的任何新的接口功能。

4.1.2接口功能與接口消息二、接口功能的配置

一、前述的控者功能（C）、講者功能（T）和聽者功能（L）是一個自動測試系統(tǒng)中必不可少的三種最基本的功能。二、為使系統(tǒng)可靠進(jìn)行三線掛鉤，又設(shè)置了源掛鉤功能（SH）和受者掛鉤功能（AH）。源掛鉤功能為講者功能和控者功能服務(wù)，它利用DAV控制線向受者掛鉤功能表示發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有效；受者掛鉤功能主要為聽者功能服務(wù)。它利用NRFD和NDAC控制線向源掛鉤功能表示是否已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)。以上五種基本接口功能為系統(tǒng)提供了在正常工作期間使數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠傳輸?shù)哪芰?。但僅此還是不夠的，為了處理測試過程中可能遇到的各種問題，GP－IB又增加了五種具有相應(yīng)管理能力的接口功能。GP－IB標(biāo)準(zhǔn)把全部邏輯功能概括為十種接口功能：三、五種具有相應(yīng)管理能力的接口功能。

服務(wù)請求功能（SR）：當(dāng)系統(tǒng)中某一裝置在運行時遇到某些情況時（例如測量已完畢、出現(xiàn)故障等），能向系統(tǒng)控者提出服務(wù)請求的能力。

并行點名功能（PP）：系統(tǒng)控者為快速查詢請求服務(wù)裝置而設(shè)置的并行點名能力。只有配備PP功能的裝置才能對控者的并行點名做出響應(yīng)。

遠(yuǎn)控本控功能（R／L）：選擇遠(yuǎn)地和本地兩個工作狀態(tài)的能力。

裝置觸發(fā)功能（DT）：使裝置能從總線接收到觸發(fā)信息，以便進(jìn)行觸發(fā)操作。在一些要進(jìn)行觸發(fā)操作或同步操作裝置的接口中，必須設(shè)置DT功能。

裝置清除功能（DC）：能使儀器裝置接收清除信息并返回到初始狀態(tài)。系統(tǒng)控者通過總線命令使那些配置有DC功能的裝置同時或有選擇地被清除而回到初始狀態(tài)。并非每臺裝置都必須具有十種接口功能。例如一臺數(shù)字電壓表要接收程控命令，也發(fā)送測量數(shù)據(jù)，因而一般應(yīng)配置除控者之外的其他的九種功能；一臺信號源或打印機(jī)只需“聽”，所以通常只需配置AH，L，R/L和DT等接口功能。很顯然，除了控者的其他所有裝置都無需配置C功能。三、接口消息及編碼按用途來分，總線上傳遞的消息可分為接口消息和儀器消息兩大類。按傳遞的途徑來分，總線上傳遞的消息可分為本地消息和遠(yuǎn)地消息兩種。遠(yuǎn)地消息是經(jīng)總線傳遞的消息，它可以是儀器消息也可以是接口消息，用三個大寫英文字母表示，如MLA（我的聽地址）。本地消息是由儀器本身產(chǎn)生并在儀器內(nèi)部傳遞的消息，用三個小寫英文字母表示，如pon（電源開）。按使用信號線的數(shù)目來分，總線上傳遞的消息可又分為單線消息和多線消息兩種。用兩條或兩條以上信號線傳遞的消息稱多線消息，例如各種通令、指令、地址數(shù)據(jù)等。通過一條信號線傳輸?shù)南⒎Q為單線消息，例如ATN，IFC等。總線消息的分類：為確保接口的通用性，接口消息編碼格式必須作出統(tǒng)一明確的規(guī)定。單線接口消息通過一條信號線傳輸消息，無需編碼。多線接口消息是通過DIO線來傳輸?shù)南?，需要統(tǒng)一編碼。多線接口消息采用了7位編碼，主要分為通令、指令地址和副令(副地址)四類，如表4－1所示。4.1.3GP－IB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的運行圖4－4為一個用于數(shù)據(jù)采集的自動測試系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)的測試任務(wù)是對待測放大器的幅頻特性進(jìn)行測量，并將測試結(jié)果打印出來。計算機(jī)令信號發(fā)生器產(chǎn)生幅值固定、頻率可變的正弦信號，由頻率計測出信號的頻率，同數(shù)字電壓表測出放大器的輸出幅值，所測多組結(jié)果送給計算機(jī)計算后，求得幅頻特性并交給打印機(jī)打印出來。

(1)控制器通過C功能發(fā)出REN，使系統(tǒng)中所有裝置都處于控者控制之下。(2)控制器通過C功能發(fā)出IFC，使系統(tǒng)中所有裝置都處于初始狀態(tài)。(3)控制器發(fā)出信號發(fā)生器的聽地址，信號發(fā)生器接收地址后成為聽者。（4)控制器向信號發(fā)生器發(fā)出一個程控命令，使信號發(fā)生器輸出一個指定范圍頻率的正弦信號，幅值固定為一個值(如100mV)。（5)控制器取消信號發(fā)生器的聽命令狀態(tài)。（6)控制器發(fā)出頻率計的聽地址，頻率計成為聽者后測量輸入信號的頻率。（7)控制器發(fā)出頻率計的講地址，取消頻率計的聽命令狀態(tài)，控制器使自己接收頻率計發(fā)來的頻率測量值。（8)控制器發(fā)出數(shù)字電壓表的聽地址，數(shù)字電壓表成為聽者后測量輸出信號的幅值。（9)控制器發(fā)出數(shù)字電壓表的講地址，取消數(shù)字電壓表的聽命令狀態(tài)，控制器使自己成為聽者，接收數(shù)字電壓表發(fā)來的幅值測量值。

系統(tǒng)運行的大致工作流程如下：4.1.3GP－IB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的運行圖4－4為一個用于數(shù)據(jù)采集的自動測試系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)的測試任務(wù)是測試火箭上若干部位上的壓力。數(shù)百個壓力傳感器安置在被測火箭的各測試點上，在計算機(jī)的控制下，掃描器將順序采集到的傳感器輸出信號送往電橋，電橋?qū)⑤敵龅哪M量送給數(shù)字電壓表去測量，數(shù)字電壓表又將輸出的數(shù)字量送給計算機(jī)處理，最后由打印機(jī)將處理后的結(jié)果打印出來。

(1)控制器通過C功能發(fā)出REN，使系統(tǒng)中所有裝置都處于控者控制之下。(2)控制器通過C功能發(fā)出IFC，使系統(tǒng)中所有裝置都處于初始狀態(tài)。(3)控制器發(fā)出掃描器的聽地址，掃描器接收尋址后成為聽者。(4)控制器通過T功能向掃描器發(fā)命令，使掃描器選擇一個指定的傳感器。(5)控制器發(fā)出通令UNL，取消掃描器的聽受命狀態(tài)。(6)控制器發(fā)出電橋的聽地址，電橋接收尋址成為聽者后，接收選定傳感器送來的數(shù)據(jù)。(7)控制器發(fā)出通令UNL，取消電橋的聽受命狀態(tài)。(8)控制器發(fā)出電橋的講地址，使電橋成為講者；又發(fā)出數(shù)字電壓表的聽地址，使數(shù)字電壓表成為聽者。于是數(shù)字電壓表便測量電橋送來的測量信號。(9)控制器又發(fā)出通令UNL，取消聽受命狀態(tài)。(10)控制器發(fā)出數(shù)字電壓表的講地址，電橋講者資格被自動取消，數(shù)字電壓表成為講者。(11)控制器使自己成為聽者，于是數(shù)字電壓表的測量結(jié)果就送至計算機(jī)。(12)計算機(jī)處理完測量數(shù)據(jù)后，作為控者清除接口，發(fā)出打印機(jī)的聽地址。(13)打印機(jī)打印計算機(jī)送來的數(shù)據(jù)。(14)打印機(jī)打印完數(shù)據(jù)后，控制器選擇下一個壓力傳感器，開始新的循環(huán)。系統(tǒng)運行的大致工作流程如下：

4.GP-IB接口評價

GP-IB最早是為儀器之間通信設(shè)計的，在電氣上采用并行數(shù)據(jù)連接，在當(dāng)時背景下比串行通信要快得多，因此在儀器通信及其他檢測系統(tǒng)的近距離通信中發(fā)揮了巨大的作用。隨著串行通信技術(shù)的不斷提高，GP-IB也受到了巨大的挑戰(zhàn)，這是因為串行接口已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了GP-IB的通信速度。所以近年來，除儀器行業(yè)以外，人們在設(shè)計新的檢測系統(tǒng)時，基本上已不再考慮使用GP-IB接口，除非用戶有特殊要求。儀器行業(yè)因歷史原因為了儀器之間的配套，即使是新設(shè)計的儀器有時也不得不配置GP-IB接口，所以GP-IB接口同樣有自己的用武之地。也許GP-IB接口在考慮到機(jī)械及電氣的兼容性的前提下會有飛躍性的改進(jìn)。4.2GP-IB接口電路的設(shè)計4.2.1GP-IB接口芯片簡介接口系統(tǒng)的設(shè)計歸根到底是接口功能的實現(xiàn)問題。為了簡化接口設(shè)計，目前已有一些廠家成功地將GP-IB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部接口功能制作在一塊或兩塊大規(guī)模集成電路塊上，使用很方便。通常使用的接口芯片如表4-2所示。（本章重點介紹Intel公司的接口芯片）

8291A具有用硬件實現(xiàn)除控者之外的其余全部9種標(biāo)準(zhǔn)接口功能；具有自動三線掛鉤聯(lián)絡(luò)、自動管理接口尋址等能力，大大簡化了接口管理軟件的設(shè)計。由8個8位寫寄存器和8個8位讀寄存器組成，這些寄存器相互之間以及與接口功能和譯碼部件之間通過內(nèi)部總線進(jìn)行聯(lián)系。對8291A的程控就是通過對這些寄存器組進(jìn)行讀／寫操作來完成的。例如，當(dāng)8291被尋址為講者時，就先將數(shù)據(jù)送到輸出寄存器，然后。再進(jìn)行掛鉤操作，把數(shù)據(jù)送到接口母線上，以便控者進(jìn)行讀取。一、8291A接口芯片4.2.1GP-IB接口芯片簡介

面向微處理器總線的信號端：

D0～D7：雙向數(shù)據(jù)總線，RS0～RS2：片內(nèi)寄存器的選擇碼輸入端，CS：片選輸入端，RD，WR：讀、寫選通輸入端，INT：中斷請求輸出端，TRIG：觸發(fā)輸出端，CLOCK：時鐘信號輸入端，RESET：復(fù)位信號輸入端，DREQ，DACK：DMA操作請求輸出端、響應(yīng)信號輸入端等

面向GP－IB標(biāo)準(zhǔn)接口總線的信號端：DIO1～DIO8：8位標(biāo)準(zhǔn)接口數(shù)據(jù)總線輸入／輸出端，DAV，NRFD，NDAC：掛鉤控制總線信號的輸入／輸出端，ATN，IFC，REN，SRQ，EOI：為控制管理總線的輸入／輸出端以及雙向端口。上述信號端借助于收／發(fā)器，便能與標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)有效地交換信息。8291A：40腳雙列直插封裝，引腳安排如圖

8292接口芯片僅有控者功能，并且它必須與8291聯(lián)合使用。當(dāng)兩者一起使用時，可以組合成具有全部十種接口功能的標(biāo)準(zhǔn)接口電路。8292實質(zhì)上是一片8041單片機(jī)，片內(nèi)ROM固化了一段專門的程序，使內(nèi)部RAM作為專用寄存器組使用，I／O端口用來提供總線的各種控制信號及輔助信號，以便與8291A有機(jī)地溝通起來，完成控者的功能。二、8292控者接口芯片

8292：40腳雙列直插封裝，引腳安排如圖

與微處理器相接的信號端主要有：D0～D7，CS，RD，WR，RESET，A0等

與GP－IB總線相接的信號端有：DAV（雙向握手信號，IFC（接口清除信號輸出端），TCI，SPI，OBFI，IBFI，SRQ，SRQ等為保證接入系統(tǒng)中每個儀器的接口對總線所具有的驅(qū)動能力都能符合特定的要求，接口芯片必須經(jīng)總線收／發(fā)器。

8293總線收／發(fā)器是專門為配合8291A，8292接口芯片而設(shè)計的。三、8293總線收／發(fā)器

8293內(nèi)部包括9路收／發(fā)通道和適應(yīng)不同工作模式的附加電路，每路的收／發(fā)方向可由T／R來控制。接收時采用施密特電路以增強抗干擾能力，發(fā)送時選用OC方式或三態(tài)方式。8293可預(yù)置成四種模式之一。4.2.2智能儀器的GP-IB接口設(shè)計單獨使用8291就可以為智能儀器組成功能相當(dāng)齊全的GP-IB接口。右圖示出了某智能LCR測試儀的GP-IB接口原理圖。儀器控制采用單片機(jī)8301，接口電路選用8291接口芯片與四片母線收/發(fā)器MC3448相連構(gòu)成。GP-IB接口部分初始化程序流程圖及部分中斷程序流程圖4.2.3控制器的GP-IB接口設(shè)計當(dāng)8291與8292聯(lián)合使用時，則可為一臺微處理器系統(tǒng)組成GP－IB控制器接口，其原理如圖所示。圖中，8291負(fù)責(zé)GP－IB的數(shù)據(jù)總線和握手總線交換信息；8292則控制GP－IB管理線中的4條(IEC，ATN，REN，SRQ)，而余下的EOI總線則由雙方分管：

6.4USB通用串行總線6.4.1USB的特點

6.4.2USB的系統(tǒng)描述

6.4.3USB總線協(xié)議

6.4.4USB數(shù)據(jù)流

6.4.5USB的容錯性能

6.4.6USB設(shè)備

6.4.7USB系統(tǒng)設(shè)置

6.4.8USB系統(tǒng)中的主機(jī)

6.4.9基于USB總線的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)計實例

6.4USB通用串行總線用戶易用性：電纜連接和連接頭采用單一模型，電氣特性與用戶無關(guān)，并提供了動態(tài)連接、'動態(tài)識別等特性。應(yīng)用的廣泛性：USB總線傳輸速率從幾Kbit/s到幾Mbit/s甚至上百Mbit/s，并在同一根電纜線上支持同步、異步兩種傳輸模式。使用的靈活性：USB總線允許對設(shè)備緩沖區(qū)大小進(jìn)行選擇，并通過設(shè)定緩沖區(qū)的大小和執(zhí)行時間，支持各種數(shù)據(jù)傳輸速率和不同大小的數(shù)據(jù)包。容錯性強：USB總線在協(xié)議中規(guī)定了出錯處理和差錯校正的機(jī)制，可以對有缺陷的設(shè)備進(jìn)行認(rèn)定，對錯誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正或報告。5)“即插即用”的體系結(jié)構(gòu)：USB總線具有簡單而完善的協(xié)議，并與現(xiàn)有的操作系統(tǒng)相適應(yīng)，不會產(chǎn)生任何沖突。6)

性價比較高：USB雖然擁有諸多優(yōu)秀的特性，但其價格較低。6.4.1USB具有如下一些特點：2008年11月26日，USB促進(jìn)委員會正式向全世界宣布，下一代USB3.0接口規(guī)范已經(jīng)制定完畢！USB3.0將支持高達(dá)5.0Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速度。它幾乎是傳統(tǒng)USB2.0接口的10倍。支持更快的充電速度，以及平均耗電比USB2.0還少三分之二等優(yōu)勢。USB系統(tǒng)分為USB主機(jī)、USB設(shè)備和USB連接3部分。任何USB系統(tǒng)中只有一臺主機(jī)，USBHOST有以下功能:管理USB系統(tǒng)；每毫秒產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù)；發(fā)送配置請求對USB設(shè)備進(jìn)行配置操作；對總線上的錯誤進(jìn)行管理和恢復(fù)。

USB系統(tǒng)和主機(jī)系統(tǒng)的接口稱為主機(jī)控制器（HostController）,它是由硬件和軟件綜合實現(xiàn)的。USB設(shè)備包括集線器（Hub）和功能部件（Function）兩種類型。集線器為USB提供了更多的連接點,功能部件則為系統(tǒng)提供了具體的功能。USB的物理連接為分層星型布局,每個集線器處于星型布局的中心,與其他集線器或功能部件點對點連接。根集線器置于主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，用以提供對外的USB連接點。圖6-18USB總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)6.4.2USB的系統(tǒng)描述USB采用四線電纜，其中兩根是用來傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根為下游設(shè)備提供電源。VBUSD—GNDD+VBUSD+D—GND分兩種數(shù)據(jù)傳輸模式：12Mb/s高速信號模式和1.5Mb/s低速信號模式,兩種模式可在同一USB總線傳輸時自動切換。由于過多采用低速模式會降低總線的利用率,因此該模式只支持有限幾個低速設(shè)備（如鼠標(biāo)等）。若采用同步傳送方式,時鐘信號與差分?jǐn)?shù)據(jù)將一同發(fā)送（時鐘信號轉(zhuǎn)換成單極性非歸零碼）,每個數(shù)據(jù)包中均帶有同步信號以保證接收方還原出時鐘。UBUS、GND兩條線用來向USB設(shè)備提供電源。UBUS的電壓為+5V。為了保證足夠的輸入電壓和終端阻抗,重要的終端設(shè)備應(yīng)位于電纜尾部,每個端口都可檢測終端是否連接或分離,并區(qū)分出高速或低速設(shè)備。所有設(shè)備都有一個上行或下行的連接器,上行連接器和下行連接器不可互換,因而避免了集線器間非法的、循環(huán)往復(fù)的連接。同一根電纜中還有一對互相纏繞的數(shù)據(jù)線。連結(jié)器有4個方向,并帶有屏蔽層,以避免外界的干擾USB電源包括電源分配和電源管理兩方面內(nèi)容。電源分配是指USB如何分配主機(jī)所提供的能源。需要主機(jī)提供電源的設(shè)備稱做總線供電設(shè)備（如鍵盤、輸入筆和鼠標(biāo)等）。自帶電源設(shè)備被稱做自供電設(shè)備。USB系統(tǒng)的主機(jī)有與USB相互獨立的電源管理系統(tǒng),系統(tǒng)軟件可以與主機(jī)的能源管理系統(tǒng)結(jié)合,共同處理各種電源事件,如掛起、喚醒等。圖6-19USB電纜及信號USB主機(jī)控制器(負(fù)責(zé)激活USB系統(tǒng)的處理動作)/根集線器(提供USB連接端口或USB集線器)

主機(jī)根集線器Hub端口USB設(shè)備HubHub端口USB設(shè)備USB設(shè)備：

USBDEVICE接收USB總線上的所有數(shù)據(jù)包，通過數(shù)據(jù)包的地址域來判斷是不是發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包：若地址不符，則簡單地丟棄該數(shù)據(jù)包；若地址相符，則通過響應(yīng)USBHOST的數(shù)據(jù)包與USBHOST進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。低速設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)高速設(shè)備：CCD、移動硬盤USB系統(tǒng)的基本構(gòu)架USB集線器

提供USB連接端口給USB設(shè)備或USB集線器來使用。用于設(shè)備擴(kuò)展連接，所有USBDEVICE都連接在USBHUB的端口上。一個USBHOST總與一個根HUB(USBROOTHUB)相連。4條引線：+5V電源線、地和兩個信號線當(dāng)端口沒有連接USB設(shè)備時，信號線上電平恒為0；當(dāng)有設(shè)備連接至端口，一條數(shù)據(jù)線被提升，趨近于3.3V，而另一條仍維持接地狀態(tài)，就可以確定有設(shè)備連接上。USB電氣特性總線供電設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)自供電設(shè)備：打印機(jī)、掃描儀等

6.4.3USB總線協(xié)議(課后了解)每次傳送開始時，主機(jī)控制器將發(fā)送一個描述傳輸?shù)牟僮鞣N類、方向、USB設(shè)備地址和端口號的USB數(shù)據(jù)包，被稱為標(biāo)記包USB設(shè)備從解碼后的數(shù)據(jù)包的適當(dāng)位置取出屬于自己的數(shù)據(jù)。傳輸開始時，由標(biāo)記包來設(shè)置數(shù)據(jù)的傳輸方向，然后發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)包，接收端則發(fā)送一個對應(yīng)的握手?jǐn)?shù)據(jù)包以表明是否發(fā)送成功。多數(shù)信道在USB設(shè)備設(shè)置完成后才會存在。而默認(rèn)控制信道當(dāng)設(shè)備一啟動后即存在，從而為設(shè)備的設(shè)置、狀況查詢和輸入控制信息提供了方便。USB是一種輪詢方式的總線,主機(jī)控制器初始化所有的數(shù)據(jù)傳送。USB協(xié)議反映了USB主機(jī)與USB設(shè)備進(jìn)行交互時的語言結(jié)構(gòu)和規(guī)則。

6.4.4USB數(shù)據(jù)流(課后了解)控制傳送：控制傳送采用了嚴(yán)格的差錯控制機(jī)制，其數(shù)據(jù)傳送是無損的。批傳送：批量數(shù)據(jù)即大量數(shù)據(jù)，如打印機(jī)和掃描儀中所使用的數(shù)據(jù)。中斷傳送：中斷數(shù)據(jù)是少量的，要求傳送延遲時間短的數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)可由設(shè)備在任何時刻發(fā)送,并且以不慢于設(shè)備指定的速度在USB上傳送。中斷數(shù)據(jù)一般由事件通告、特征及坐標(biāo)組成,只有一個或幾個字節(jié)。

4)同步傳送：在建立、傳送和使用同步數(shù)據(jù)時，需滿足其連續(xù)性和實時性，使同步數(shù)據(jù)以穩(wěn)定的速率發(fā)送和接收。為使接收方保持相同的時間安排,同步信道帶寬的確定必須滿足對相關(guān)功能部件的取樣特征。除了傳輸速率,同步數(shù)據(jù)對傳送延遲非常敏感,因此也須做相關(guān)處理。一個典型的例子是聲音傳送,如果數(shù)據(jù)流的傳輸速率不能保證,則數(shù)據(jù)丟失將取決于緩沖區(qū)和幀的大小。主機(jī)與設(shè)備之間的通信。有4種基本的數(shù)據(jù)傳送類型

6.4.5USB的容錯性能(課后了解)USB提供了多種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，極大地保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。如使用差分驅(qū)動的接收和防護(hù)，以保證信號的完整性；使用循環(huán)冗余碼，以進(jìn)行外設(shè)裝卸的檢測和系統(tǒng)資源的設(shè)置，對丟失和損壞的數(shù)據(jù)包暫停傳輸；利用協(xié)議自我恢復(fù)，以建立數(shù)據(jù)控制信道，從而使功能部件避免了相互影響。在錯誤檢測方面，協(xié)議中對每個包的控制位都提供了循環(huán)冗余碼，并提供了一系列的硬件和軟件設(shè)施來保證數(shù)據(jù)的正確性。循環(huán)冗余碼可對1位或2位的錯誤進(jìn)行100%的恢復(fù)。在錯誤處理方面，協(xié)議在硬件和軟件上均有措施。硬件的錯誤處理包括匯報錯誤和重新進(jìn)行一次傳輸，傳輸中若再次遇到錯誤，由USB的主機(jī)控制器按照協(xié)議重新進(jìn)行傳輸，最多可進(jìn)行3次。若錯誤依然存在，則對客戶端軟件報告錯誤，使之按特定方式處理。

6.4.6USB設(shè)備圖6-20USB集線器示意圖集線器功能部件USB設(shè)備有集線器和功能部件兩類。在即插即用的USB結(jié)構(gòu)體系中,集線器簡化了USB互連的復(fù)雜性,可使更多不同性質(zhì)的設(shè)備連入USB系統(tǒng)中。集線器各連接點被稱作端口,上行端口向主機(jī)方向連接（每個集線器只有1個上行端口）,下行端口可連接另外的集線器或功能部件。集線器具有檢測每個下行端口設(shè)備的安裝或拆卸的功能,并可對下行端口的設(shè)備分配能源,每個下行端口可辨別所連接的設(shè)備是高速還是低速。集線器包括兩部分：集線控制器和集線再生器。集線再生器位于上行端口和下行端口之間,可放大衰減的信號和恢復(fù)畸變的信號,并且支持復(fù)位、掛起、喚醒等功能。通過集線控制器所帶的接口寄存器,可使主機(jī)對集線器的狀態(tài)參數(shù)和控制命令進(jìn)行設(shè)置,并監(jiān)視和控制其端口。功能部件是通過總線進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)或控制信息的USB設(shè)備,由一根電纜連在集線器某個端口上。功能部件一般相互獨立,但也有一種復(fù)合設(shè)備,其中有多個功能部件和一個內(nèi)置集線器,并共同利用一根USB電纜。每個功能部件都含有描述該設(shè)備的性能和所需資源的設(shè)置信息。主機(jī)應(yīng)在功能部件使用前對其設(shè)置,如分配USB帶寬等。定位設(shè)備（鼠標(biāo)、光筆）、輸入設(shè)備（鍵盤）、輸出設(shè)備（打印機(jī)）等都屬于功能部件。

6.4.7USB系統(tǒng)設(shè)置USB設(shè)備可隨時安裝或拆卸，所有USB設(shè)備連接在USB系統(tǒng)的某個端口上。集線器有一個狀態(tài)指示器，可指明USB設(shè)備的連接狀態(tài)。主機(jī)將所有集線器排成隊列以取回USB設(shè)備的連接狀態(tài)信號。在USB設(shè)備安裝后，主機(jī)通過設(shè)備控制信道來激活該端口，并將默認(rèn)的地址值賦給USB設(shè)備(主機(jī)對每個設(shè)備指定了唯一的USB地址)，同時檢測這種新安裝的USB設(shè)備是下一級的集線器還是功能部件。如果安裝的是集線器，并有外設(shè)連在其端口上，上述過程對每個USB設(shè)備的安裝都要做一遍；如果安裝的是功能部件，則主機(jī)關(guān)于該