第5章智能仪器通信接口技术last解析

1、$5章 智能仪器的通信接口技术* 5.1.1异步通信和同步通信串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通信两 种基本通信方式。2.异步通信(Asynchronous Communication)在异步通信中，数据通常是以字符或字节为单位 组成数据帧进行传送的。收、发端各有一套彼此独 立，互不同步的通信机构，由于收发数据的帧格式 相同，因此可以相互识别接收到的数据信息.异步通信协议规定每个数据以相同的位串形式传送，每个串行数 据由起始位.数据位.奇偶校验位和停止位组成.异步通信信息 帧格式如图7-2所示第字符第n字符帧第n + 1字符帧偶停 8位数据蠶停止位 奇偶校验起始位一8位数据8位数据DO

2、D1图7-2异步通信帧格式它用一个起始位表示字符开始，用停止位表示字符结束构成一帧. 图中起始位占用一位，8位数据位，1位奇偶校验位，加上这一使字 符串为“1”的位为奇数（或偶数），停止位可以是1位，1位半或2 位.传送时数据的低位在前，高位在后.另外字符之间允许有不定 长度的空闲位（空闲位为高电平）。（1）起始位：在没有数据传送时，通信线上处于逻辑“1”状态.当发送端要发送1个字符数据时，首先发送1个逻辑“0”信号，这个低电平便是帧格式的起始位。其作用是向接收端表示发送端开始发送一帧数据。接收端检 测到这个低电平后，就准备接收数据信号。（2）数据位：在起始位之后，发送端发出（或接收端接收）的

3、是数 据位，数据的位数没有严格的限制，58位均可。 由低位到高位逐位传送。(3)奇偶校验位：数据位发送完(接收完)之后，可发送一位用来检 验数据在传送过程中是否出错的奇偶校验位.奇 偶校验是收发双方预先约定好的有限差错检验方 式之一。有时也可不用奇偶校验.(4)停止位：字符帧格式的最后部分是停止位，逻辑“V电平 有效，它可占1位.15位或2位。停止位表示传送 一帧信息的结束，也为发送下一帧信息作好准备。右 5丄2串行通信的波特率波特率(Baud Rate)是串行通信中一个重要概念，它是指传输数据的速率，亦称比特率.波特率的定义是每秒传输 二进制数码的位数,它的单位是位/秒(b/s)如：波特率

4、为1200bps是指每秒钟能传输1200位二进制数码。波特率的倒数即为每位数据传输时间.例如:波特率为1200bps,每位的传输时间为：T? = 0. 833 (砂)d 1200规定的标准波特率：50, 75, 110, 300, 600, 12002400, 4800, 9600, 19200b/s举例：在某异步串行通信中，传送一个字符，包括一个起始位，8个数据 位，1个偶校验位，二个停止位。设波特率为1200b/s,则每秒 所能传送的字符数是：1200/ (1+8+1+ 2) =100个5.2串行通信标准占521 RS232C标准R颅2C是在异步串行通传中应用最广的总线标准，它适用于短 距

5、离或带调制解调器的通传场合.RS-232C标准是美国EIA与BELL等公司一起开发的1969年公布的 数据通传标准.它适合于数据传输速率在0 - 20000b/s范围内的 通信.该标准定义了数据终端设备DTE (Data Terminal Equipment)和数据通信设备DCE( Data Communication Equ i pmen t)之间的接口信号特性.其中DTE也可以是计算机， DCB般是指调制解调器(MODEM).它作为一种标准，目前已 在微机通信接口中广泛采用，在IBM PC机上的COM1、COM2接口， 就是 RS-232CM 口.电气特性其逻辑电平定义为负逻辑：对数据信息

6、而言，逻辑的电平低于-3V,逻辑“(尸的电平高 于+3V;也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可有效地 检查出来，介于3V和+3V之间的电压无意义，低于丄5V或高于 +15V也认为无意义。因此，实际工作时应保证电平在土(515V) 之间.显然，EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态的，与TTL以 高低电平表示逻辑状态的规定不同.因此，为了能够同终端的 TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTI.电路之间进行电平和 逻辑关系的变换.(2)端子定义丄接收线路信号检测DCD数据准备好DSR2接收数粧RXDDB9元青求发送RTS3发送数据TKDg清除发送CTS1数据终端准备就绪

7、DTR 我铃指示RI了信号地GND图7. 4微机9针D形串口连接器一类为基本数据传送信号有TXD,RXD,GNDTXI) (Transmitted data):为发送数据信号。串行数据传送信号由该脚发出送上通信线路 到MODEM (DTE-*DCE),在不传送数据时该脚为逻辑1 RXD (Received data):接收数据信号，来自通信线路的串行数据信号由该脚进入系统 (DCEtDTE)GND：地信号，是其它引脚的参考电位信号（3）电平转换零调制解调器连接零调制解调器DTETxD11TxDTYTFRxDRxDJ 1GND11GND图4-17“零调制解调器”连接这种方法只适于丄5m以内的串行

8、通信由于RS-232C信号电平与TTL电平不兼容，因此，为了与 TTL器件连接必须进行信号电平转换.实现这科电平转换的 电路称为RS-232CM口电路.一般有两种形式：一种是采用 运算放大器、晶体管、光电隔离器等器件组成的电路来实 现；另一种是釆用专门集成芯片（如MC1488、MC1489. MAX232等）来实现.丄 MAX232接口电路MAX232芯片是M AX1M 公司生产的具有两路接收 器和驱动器的IC芯片， 其内部有一个电源电压变 换器，可以将输入+5V的 电压变换成RS-232C输出 电平所需的土 12V电压.图 MAX232引脚图aMAX 25?（b）MAX 233所以采用这种芯

9、片来实现 接口电路特别方便，只需 单一的+5V电源即可。图I 18 苗种新型的RS-232C IHj IHUf H换器图 用MAX232实现串行通信接口电路图522 RS-422标准RS-232C虽然应用广泛，但其存在以下不足:(1) 数据传输速率低，一般低于20kb/so(2) 传输距离短，一般局限于15叭 即使采用较好的器件及 优质同轴电缆，最大传输距离也不能超过6 Om.(3) 有25芯D型插针和9芯D型插针等多种连接方式，不利于 标准化设计.(4) 信号传输电路为单端非对称接口电路，即一根信号线和 一根地线。共模抑制性能较差，抗干扰能力弱.为了弥补这些不足，EIA公布了适应于远距离传输

10、的RS-422 (平衡传输线)和RS-423 (不平衡传输线)标准.为改进RS-232, RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率 提高到10Mb/s,传输距离延长到4000英尺（速率低于 100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多丄0个接收器。特点:（1）采用平衡发送器和差动接收器，由于是双线传输，大大提高了抗共模干扰的能力。两条传输线的电位差决定逻辑电平:AA-BB+2V,表示 “0”(2)传输速率10Mbps 15m时)90Kbps 1200m时)RS422A与TTL电平转换最常用的是传输线驱动器SN75174.MC3487和传输线接收器SN75175. MC3486（5.

11、2-3 RS-485标准RS-485实际是RS-422A的变型，它是为了适应用最少的信号线实现 多站互连,构建数据传输网的需要而产生的.它与RS-422A的不同 之处在于：两个设备相连时，RS-422A为全双工，RS-485为半双工；对于RS-422A,数据信号线上只能连接一个发送驱动器，而RS-485 却可以连接多个,但在某一时刻只能有一个发送驱动器发送数据。 因此,RS-485的发送电路必须由使能端E加以控制.抗干扰能力强，传送距离远，传输速率高.数传率：100Kbps 1. 2Km9.6Kbps 15Km 10Mbps nvr*i lutfvtr rntiTTME nsn_ht./Tna

12、n初MO fi i MJ 13M.M5 ！9lfRP1R14；例儿B两台单片机，均采用11.0592MHz晶振。A机以2400bps波特率将plPI数 据读入并发送给B机，B机正确找收后输出到pll 1 o；A、B两机的RXD、7XD交义相连并共地。两机串行口均设置为方式1,定时器T1 定时初值为F4H.两机采用查询控;制方式程序如下：；A机发送;程序：ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN: MOV TMOD,#20H汀 1.定时方式2MOV TL1,#0F4H ；波特率为2400bps M0VTH1, #0F4HSETBTR1；启型MOV SCON,#40H ；串口

13、方式1MOV P1Z#OFFHMAIN1: MOV A,P1CJNE A,#0FFH,NEXTLJMP MAIN1NEXT:SETB P2.0MOV SBUF=A JNB TI#$ CLRTI UMP MAIN1 END；启动巾口发送；等待发送完毕；洁发送中断标志；B机接收程序ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN:MOV P1,#OOHMOV TMOD,#2OH;T1 定时方式2MOV TL1Z#OF4H ；波特率为2400bpsMOV TH1Z#OF4HSETB TRI；启动T1MOV SCON,#50H ;串 口方武 1CLR P2.0MAIN1JNB RI,$

14、；等待接收MOV A,SBUF；读取接收数据MOV Pl,ACLR RI；清发送中断标志LJMP MAIN1END5.3并行通信接口GP-IB即通用接口总线(GeneralPurpose Interface Bus) 用的仪器接口标准。是国HPIBIEEE-488 IEC-625 IEC-IB(1975 IEEE) (1977 IEC)际通dio5D1QDIO7 DIOg REN GND GND GND GND GND GND 信号抱图515 GPTB插座端子GP-IB标准包括接口与总线两部分接口部分是由各种逻辑电路组成，与各仪器装置安装在 一起，用于对传送的信息进行发送、接收、编码和译码总线

15、部分是一条无源的多芯电缆，用作传输各种消息。通用按图.CP-IB标准接口总线系统5-3-1 IEEE-488接口系统的基本特性:连接方式：总线式连接，仪器宜接并联在总线上.相互可以直接通信而无需通 过中介单元.如计算机等。:数传方式：位并行(Bit parallel),字节申行(Byteyerlal)双向异步传送 方式。其最大数据传输速率为MB/気 :数传距离：系统总线长度最好不超过2m X设备数，而总长不允许超过20m。 如果距离过长，信号可能畸变，传输的可靠性下降，数据的传输速率也就会降低。:仪器容鼠：由于受发送器负载能力的限制，系统内仪器最多不超过15台。:消息逻辑：总线上传输的所有消息

16、采用负逻辑。低电平(W + 0.8V)为逻辑 髙电平(壬+ 2.0V)为逻辑“0X 与标准TTL电平兼容。:总线构成：由丄6条信号线构成，其中8条为数据线，3条为挂钩线，5条管理线:一般适用于电气干扰轻微，如实验室、生产测试环境等场合。土 532 TEEE-488总线结构GPIB总线是一个24脚(扁型接口插座)并行总线。其 中，丄6根线为TTL电平信号传输线，包括8条双向数据线、 3条数据传送控制线(挂钩线)、5条接口管理线，另8条 为逻辑地线及屏蔽线。(1) 8条双向数据总线(DIODIOs),由于GPIB没有专门 的地址总线和控制总线，所以8条数据总线不仅用来传送数据， 还要传送控制命令和

17、地址，即控者发出的各种通令、指令、地 址和副令，讲者发送的各种测量数据。(2) 3条数据挂钩联络线(DAV.NRFDffNDAC),用以保证 信息的可靠传输。(3) 接口管理线,作用是控制GP-IB总线接口状态数据挂钩联络线通过三线挂钩的联络应答关系来实现设备输入和设备输出时的信息交 换。保证数据总线能正确、有节奏的传输信息。 DAV(DATA VAUD)数据有效线当DAV的逻辑状态为“(低电平)时，表DIO上的数据有效，听者可 以从DIO线上接收数据；当(高电平)时，表DIO上数据无 效，听者不能接收DIO线上的数据. NRFD (NOT RADY FOR DATR) 未准备好接收数据线NR

18、FD=-1-,表示系统中至少有一个听者未准备好接收数据，示意讲者 暂不要发出信息，即使数据已置于DIO线上，也不能令数据有效。 NRFD=9X表全部听者均己做好接收数拡的准备，此时讲者或控者可 以向DIO线发送数据o ND AC (NOT DATA ACCEPTED) 数据未收到线NDAC=-1-,表示系统中至少有一个听者尚未从数据总线上接收完数据, 示意讲者暂不要撤掉数据总线上的数据，应保持DAV线继续有效。当 NDAChlF时，表听者均已完成接收数据，此时讲者或控者可向总线传 送新数据。三线挂钩原理(1 )听者使NRFD呈高电平，表示已做好接收数据的准备由 于总线上所有的听者是线或连接至N

19、RFD线上的，因此只要有一 个听者未做好准备，NRFD就呈低电平。(2 )讲者发现NRFD呈高平后就；巴数据放在DI0线上，并令DAV 为低电平，表示DI0线上的数据已经稳虔且有效。(3) 听者发现DAV线呈低电平后，就令NRFD也呈低电平，表示 准备接收数据。(4) 在接收数据的过程中，NDAC线一直保持低电平，直至每 个听者都接收完数据，才上升为高电平。(5 )当讲者检出NDAC为高电平后，就令DAV为高电平，表示总 线上的数据不再有效。(6 )听者检出DAV为高电平，就令NDAC再次变为低电平，以准 备进行下一个循环过程。523 GPIB总线系统的基本接口功能要素I挂接在GPIB总线上的

20、设备可能是各种各样的，但就其在总线系统上 的作用来说一般可分为“控者”、“听者”、“讲者”三类仪器装 置，也称为系统功能的三耍素.讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置，如测量仪器、数据采 集器、计算机等，在一个GP-IB系统中，可以设置多个讲者，但在 某一时刻只能由一个讲者在起作用.A听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置，如打印机、信号源 等，在一个GP-IB系统中，可以设置多个听者，并却允许多个听者 同时工作.A控者是数据传输过程中的组织者和控制者，通常由计算机担任， 它通过发出的各种命令、地址来控制某一设备为讲者.某些设备为 听者，也能接收其他仪器发来的信息.一个系统中可以有多个控者, 但每一时刻只能有一