第三章 简单接口通信技术

1、第三章第三章 简单接口通信技术简单接口通信技术 简单接口通信技术：简单接口通信技术：直接利用微机的标准直接利用微机的标准 并行并行/ /串行接口串行接口实现多微机间的通信。实现多微机间的通信。 地位及意义：地位及意义：简单接口通信技术是其它通简单接口通信技术是其它通 信技术的信技术的基础基础；学好简单接口通信技术，是学；学好简单接口通信技术，是学 习其它通信技术的习其它通信技术的前提和保障前提和保障。 （1 1）CANCAN通信中，通信中，SJA1000SJA1000芯片的控制就是芯片的控制就是 利用标准并行接口实现的；利用标准并行接口实现的； （2 2）GSMGSM、以太网等通信中，就利用标

2、准、以太网等通信中，就利用标准 串口实现对通信模块的控制和数据收发；串口实现对通信模块的控制和数据收发； 3.1 I/0信道的两种基本形式信道的两种基本形式 （1 1）单）单I/OI/O接口信道接口信道： 主从微机间只用一片主从微机间只用一片I/OI/O接口芯片接口芯片 特点：特点：主机与各从机的关系如同计算主机与各从机的关系如同计算 机系统中机系统中CPUCPU与外围设备的关系一样与外围设备的关系一样 ，主机通过对，主机通过对I/OI/O接口的控制与操作接口的控制与操作 就可以实现主机与各从机间的数据交就可以实现主机与各从机间的数据交 换，可以采用中断方式或查询方式。换，可以采用中断方式或查

3、询方式。 需要利用硬件技术来解决寻址和同步需要利用硬件技术来解决寻址和同步 问题。问题。 单单I/OI/O接口信道实例接口信道实例-基于并行基于并行I/OI/O的显示系统的显示系统 主从微机间只用一片主从微机间只用一片I/OI/O接口芯片。接口芯片。 主机通过对主机通过对I/OI/O接口的控制与操作就接口的控制与操作就 可以实现主机与各从机间的数据交换可以实现主机与各从机间的数据交换 。 寻址和同步设计寻址和同步设计 主机与各从机的关系如同计算机系统中主机与各从机的关系如同计算机系统中 CPUCPU与外围设备的关系一样，数据交换需要利与外围设备的关系一样，数据交换需要利 用硬件技术来解决寻址和

4、同步问题。用硬件技术来解决寻址和同步问题。 （2 2）双）双I/OI/O接口信道：接口信道： 主从微机间使用两片主从微机间使用两片I/OI/O接口接口 芯片芯片 特点：芯片使用数量多，但是特点：芯片使用数量多，但是 提供的硬件环境好，界面清晰，提供的硬件环境好，界面清晰， 接线规范，不必重新构造联络接线规范，不必重新构造联络 握手信号。寻址和同步主要靠握手信号。寻址和同步主要靠 软件和协议来实现。软件和协议来实现。 双双I/OI/O接口信道实例接口信道实例1-RS2321-RS232通信通信 双双I/OI/O接口信道实例接口信道实例2-RS4852-RS485通信通信 特点：芯片使用数量多，但

5、是提供的硬件环境好，界面清晰，特点：芯片使用数量多，但是提供的硬件环境好，界面清晰， 接线规范，不必重新构造联络握手信号。寻址和同步主要靠软件和接线规范，不必重新构造联络握手信号。寻址和同步主要靠软件和 协议来实现。协议来实现。 3.2 简单接口通信基本原理简单接口通信基本原理 利用简单接口进行多微机间的通信，除了要有利用简单接口进行多微机间的通信，除了要有 I/OI/O接口芯片接口芯片外，还需要有外，还需要有通信规约通信规约来保证通信过程来保证通信过程 的正确进行。的正确进行。 通信规约通信规约是通信双方事先约定好且双方都必须是通信双方事先约定好且双方都必须 遵循的规定，即遵循的规定，即通信

6、协议通信协议。 通信设备之间控制数据通信与理解通信数据意通信设备之间控制数据通信与理解通信数据意 义的一组规则，称为通信协议。协议定义了通信的义的一组规则，称为通信协议。协议定义了通信的 内容，通信何时进行以及通信如何进行等内容。内容，通信何时进行以及通信如何进行等内容。 通信协议举例通信协议举例 20h,08h,E2h,00h,08h,06h,34h,03h,01h,02h 简单接口通信须注意下面事项：简单接口通信须注意下面事项： （1 1）流量控制：流量控制：简单接口通信一般利用握手联络信号（简单接口通信一般利用握手联络信号（ 硬件方式）来实现流量控制，每传送一个字节握手一硬件方式）来实现

7、流量控制，每传送一个字节握手一 次，发方只有在确认上一个字节被收妥后才进行下一次，发方只有在确认上一个字节被收妥后才进行下一 个字节的传送。个字节的传送。 （2 2）主从方式：主从方式：信道是通信双方共同的资源，可能出现信道是通信双方共同的资源，可能出现 双方都要使用的情况。简单接口通信常采用主从方式双方都要使用的情况。简单接口通信常采用主从方式 来解决信道分配问题：多台微机中一台设定为主机，来解决信道分配问题：多台微机中一台设定为主机， 其余为从机。主机有其余为从机。主机有I/OI/O信道的控制权，从机只有在主信道的控制权，从机只有在主 机许可下才能发送数据。机许可下才能发送数据。 （3 3

8、）网络寻址：网络寻址：多微机系统和各微机间的通信信道构成多微机系统和各微机间的通信信道构成 一个通信网络，微机相互间的通信存在寻址问题，要一个通信网络，微机相互间的通信存在寻址问题，要 根据其拓扑结构采用不同的方法解决寻址问题。根据其拓扑结构采用不同的方法解决寻址问题。 （4 4）差错控制：差错控制：通信双方及线路处在恶劣环境时，存通信双方及线路处在恶劣环境时，存 在一定的误码率，需设置差错控制以保证数据传输的在一定的误码率，需设置差错控制以保证数据传输的 正确性。简单接口通信常在高层应用软件进行差错控正确性。简单接口通信常在高层应用软件进行差错控 制。制。 （5 5）高层协议：高层协议：在简

9、单接口通信中，在简单接口通信中，I/OI/O信道建立了端信道建立了端 点与端点之间的联系。为了进行正常通信，在建立端点与端点之间的联系。为了进行正常通信，在建立端 点与端点联系的基础上，还要建立两个端点间点与端点联系的基础上，还要建立两个端点间进程进程之之 间的联系，这个过程称为间的联系，这个过程称为进程同步进程同步。发送方通过发送。发送方通过发送 唤醒命令，把对方的接收程序段唤醒以实现进程同步唤醒命令，把对方的接收程序段唤醒以实现进程同步 。进程之间的连接以及相关的协议统称为高层协议。进程之间的连接以及相关的协议统称为高层协议。 3.3 简单接口通信连接方式简单接口通信连接方式 测控系统采用

10、简单接口通信方法的物理连测控系统采用简单接口通信方法的物理连 接有主从式结构，星型结构，菊花链结构，环接有主从式结构，星型结构，菊花链结构，环 型结构，总线型结构等。型结构，总线型结构等。 3.3.1 主从式结构主从式结构 主从通信概念：主从通信概念： 主系统用命令来控制主系统与从系统间的通信。每次信主系统用命令来控制主系统与从系统间的通信。每次信 息交换均以主系统发给从系统一条命令开始，通信结束后，息交换均以主系统发给从系统一条命令开始，通信结束后， 从系统返回到适当状态，等待下一条命令。从系统返回到适当状态，等待下一条命令。 主从通信的信息类型：主从通信的信息类型： （1）命令：命令：运行

11、命令及通信命令，运行命令要求从系统运行命令及通信命令，运行命令要求从系统 去执行指定任务（如去执行指定任务（如A/D转换、电压测量等）。通信命令转换、电压测量等）。通信命令 用来控制双系统通信；用来控制双系统通信； （2）数据：数据：数据按半字节传送，依靠握手联络信号数据按半字节传送，依靠握手联络信号 MRDY和和SRDY实现双系统的同步。实现双系统的同步。 3.3.1 主从式结构主从式结构 1 1、系统结构、系统结构 2 2、通信信道、通信信道 3 3、通信过程、通信过程 1、系统结构、系统结构 1)Slave1)Slave为从系统，为从系统， 负责参数存储、外负责参数存储、外 设控制及信号

12、检测；设控制及信号检测； MasterMaster为主系统，为主系统， 负责数据显示、打负责数据显示、打 印、按键输入、通印、按键输入、通 信等。信等。 2)2)从系统有从系统有4 4个个I/OI/O 接口，其中两个接口，其中两个I/OI/O 接口用来扩展片外接口用来扩展片外 RAMRAM数据存储器，一数据存储器，一 个个I/OI/O口与输入处理口与输入处理 单元相连，接收输单元相连，接收输 入信号，一个入信号，一个I/OI/O口口 实现与主系统的信实现与主系统的信 息交换。息交换。 3)3)主系统的其余三主系统的其余三 个个I/OI/O接口分别扩展接口分别扩展 为打印机接口、显为打印机接口、

13、显 示器接口及键盘接示器接口及键盘接 口。口。 4)4)从系统的一个并从系统的一个并 行行I/OI/O接口与主系统接口与主系统 的一个并行的一个并行I/OI/O接口接口 组成双组成双I/OI/O接口接口PIOPIO 信道，把两者互连信道，把两者互连 成一个双微机成一个双微机PIOPIO系系 统。统。 2、通信信道、通信信道 （1 1）由于单片机受）由于单片机受I/OI/O接口数量的限制，系统使用一个接口数量的限制，系统使用一个 并行并行I/OI/O口的口的4 4条双向数据线作条双向数据线作PIOPIO信道的双向数据通道；信道的双向数据通道； （2 2）使用并行）使用并行I/OI/O口的口的2

14、2条双向数据线进行通信控制，作条双向数据线进行通信控制，作 为双方握手联络通道为双方握手联络通道 S-RDYS-RDY：从系统就绪：从系统就绪 M-RDYM-RDY：主系统就绪：主系统就绪 （3 3）使用并行）使用并行I/OI/O口的口的1 1条双向数据线进行子系统复位控条双向数据线进行子系统复位控 制，主系统任何时候都可以用制，主系统任何时候都可以用Slave ResetSlave Reset使从系统复位使从系统复位 主机开始从机开始 置M_RDY为1 读入S_RDY S_RDY=1? N Y 输出四位数据 置M_RDY为0 读入S_RDY S_RDY=0? N Y 传完8位? 结束 Y N

15、 读入M_RDY M_RDY=1? 置S_RDY为1 Y 读入M_RDY M_RDY=0? Y 读取四位数据 置S_RDY为0 传完8位? N 结束 Y N N 通过四次同步保证通过四次同步保证 数据的正确传送。数据的正确传送。 同步同步 同步同步 同步同步 同步同步 主主系统向系统向从从系统传系统传 送信息的通信过程送信息的通信过程 3、通信过程：、通信过程： 主机开始从机开始 置M_RDY为1 读入S_RDY S_RDY=1? N Y 读取四位数据 置M_RDY为0 读入S_RDY S_RDY=0? N Y 传完8位? 结束 Y N 读入M_RDY M_RDY=1? 置S_RDY为1 Y

16、读入M_RDY M_RDY=0? Y 输出四位数据 置S_RDY为0 传完8位? N 结束 Y N N 同步 同步 同步 同步 从从系统向系统向主主系统传系统传 送信息的通信过程送信息的通信过程 3.3.2 星型结构星型结构 1、系统结构、系统结构 系统由一个主系统和多个从系系统由一个主系统和多个从系 统构成。每个从系统都通过点统构成。每个从系统都通过点- -点点 式专用信道与主系统相连。星型结式专用信道与主系统相连。星型结 构实质是多机主从式结构。构实质是多机主从式结构。 主系统随时有权向任意从系统主系统随时有权向任意从系统 发送命令和数据，从系统的通信请发送命令和数据，从系统的通信请 求必

17、须使用集中式存取控制方法裁求必须使用集中式存取控制方法裁 决。数据只能在主系统与某台从系决。数据只能在主系统与某台从系 统之间传输，从系统之间的通信，统之间传输，从系统之间的通信， 必须经过主系统中转才能完成。必须经过主系统中转才能完成。 3.3.2 星型结构星型结构 2、通信方式、通信方式 1 1）点名式轮询法：）点名式轮询法：主系统周期性地按顺序询问从系主系统周期性地按顺序询问从系 统是否有通信要求，最先识别到的有通信要求的从系统是否有通信要求，最先识别到的有通信要求的从系 统主与系统建立通信联系，通信完成后主系统继续轮统主与系统建立通信联系，通信完成后主系统继续轮 询。询。 2 2）请求

18、选择法：）请求选择法： 请求选择法类似于中断系统，每台请求选择法类似于中断系统，每台 从系统都有一条通信请求线连到主系统。当某台从系从系统都有一条通信请求线连到主系统。当某台从系 统有通信要求时，通过请求线向主系统申请通信，由统有通信要求时，通过请求线向主系统申请通信，由 主系统裁决确定与哪台从系统建立通信联系。主系统裁决确定与哪台从系统建立通信联系。 3.3.3 菊花链结构和环形结构菊花链结构和环形结构 1 1、系统结构、系统结构 菊花链结构：多个系统通过菊花链结构：多个系统通过I/OI/O信道依次串联链接，信道依次串联链接， 首尾不相连。首尾不相连。 环形结构：首尾相连的菊花链结构。环形结

19、构：首尾相连的菊花链结构。 2 2、特点、特点 (1)(1)环上或链上两个系统的通信，需经过一次或多次双装置环上或链上两个系统的通信，需经过一次或多次双装置 I/OI/O系统通信才能完成；系统通信才能完成； (2)(2)规定环中信息流只沿一个方向流动，避免环上及链上三规定环中信息流只沿一个方向流动，避免环上及链上三 个相邻系统中两个同时向中间那个系统发送数据而引起的个相邻系统中两个同时向中间那个系统发送数据而引起的 冲突的问题；冲突的问题； (3)(3)环上及链上的发送站与接收站之间没有地址线直接相连，环上及链上的发送站与接收站之间没有地址线直接相连， 因此必须用软件的方法解决网络寻址，在传输

20、的数据中设因此必须用软件的方法解决网络寻址，在传输的数据中设 有目的地址及源地址位，数据每次经过两系统有目的地址及源地址位，数据每次经过两系统IOIO通信时，通信时， 接收站点将目的地址与本机地址作比较，地址匹配则将该接收站点将目的地址与本机地址作比较，地址匹配则将该 帧信息接收下来，否则转发该帧。帧信息接收下来，否则转发该帧。 3 3、通信方式、通信方式 (1)(1)软件寻址法；软件寻址法； (2)(2)链式轮询法：主系统发起轮询，只有被询问的系链式轮询法：主系统发起轮询，只有被询问的系 统才有通信权。统才有通信权。 3.3.4 总线型结构总线型结构 多台系统各通过一片多台系统各通过一片I/

21、OI/O接口芯片挂接在总线上，可构接口芯片挂接在总线上，可构 成总线型多微机通信系统。其中，总线可以是简单总线（串成总线型多微机通信系统。其中，总线可以是简单总线（串 行总线），也可以是复杂总线（并行总线）。行总线），也可以是复杂总线（并行总线）。 3.3.4 总线型结构总线型结构 采用采用简单总线简单总线：各微机系统利用并：各微机系统利用并/ /串操作，将并行数串操作，将并行数 据转换成串行数据在总线上传输，采用软件实现寻址和总线据转换成串行数据在总线上传输，采用软件实现寻址和总线 使用权分配；使用权分配； 采用采用复杂总线复杂总线：复杂总线要包括地址线、数据线、控制：复杂总线要包括地址线、

22、数据线、控制 线等。通过地址总线实现寻址，通过控制总线完成总线使用线等。通过地址总线实现寻址，通过控制总线完成总线使用 权分配。权分配。 3.3.4 总线型结构总线型结构 1 1、主从式并行总线型多机通信系统；、主从式并行总线型多机通信系统； 2 2、主从式串行总线型多机通信系统；、主从式串行总线型多机通信系统； 3 3、基于、基于PCPC机和单片机的混合型通信系统；机和单片机的混合型通信系统； 1 1、主从式并行总线型多机通信系统、主从式并行总线型多机通信系统结合图结合图3-123-12，分析系统的寻址和通信过程？，分析系统的寻址和通信过程？ 1 1）通信信道）通信信道 每台微机经过片内的并

23、行每台微机经过片内的并行I/OI/O端口挂接在总线上，其中端口挂接在总线上，其中4 4条条 作为双向数据通道，其余作为双向数据通道，其余4 4条实现通信控制；条实现通信控制； MRDY: MRDY:主机就绪；主机就绪； SRDY:SRDY:从机就绪；从机就绪； Sele:Sele:主机对从机的选择线；主机对从机的选择线； SRDYB:SRDYB:被选中从机对主机的应答线。被选中从机对主机的应答线。 2 2）寻址及通信过程）寻址及通信过程 主机置Sele=1, MRDY=1, 表示即将广播从机编号。 (2) 各从机收到Sele=1后,置SRDYB=0, SRDY=1,表示从机准备好接收编号。 (

24、3)主机接收到SRDY=1后,确认所有从机 就绪。可以传送从机编号。 (4) 主机把呼叫的从机编号(4位)送 上M/S数据通道，并置MRDY为0。 (5)各从机收到MRDY=0后，立即从数据通 道上读取前4位从机编号,并置SRDY=0 ,SRDYB=1。 (6)主机接收到SRDYB=1后，传送后4位从 机编号,并置MRDY=1。 (7)各从收到MRDY=1后，接收后4位从机 编号，并置SRDY=1，SRDYB=0。 (8)主机确认SRDY=1后，置Sele=0，表示 即将开始传送数据。 (9)各从机确认Sele=0后,把接收的8位编号 与自己的从机号比较,对上编号的从机 SRDY=0 。 (1

25、0)主机确认SRDY=0，置MRDY=0，表明 有从机被选中此时总线上只剩下一主一 从两站，开始主从式双单片机PIO通信。 (11)主机确认SRDY=0后，传送4位数据， 并置MRDY=1。 被选中从机收到MRDY=1后，接收4位 数据，并置SRDY=1。 主机确认SRDY=1后，传送后4位数据， 并置MRDY=0。 被选中从机收到MRDY=0后，接收4位 数据，并置SRDY=0。 完成1个字节的数据传送。 (12)重新寻址，重新传送数据 2 2、主从式串行总线型多机通信系统、主从式串行总线型多机通信系统 结合图结合图3-143-14，分析系统的寻址和通信过程？，分析系统的寻址和通信过程？ （

26、1 1）主机通过点名，确定进行通信的从机。）主机通过点名，确定进行通信的从机。 1)1)各从机置各从机置SMSM2 2为为1 1； 2)2)主机发出呼叫帧，呼叫帧从机号，第主机发出呼叫帧，呼叫帧从机号，第9 9位为位为1 1； 3)3)所有从机接收到呼叫帧后，对上号的从机置所有从机接收到呼叫帧后，对上号的从机置 SMSM2 2=0=0，并用应答帧通知主机，呼叫过程完成；，并用应答帧通知主机，呼叫过程完成； 4)4)通信过程中数据的第通信过程中数据的第9 9位为位为0 0，没有对上号的从机，没有对上号的从机 全部从总线上切除，只剩下对上号的从机与主机全部从总线上切除，只剩下对上号的从机与主机 进行通信。进行通信。 （2 2）从机在主程序执行过程中，以中断方式响应主机的）从机在主程序执行过程中，以中断方式响应主机的 通信要求通信要求 （1 1）系统可支持系统可支持00H00H0FEH0FEH共共255255台