第五章通信原理及接口电路设计_智能仪表原理与设计

1、第五章第五章 通信原理及接口通信原理及接口 电路设计电路设计华东理工大学信息学院自动化系华东理工大学信息学院自动化系5.1 概述概述本章主要内容：本章主要内容：5.2 串行总线通信串行总线通信5.3 并行通信及接口电路并行通信及接口电路5.4 通用串行总线接口通用串行总线接口 USB 5.5 蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术5.6 现场总线通信标准现场总线通信标准 控制系统的发展推动了智能仪表通信接口的控制系统的发展推动了智能仪表通信接口的发展。仪表之间要进行信息交换和传输，这是通发展。仪表之间要进行信息交换和传输，这是通过仪表的通信接口、按照一定的协议来实现的。过仪表的通信接口、按

2、照一定的协议来实现的。通信接口是各台仪表之间或仪表与通信接口是各台仪表之间或仪表与PC机之间进行机之间进行信息交换和传输的联络装置。信息交换和传输的联络装置。5.1 概述概述异步串行通信接口异步串行通信接口并行通信接口并行通信接口USB接口（通用串行总线）接口（通用串行总线）现场总线接口现场总线接口以太网接口以太网接口电力网络电力网络蓝牙技术：无线通信网络蓝牙技术：无线通信网络通信接口主要有以下类型：通信接口主要有以下类型：5.1 概述概述5.2 串行总线通信串行总线通信5.2.1 串行总线介绍串行总线介绍5.2.2 串行通信的基本概念串行通信的基本概念5.2.3 串行通信接口标准串行通信接口

3、标准5.2.4 典型的串行通信接口器件典型的串行通信接口器件5.2.5 串行多机通信串行多机通信 传统的通信接口传统的通信接口包括包括并行并行和和串行串行通信接口，通信接口，控制系统普遍使用串行通信方法。串行通信接口控制系统普遍使用串行通信方法。串行通信接口标准有标准有RS-232C、RS-422、RS-485等。等。5.2 串行总线通信串行总线通信5.2.1 串行总线介绍串行总线介绍RS-232C以位串型方式传输数据，以位串型方式传输数据，1位起始位、位起始位、58 位位ASCII码数据及码数据及12位停止位，逻辑位停止位，逻辑1的电的电平是平是-15 -5V，逻辑，逻辑0的电平的电平+5

4、+15V。RS-232C的接口信号有：数据信号、控制信号和信的接口信号有：数据信号、控制信号和信号地等，通常使用号地等，通常使用9芯扁平插头座来连接串行通信芯扁平插头座来连接串行通信线路。线路。 5.2.1 串行总线介绍串行总线介绍工业上普遍使用工业上普遍使用RS-485串行接口标准串行接口标准, 因采用平因采用平衡差分信号线衡差分信号线, 故其数据传送率较故其数据传送率较RS-232C高高, 传送距离也长。传送距离也长。 单片机有串行口单片机有串行口UART, 可以可以RS-232或或 RS-485标标准传输数据。准传输数据。5.2.2 串行通信的基本概念串行通信的基本概念串行通信的特点串行

5、通信的特点主要适用于长距离、低速率的通信中。主要适用于长距离、低速率的通信中。 数据在单条数据在单条1位宽的传输线上按时间先后一位一位位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送；节省传输线（地传送；节省传输线（优点优点）；数据传输率较低）；数据传输率较低（缺点）。缺点）。通信线路工作方式通信线路工作方式单工方式单工方式（Simplex）：单行线（）：单行线（one way road）计算机在进行数据的发送和接收时，线上的数据流动计算机在进行数据的发送和接收时，线上的数据流动只有一个方向。只有一个方向。半双工方式半双工方式（Half-duplex）：数据的流动为双向，）：数据的流动为双向，但同一时刻

6、只能一个方向传输。即交替地进行双向数但同一时刻只能一个方向传输。即交替地进行双向数据传送。据传送。全双工方式全双工方式（Full-duplex）：同时可以进行双向数）：同时可以进行双向数据传输。据传输。 数据流 数据流 半双工 数据流 全双工 A 发送器 B 接收器 A 发送器 接收器 B 接收器 发送器 A 发送器 接收器 B 接收器 发送器 通信线路的连接方式通信线路的连接方式每秒传输的二进制位数，单位为每秒传输的二进制位数，单位为bps（bit per second ）也称也称比特率比特率。波特率波特率每秒传输的每秒传输的“符号符号”（也称离散状（也称离散状态）的个数。态）的个数。【例如

7、，每秒传送例如，每秒传送1个符号，则波特率为个符号，则波特率为1波特波特】在计算机中，一个在计算机中，一个“符号符号”的含义为的含义为高、低两种高、低两种电平电平，分别代表逻辑值，分别代表逻辑值“1”和和“0”，所以每个符，所以每个符号的信息量为号的信息量为1比特，此时波特率与比特率刚好一比特，此时波特率与比特率刚好一致。致。但在其他一些场合（例如通信中采用的但在其他一些场合（例如通信中采用的“相相幅幅”复合调制技术，复合调制技术，一个一个“符号符号”的信息含量就不是的信息含量就不是一个比特，此时，一个比特，此时，波特率就不等于波特率就不等于比特率比特率。数据传输率数据传输率F（时钟频率）（时

8、钟频率）波特率因子波特率因子波特率波特率波特率因子波特率因子：数据传输率：数据传输率（波特率）（波特率）与时钟频率之与时钟频率之间的比例系数间的比例系数给定时钟频率，选择不同的给定时钟频率，选择不同的波特率因子波特率因子可得到不同可得到不同的波特率。的波特率。例如：例如：f = 19.2 kHz，若选波特率因子为，若选波特率因子为16，则波特率，则波特率为为1200 bps。若选定波特率因子和波特率，则相应的确定了对若选定波特率因子和波特率，则相应的确定了对时时钟频率钟频率的要求。的要求。 12001619200（时钟频率）（时钟频率）波特率因子波特率因子异步通信方式异步通信方式（Asynch

9、ronous）串行通信接收方式串行通信接收方式同步通信方式同步通信方式（Synchronous）异步通信方式：也称异步通信方式：也称“起止同步式起止同步式”。异步通信规程异步通信规程: :一个字符（若干个字位）作为一个独立的信息单元；一个字符（若干个字位）作为一个独立的信息单元；信息单元内是同步的，但信息单元之间是异步的；信息单元内是同步的，但信息单元之间是异步的；发送器和接收器可以没有共同的时钟；发送器和接收器可以没有共同的时钟；目前智能仪表与微机测控系统中大多采用异步通信目前智能仪表与微机测控系统中大多采用异步通信方式。方式。异步传输数据格式：异步传输数据格式：1/0001115-8位数据

10、位1/0停止位或空闲位1 1起始位奇偶校验位停止位或、22111第n个字符空闲位第n+1个字符低位高位同步通信规程同步通信规程:发送器和接收器使用同一时钟源来同步发送器和接收器使用同一时钟源来同步用二进制系列（同步字符）来表示开始发送有用二进制系列（同步字符）来表示开始发送有效数据效数据如暂无数据发送，用同步字符填充如暂无数据发送，用同步字符填充成批发送的数据，成为数据流或数据场成批发送的数据，成为数据流或数据场两类：面向字符型（两类：面向字符型（BSC）；面向比特）；面向比特（SDLC，HDLC）传输速率高，适用于设备间工作速度比较接近传输速率高，适用于设备间工作速度比较接近的场合。的场合。

11、同步通信方式同步通信方式同步通信信息格式同步通信信息格式同步字符（SYN1) 同步字符（SYN2)数据（DATA)校验：串行通信重要环节，衡量通信系统的校验：串行通信重要环节，衡量通信系统的指标指标奇偶校验（奇偶校验（Parity Check ）CRC校验（校验（Cyclic Redundancy Check ）差错校验差错校验信号远距离传输时，利用普通电话线进信号远距离传输时，利用普通电话线进行传输。行传输。现在的电话网是模拟通信系统，它是为现在的电话网是模拟通信系统，它是为传输话音信息而设计的。要在电话网上传输话音信息而设计的。要在电话网上传送数字信号，必须经过调制和解调传送数字信号，必须

12、经过调制和解调调制调制(Modulate)：数字信号：数字信号-模拟（音频）模拟（音频）信号信号解调解调(Demodulate)：模拟信号：模拟信号-数字信号数字信号信号的调制与解调信号的调制与解调方法方法：选取音频范围某一频率的正（余）弦选取音频范围某一频率的正（余）弦模拟信号作为模拟信号作为载波载波，用以运载所要传送的数，用以运载所要传送的数字信号。要用传送的数字信号改变载波信号字信号。要用传送的数字信号改变载波信号的的幅值、频率或相位幅值、频率或相位，使之在信道上传送；，使之在信道上传送；到达信道另一端，再将数字信号从载波中取到达信道另一端，再将数字信号从载波中取出。出。调制技术调制技术

13、 FSK frequency shift keying， PSK Phase-Shift-Keying PAM Pulse Amplitude Modulation收发双方的同步方式收发双方的同步方式传输控制步骤传输控制步骤差错检验方式差错检验方式数据编码数据编码数据传输速度数据传输速度通信报文格式及控制字符的定义通信报文格式及控制字符的定义5.2.3串行通信接口标准串行通信接口标准1969年，年， EIA制定的适合于制定的适合于DTE和和DCE之间相互之间相互连接与通信的串行通信规程。连接与通信的串行通信规程。最初为解决利用电话网进行通信的问题而提出。最初为解决利用电话网进行通信的问题而提出

14、。DTEData Terminal Equipment (Computer)：数据终端设：数据终端设备备DCEData Communication Equipment(MODEM)：数据通：数据通信设备信设备 -Data Circuit-terminal Equipment 数字电路终端设备数字电路终端设备EIA RS232C标准标准1.1.数据传送格式数据传送格式RS232C总线上传输的异步通信典型数据格式总线上传输的异步通信典型数据格式标志位：标识位。一个字符在开始传输前，输出线必标志位：标识位。一个字符在开始传输前，输出线必须在逻辑上处于须在逻辑上处于“1”状态。状态。标识位标识位 起始

15、位起始位 数据位数据位 校验位校验位 停止位停止位 标识 起始位 数据 停止位(1/1.5/2) D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 校验位 (1) 采用采用负逻辑负逻辑：5V15V逻辑逻辑0 5V15V逻辑逻辑1(2) 目的：目的： 补偿传输线上的损耗补偿传输线上的损耗抗噪声干扰抗噪声干扰“0”转换区“1”“0”转换区“1”2V噪声容限15V5V5V15V15V3V3V15V2.2.电气信号特性（信号电平的规定）电气信号特性（信号电平的规定）(3)RS-232C电平与电平与TTL电平之间的转换电平之间的转换TTL： +5V：1 0V：0RS-232： -15V-3V： 1 +3V

16、+15V：0TTL电平电平RS-232C电平：电平：MC1488RS-232C电平电平TTL电平：电平：MC1489 （a）MC1488 （b）MC1489MC1488/1489是功能单一的发送是功能单一的发送/接受器，在双向数接受器，在双向数据传输中各端都要同时使用这两个器件，此外，又据传输中各端都要同时使用这两个器件，此外，又必须同时具备正负两组电源，因此在很多场合很不必须同时具备正负两组电源，因此在很多场合很不方便。现在有一些新型的方便。现在有一些新型的RS-232C电平转换电路芯片。电平转换电路芯片。例如：美国例如：美国MAXIM公司生产的公司生产的MAX RS-232C收发收发器芯片

17、系列十分丰富。器芯片系列十分丰富。MAX220, MAX222, MAX223, MAX225, MAX230, MAX231, MAX232, MAX232A, MAX233, MAX233A, MAX234, MAX235, MAX236, MAX237, MAX238, MAX239, MAX240 ，MAX241, MAX242, MAX243, MAX244, MAX245, MAX246, MAX247, MAX248, MAX249 标准最初制定时采用标准最初制定时采用25根线根线25个功能引脚仅定义了个功能引脚仅定义了22个，个，22个信号分成两个信号分成两个信道组个信道组主信

18、道组主信道组（第一信道第一信道）和辅信道和辅信道组组（第二信道，较少使用第二信道，较少使用）3.3.接口信号接口信号分类分类符号符号名称名称引脚引脚说明说明地线地线 机架保护地（屏蔽地）机架保护地（屏蔽地）1 信号地（公共地）信号地（公共地）7 数据信数据信号线号线TXD数据发送线数据发送线2在 无 数 据 信 息 传 输 或 收在 无 数 据 信 息 传 输 或 收 / 发 信 息 间 隔 期 ，发 信 息 间 隔 期 ，RXD/TXD电平为电平为1。辅助信道传输速率较主信道。辅助信道传输速率较主信道低。其余同低。其余同RXD数据接收线数据接收线3TXD辅助信道数据发送线辅助信道数据发送线1

19、4RXD辅助信道数据接收线辅助信道数据接收线16定时定时信号信号线线 DCE发送信号定时发送信号定时15指示被传输的每个指示被传输的每个bit信息的中心位置信息的中心位置 DCE接收信号定时接收信号定时17 DTE发送信号定时发送信号定时24 控控制制线线RTS请求发送请求发送4DTE发给发给DCECTS允许发送允许发送5DCE发给发给DTEDSRDCE装置就绪装置就绪6 DTRDTE装置就绪装置就绪20DTE发给发给DCEDCD接收信号（载波）检测接收信号（载波）检测8DTE收到满足标准的信号时置位收到满足标准的信号时置位 振铃指示振铃指示22由由DCE收到振铃时置位收到振铃时置位 信号质量

20、检测信号质量检测21由由DCE根据数据信息是否有错而置位根据数据信息是否有错而置位/复位复位 数据信号速率选择数据信号速率选择23指定两种传输速率中的一种指定两种传输速率中的一种RTS辅助信道请求发送辅助信道请求发送19 CTS辅助信道允许发送辅助信道允许发送13RCD辅助信道接收检测辅助信道接收检测12备备用用线线 9未定义，保留供未定义，保留供DCE装置测试使用装置测试使用 10 11 18 25DB-9 and DB-25 RS-232 Pin DesignationsSignalDB-9DB-25DCD18RxD23TxD32DTR420GND57DSR66RTS74CTS85RI92

21、2硬件握手使用硬件握手使用DSR、CTS、DTR和和RTS四条硬件线路。四条硬件线路。其中其中DTR和和RTS指的是计算指的是计算机上的机上的RS-232端；而端；而DSR和和CTS则是指带有则是指带有RS-232接口接口的智能设备。的智能设备。通过四条线的通过四条线的交互作用，计算机主控端与交互作用，计算机主控端与被控的设备端可以进行数据被控的设备端可以进行数据的交流，而在数据传输太快的交流，而在数据传输太快而无法处理时，可以通过这而无法处理时，可以通过这四条握手线的高低电位的变四条握手线的高低电位的变化来控制数据是继续发送还化来控制数据是继续发送还是暂停发送。是暂停发送。右图描述了计算机向

22、设备传右图描述了计算机向设备传输数据时的硬件流量控制。输数据时的硬件流量控制。PCMCIA56KINSERT THIS END计算机设备RS-232DSR下降DSR升高设备缓冲区快满计算机暂停发送数据设备持续处理数据设备缓冲区已降计算机再向设备发送数据CTS下降CTS升高直接连接的最长距离为直接连接的最长距离为1515米（米（5050英尺）英尺） 超过超过1515米需连米需连MODEMMODEM最高传输速率为最高传输速率为20Kbps20Kbps 1 25 13 141596 DB9连接器连接器 DB25连接器连接器 4.4.机械接口特性机械接口特性(1)全双向标准电缆全双向标准电缆(2)三线

23、经济方式三线经济方式(3)零调制解调器（零调制解调器（Null Modem） 采用交叉采用交叉(2-3,20-6)反馈反馈(4-5)方式进行连接方式进行连接5.5.通信系统结构通信系统结构全双向标准电缆连接全双向标准电缆连接 计算机与计算机与Modem相连相连本 地 Modem远 程 Modem 计 算 机终 端123456782022机壳地发送数据接收数据请求发送允许发送Modem就绪信号地载波检测终端就绪呼叫指示载波检测呼叫指示电话线三线方式信号连接三线方式信号连接 简单的应用场合，如双机通信等简单的应用场合，如双机通信等三线方式信号连接Null modem方式信号连接零调制解调器（零调制

24、解调器（Null Modem） 采用交叉采用交叉(2-3,20-6)反馈反馈(4-5)方式进行连接方式进行连接(1) EIA RS-422A，采用，采用“平衡接口电路平衡接口电路”，输入差分电压，平衡驱动（全双工）输入差分电压，平衡驱动（全双工） 传输率传输率 10M bps传输距离传输距离10m(10M bps)1000m（100k bps） (2) EIA RS-423A，采用，采用“非平衡接口电路非平衡接口电路”传输率传输率300k bps传输距离传输距离10m（300k bps）1000m（3k bps） RS-422A，RS-423A和和RS-485采用平衡式发送，差分式接收的数据收

25、发器来驱动采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动 总线总线速度速度 （最大（最大10MB/S）,传送距离传送距离 （90KB/S下可传下可传1200米）米）以差分平衡方式传输信号以差分平衡方式传输信号 具有很强的抗共模干扰的具有很强的抗共模干扰的能力能力降低传输线成本降低传输线成本 允许一对双绞线上一个发送器驱动允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备多个负载设备当前自动控制系统中常用的网络，如现场总线当前自动控制系统中常用的网络，如现场总线CAN、Profibus、INTERBUS-S以及以及ARCNet的物理层都是的物理层都是基于基于RS-485的总线进行总结和研究的总线进行总结和

26、研究(3)EIA RS-485A，采用，采用“平衡接口电路平衡接口电路” RS-232C，RS-422和和RS-485比较比较RS232C: 2条数据线条数据线、单端输入、全双工方式单端输入、全双工方式RS422: 4条数据线、差动输入、全双工方式条数据线、差动输入、全双工方式RS485: 2条数据线条数据线、差动输入、半双工方式差动输入、半双工方式串行通信是靠串行通信是靠发送器、接收器、控制器和发送器、接收器、控制器和线缆线缆等部分来实现的。在程序控制下它等部分来实现的。在程序控制下它主要完成以下任务：主要完成以下任务：数据的串数据的串并及并并及并串转换。串转换。线路和线路和MODEMMOD

27、EM的控制及状态检测。的控制及状态检测。信号电平信号电平TTLTTL与与EIAEIA电平的转换。电平的转换。发送和接收数据。发送和接收数据。5.2.4 典型的串行通信接口器件典型的串行通信接口器件(1) (1) 芯片类型芯片类型标准标准LSI 芯片按功能分为芯片按功能分为:USART 通用同步异步接收器通用同步异步接收器/发送器发送器U n i v e r s a l S y n c h r o n o u s A s y n c h r o n o u s Receiver/TransmitterUART-通用异步收发报机通用异步收发报机Universal Asynchronous Rece

28、iver TransmitterUSRT-通用同步收发报机通用同步收发报机Universal Synchronous Receiver Transmitter 典型芯片：典型芯片：Intel 8251，Zilog SIO (USART) Motorola MC6850,INS 8250 (UART) MC6852 (USRT) 。Intel 8251AIntel 8251A通用同步异步接收器通用同步异步接收器/ /发送器发送器主要引线信号说明主要引线信号说明RESET：复位信号：复位信号,为高时强迫为高时强迫8251A进入空闲状态进入空闲状态, 等待接收模式字。等待接收模式字。CLK： 时钟输

29、入时钟输入,内部定时用内部定时用,大小高于通信速率。大小高于通信速率。C/D#： 命令命令/数据数据,参与对内部寄存器寻址参与对内部寄存器寻址, C/D#为为1时主机对时主机对8251A写入控制字写入控制字, C/D#为为0时时,写入数据，接收地址线最低位。写入数据，接收地址线最低位。RTS#(Request to send): 请求发送、输出。请求发送、输出。CTS#(Clear to send): 允许发送、输出允许发送、输出DTR#(Data Terminal Ready): 本方准备好，输出本方准备好，输出DSR#(Data Set Ready): 对方准备好，输出。对方准备好，输出。

30、 （8251A与通信对方的另一对联络信号与通信对方的另一对联络信号)TxD: 串行数据发送，输出，串行通信线。串行数据发送，输出，串行通信线。RxD: 串行数据接收，输入，串行通信线。串行数据接收，输入，串行通信线。TxRDY: 发送器准备好，输出，表明发送器准备好，输出，表明8251的状态。的状态。TxEMPT: 发送缓冲器空，输出，表明发送缓冲器空，输出，表明8251的状态。的状态。RxRDY: 接收器准备好，输出，表明接收器准备好，输出，表明8251的状态。的状态。TxC,RxC: 接收发送的时钟，一般用同一脉冲源。接收发送的时钟，一般用同一脉冲源。 在异步方式下在异步方式下,此频率为波

31、特率的若干倍此频率为波特率的若干倍. (波特率因子波特率因子)； 在同步方式下在同步方式下,此频率与波特率相同。此频率与波特率相同。SYNDET/BRKDET: 同步检测同步检测/断路检测，双向断路检测，双向DATA BUSBUFFERREAD / WRITECONTROLLOGICMODEMCONTROLTRANSMITBUFFERP PS STRANSMITCONTROLRECEIVEBUFFERRECEIVECONTROLS SP PI IN NT TE ER RN NA AL LD DA AD DA AB BU US STxDTxDD7-D7-D0D0RESETRESETCLKCLKC

32、 C / / D DRDRDWRWRCSCSDSRDSRDTRDTRCTSCTSRTSRTSTxRDYTxRDYTxEMPTTxEMPTTxCTxCRxDRxDRxRDYRxRDYRxCRxCSYNDET/SYNDET/BRKDETBRKDETI/OI/O缓冲器缓冲器状态缓冲器（状态缓冲器（data bus buffer）：）：用来存放用来存放8251内部内部的工作状态，供的工作状态，供CPU查询。查询。接收缓冲器（接收缓冲器（receiver buffer）：）：存放接收器已经装存放接收器已经装配完毕的字符，准备送给配完毕的字符，准备送给CPU。发送缓冲器发送缓冲器(transmit buf

33、fer)：存放存放CPU送入送入8251的的数据或命令。该缓冲器是发送数据和命令的共同寄存数据或命令。该缓冲器是发送数据和命令的共同寄存器，但必须分时使用。器，但必须分时使用。CPU向向8251送入命令字是为了控制送入命令字是为了控制8251的内部操作，的内部操作，使它建立起所需要的工作方式。命令字一旦送入，使它建立起所需要的工作方式。命令字一旦送入，8251立即执行。立即执行。CPU向向8251送入数据，目的是让送入数据，目的是让8251通过发送器将数通过发送器将数据以串行形式输出，据以串行形式输出，并并串转换的时间较长串转换的时间较长，因此，因此，一旦给发送数据一旦给发送数据/命令缓冲器送

34、入发送数据，发送器命令缓冲器送入发送数据，发送器的的TXRDY信号就变低，表示发送器正将该数据输出，信号就变低，表示发送器正将该数据输出，CPU不能向不能向8251送入新的命令字或数据，只有当送入新的命令字或数据，只有当TXDRY=1，发送器完成数据输出后，才允许送入新，发送器完成数据输出后，才允许送入新的数据或命令字。的数据或命令字。因此，因此，CPU向向8251发送数据或命令时，要不断监视发送数据或命令时，要不断监视TXDRY信号，对信号，对TXDRY的监视通过查询的监视通过查询8251的状态的状态字来实现。字来实现。RESET：复位信号：复位信号,为高时强迫为高时强迫8251A进入空闲状

35、态进入空闲状态, 等待接收模式字。等待接收模式字。CLK： 时钟输入时钟输入,内部定时用内部定时用,大小高于通信速率。大小高于通信速率。CS: 片选信号，当片选信号，当CS=0时，允许时，允许CPU对对8251进行进行 读写。读写。C/D#： 命令命令/数据数据,参与对内部寄存器寻址参与对内部寄存器寻址, C/D#为为1时主机对时主机对8251A写入控制字写入控制字, C/D#为为0时时,写入数据，接收地址线最低位。写入数据，接收地址线最低位。RD: RD=0时，时，CPU对对8251进行读操作。进行读操作。WR: WR=0时，时，CPU对对8251进行写操作。进行写操作。读读/ /写控制逻辑

36、写控制逻辑8251A的读的读/写控制真值表写控制真值表8251A方式选择控制字方式选择控制字 8251操作命令控制字操作命令控制字 操作命令控制字直接让操作命令控制字直接让8251A实现某种操作或实现某种操作或进入规定的工作状态，它只有在设定了方式选择控进入规定的工作状态，它只有在设定了方式选择控制字后，才能由制字后，才能由CPU写入，写入，8251A的操作命令控制的操作命令控制字格式如下图所示。字格式如下图所示。 8251状态字状态字 CPU可在可在8251A工作过程中利用输入指令（工作过程中利用输入指令（IN指令）读取当前指令）读取当前8251A的状态字，从而可以检测接的状态字，从而可以检

37、测接口和数据传输的工作状态。口和数据传输的工作状态。8251A的状态字格式如的状态字格式如下图所示。下图所示。2. 两台两台8031采用采用RS232C总线通信总线通信两台8031采用RS232C总线通信（1）双机串行异步通信）双机串行异步通信 单片机与单片机间的串行异步通信接口设计单片机与单片机间的串行异步通信接口设计5.2.5 串行多机通信串行多机通信 两台两台8031直接通信直接通信错误连接图 TXD 8031A RXD GND RXD 8031B TXD GND 正确连接图单片机与单片机与PC系列微机间的异步串行通信接口设计系列微机间的异步串行通信接口设计单片机与单片机与PC系列微机间

38、的异步串行通信接口设计系列微机间的异步串行通信接口设计多机串行异步通信多机串行异步通信原理原理 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCONSCON中的中的SMSM2 2为多机通信接口为多机通信接口控制位。控制位。在方式在方式2和方式和方式3工作时，利用工作时，利用SCON中的中的SM2，可实现多机通，可实现多机通信。例如，当主机要向某一个从机发送一组数据时，地址字信。例如，当主机要向某一个从机发送一组数据时，地址字节第节第9位是位是1，数据字节第，数据字节第9位是位是0。从机先置。从机先置SM2为为“1”，主，主机向从机发送地址，因第机向从机发送地址，因第9位为位为1，中断标志，中断标志RI置置

39、“1”，于是，于是从机中断，执行中断服务程序，判断主机送来的地址是否与从机中断，执行中断服务程序，判断主机送来的地址是否与本系统地址相符，若为本机地址，则置本系统地址相符，若为本机地址，则置SM2为为“0”，准备接，准备接收主机的数据，若地址不一致则保持收主机的数据，若地址不一致则保持SM2为为“1”状态。接着状态。接着主机发送数据，第主机发送数据，第9位为位为0，只有地址相符的从机（，只有地址相符的从机（SM2已为已为0）才能接收数据。其余从机因才能接收数据。其余从机因SM2=1，不能进行中断处理，从，不能进行中断处理，从而可实现主机与从机的一对一通信。而可实现主机与从机的一对一通信。单片机

40、之间的通信（多机通信）单片机之间的通信（多机通信）n# TXD RXD 80C51TXD RXD 80C511#TXD RXD 80C51TXD RXD 80C512#主机主机从机置从机置SM2=1，主机发地址码，主机发地址码 (第第9位位TB8为为1) ，以便同某一从机沟通联络。以便同某一从机沟通联络。所有从机判断此地址码是否与本机符合，相符者建所有从机判断此地址码是否与本机符合，相符者建立一标志（立一标志（SM2=0），并向主机发回答信号。），并向主机发回答信号。主机发数据（第主机发数据（第9位位TB8为为0），）， 沟通联络的从机沟通联络的从机可接收，并发数据给主机。可接收，并发数据给主

41、机。 SM0 REN SM2 SM1 D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0 TB8 RB8 TI RI TXD8031 RXD TXD8031 RXD14881489RXD PCTXD14881489o -12VPC机机 与单片机的通信接口与单片机的通信接口普通普通 PC机要接入机要接入RS-485总线，可用总线，可用MAX 202E、232E 等（等（RS 232与与TTL电平转换）和电平转换）和MAX488、491、1487等（等（TTL 与与RS485电平转换）。电平转换）。 通信双方所用的波特率必须相同，因波特率通信双方所用的波特率必须相同，因波特率误差会引起偏移。异步通信在

42、约定的波特率误差会引起偏移。异步通信在约定的波特率下，传送和接收的数据不需要严格保持同步，下，传送和接收的数据不需要严格保持同步，允许有相对的延迟，当频率差不大于允许有相对的延迟，当频率差不大于1/161/16时，时，可以正确的完成通信。可以正确的完成通信。 PC机的波特率是通过对机的波特率是通过对8250内部寄存器初始化内部寄存器初始化来实现的，即对来实现的，即对8250的除数锁存器置值。该除数锁的除数锁存器置值。该除数锁存器为存器为16位，由高位，由高8位和低位和低8位锁存器组成。位锁存器组成。若时钟输入为若时钟输入为1.8432MHz， 除数与波特率之间的关系为：除数与波特率之间的关系为

43、： 除数除数=当对当对8250 初始化并预置了除数之后，初始化并预置了除数之后， 波特率发生器波特率发生器方可产生规定的波特率（方可产生规定的波特率（bps）。）。168432. 1波特率MHz下表列出了可获得下表列出了可获得15种波特率所需设置的除数。种波特率所需设置的除数。表表 IBMPC波特率波特率要求的波特要求的波特率率除数除数误差误差要求的波特要求的波特率率除数除数误差误差十进制十进制十六进十六进制制十进制十进制十六进十六进制制5023040900-1800640040-7515360600-200058003A0.69110104704170.0262400480030-134.5

44、85703590.0583600320020-1507680300-4800240018-3003840180-7200160010-60019200C0-960012000C-1200960060- 通信采用主从方式，由通信采用主从方式，由PC机确定与哪个单机确定与哪个单片机进行通信。片机进行通信。 在通信软件中，应根据用户的要求和通信在通信软件中，应根据用户的要求和通信协定来对协定来对8250初始化，即设置通信参数：初始化，即设置通信参数：波特率（波特率（9600波特）、数据位数（波特）、数据位数（8位）、奇位）、奇偶校验类型和停止位数（偶校验类型和停止位数（1位）。位）。注意：注意：这里

45、的奇偶校验位用作发送地址码（通这里的奇偶校验位用作发送地址码（通道号）或数据的特征位（道号）或数据的特征位（1表示地址），表示地址）， 而数而数据通信的校核采用累加和校验方法。据通信的校核采用累加和校验方法。数据传送可采用数据传送可采用查询方式查询方式或或中断方式中断方式。若若采用查询方式，在发送地址或数据时采用查询方式，在发送地址或数据时，先用输，先用输入指令检查发送器的保持寄存器是否为空。若为入指令检查发送器的保持寄存器是否为空。若为空，则用输出指令将一个数据输出给空，则用输出指令将一个数据输出给8250即可，即可，8250会自动地将数据一位一位地发送到串行通信会自动地将数据一位一位地发送

46、到串行通信线上。线上。接收数据时接收数据时，8250把串行数据转换成并行数据把串行数据转换成并行数据,并并送入接收数据寄存器中送入接收数据寄存器中,同时把同时把“接收数据就绪接收数据就绪”信号置于状态寄存器中。信号置于状态寄存器中。CPU读到这个信号后，读到这个信号后， 就可以用输入指令从接收器中读入一个数据了。就可以用输入指令从接收器中读入一个数据了。 若采用若采用中断方式：中断方式：发送时，发送时，用输出指令输出一个数据给用输出指令输出一个数据给8250。若。若8250已将此数发送完毕，则发已将此数发送完毕，则发出一个中断信号，说明出一个中断信号，说明CPU可以继续发可以继续发数。数。若若

47、8250 接收到一个数据，则发一个中断接收到一个数据，则发一个中断信号，表明信号，表明CPU可以取出数据。可以取出数据。接收接收采用查询方法发送和接收数据的程序框图如下图所示：采用查询方法发送和接收数据的程序框图如下图所示： 8250初 始 化开 始发 送 地 址 码 （ 通 道 号 ）重 发延 时收 到 回 答 信 号 否 ？否是发 送 数 据延 时收 到 回 送 数 据 否 ？否重 发C是结 束错 误否回 答 信 号 00？是收 到 回 答 信 号 否 ？延 时发 送 校 验 码重 发传 送 结 束 否 ？取 接 收 数 据C是否是否通信软件通信软件(单片机的通信程序见讲义单片机的通信程序

48、见讲义p122, PC通信软件可通信软件可用用C+、Delphi、VB等编制等编制 )VB演示程序的通信设置演示程序的通信设置: MSComm1.CommPort = 1MSComm1.Settings = 9600,n,8,1MSComm1.PortOpen = True通信发送、接收程序通信发送、接收程序: : b = b + 1If b = 20 Then b = 0End IfText1.Text = Str$(b)MSComm1.Output = Str$(b * 2)For i% = 1 To 20000Next i%Text2.Text = MSComm1.Input单片机采用中

49、断方式发送和接收数据。串行口单片机采用中断方式发送和接收数据。串行口设置为工作方式设置为工作方式3，由第，由第9位判断是地址码或数位判断是地址码或数据。当某台单片机与据。当某台单片机与PC机发出的地址码一致时，机发出的地址码一致时，就发出应答信号给就发出应答信号给PC机，而其它几台则不发应机，而其它几台则不发应答信号。这样，在某一时刻答信号。这样，在某一时刻PC机只与一台单片机只与一台单片机传输数据。机传输数据。单片机与单片机与PC机沟通联络后，先接收数据，再将机沟通联络后，先接收数据，再将机内数据发往机内数据发往PC机。机。定时器定时器T1作为波特率发生器作为波特率发生器,将其设置为工作方将

50、其设置为工作方式式2，波特率同样为，波特率同样为9600。单片机的通信程序框图见下图：单片机的通信程序框图见下图：单片机的通信程序如下：（假设某单片机地址为单片机的通信程序如下：（假设某单片机地址为03H） COMMN: MOV TMOD, #20H ; 设置设置T1工作方式工作方式 MOV TH1, #0FDH ; 设置时间常数设置时间常数, 确定波特率确定波特率 MOV TL1, #0FDH SETB TR1 SETB EA SETB ES ; 允许串行口中断允许串行口中断 MOV SCON, #0F8H ; 设置串行口工作方式设置串行口工作方式 MOV PCON, #80H MOV 23

51、H, #0CH ; 设置接收数据指针设置接收数据指针 MOV 22H, #00H MOV 21H, #08H ; 设置发送数据指针设置发送数据指针 MOV 20H, #00H MOV R5, #00H ; 累加和单元置零累加和单元置零 MOV R7, #COUNT ; 设置字节长度设置字节长度 INC R7 CINT: JBC RI, REV1 ; 若接收若接收,转转REV1 RETIREV1: JNB RB8, REV3 MOV A, SBUF CJNE A, #03H, REV2 ; 若与本机地址不符若与本机地址不符,转转REV2 CLR SM2 ; 0SM2 MOV SBUF, #00H

52、 ; 与本机地址符合与本机地址符合,回送回送“00”REV2: RETIREV3: DJNZ R7, RT ; 若未完若未完,继续接收和发送继续接收和发送 MOV A, SBUF ; 接收校验码接收校验码 XRL A, R5 JZ RIGHT ; 校验正确校验正确,转转RIGHT MOV SBUF, #0FFH ; 校验不正确校验不正确,回送回送“FF” SETB F0 ; 置错误标志置错误标志 CLR ES ; 关中断关中断 RETIRIGHT: MOV SBUF, #00H ; 回送回送“00” CLR F0 ; 置正确标志置正确标志 CLR ES ; 关中断关中断 RETI RT: MO

53、V A, SBUF ; 接收数据接收数据 MOV DPH, 23H MOV DPL, 22H MOVX DPTR, A ; 存接收数据存接收数据 ADD A, R5 MOV R5, A ; 数据累加数据累加 INC DPTR MOV 23H, DPH MOV 22H, DPL MOV DPH, 21H MOV DPL, 20H MOVX A, DPTR ; 取发送数据取发送数据 INC DPTR MOV 21H, DPH MOV 20H, DPL MOV SBUF, A ; 发送发送 ADD A, R5 MOV R5, A ;数据累加数据累加 RETI并行通信的主要特点：并行通信的主要特点：(

54、1)数据在多条并行传输线上各位同时传送；和串行数据在多条并行传输线上各位同时传送；和串行传送相比，在同样的时钟速率下，并行传送的信传送相比，在同样的时钟速率下，并行传送的信息传输率较高；但所用信号线数量较多。息传输率较高；但所用信号线数量较多。(2)适用于信息传输率要求较高，而传输距离较短的适用于信息传输率要求较高，而传输距离较短的场合（如打印机）。场合（如打印机）。 (3)采用采用IEEE-488(GP-IB,HP-IB)标准标准5.3 并行通信及接口电路并行通信及接口电路 USB是英文是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是的缩写，中文含义是“通用通用串行总线串行总

55、线”。它是一种应用在它是一种应用在PC领域的新型接口技术。早在领域的新型接口技术。早在1995年，就已经有年，就已经有PC机带有机带有USB接口了，但由于缺乏软件及接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些硬件设备的支持，这些PC机的机的USB接口都闲置未用。接口都闲置未用。1998年年后，随着微软在后，随着微软在Windows 98中内置了对中内置了对USB接口的支持模块，接口的支持模块，加上加上USB设备的日渐增多，设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。接口才逐步走进了实用阶段。 这几年，随着大量支持这几年，随着大量支持USB的个人电脑的普及，的个人电脑的普及，USB逐步逐步成

56、为成为PC机的标准接口已经是大势所趋。在主机机的标准接口已经是大势所趋。在主机(host)端，最端，最新推出的新推出的PC机几乎机几乎100%支持支持USB；而在外设；而在外设(device)端，使端，使用用USB接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等等。戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等等。USB的概念的概念5.4 通用串行总线接口通用串行总线接口 USB 1 1、可以热插拔。、可以热插拔。这就让用户在使用外接设备时，不需要重复这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机关机-

57、 -将并口或串口电缆接上将并口或串口电缆接上- -再开机再开机”这样的动作，而是这样的动作，而是直接在直接在PCPC开机时，就可以将开机时，就可以将USBUSB电缆插上使用。电缆插上使用。2 2、携带方便。、携带方便。USBUSB设备大多以设备大多以“小、轻、薄小、轻、薄”见长，对用户见长，对用户来说，同样来说，同样20G20G的硬盘，的硬盘，USBUSB硬盘比硬盘比IDEIDE硬盘要轻一半的重量。硬盘要轻一半的重量。3 3、标准统一。、标准统一。大家常见的是大家常见的是IDEIDE接口的硬盘，串口的鼠标键接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了盘，并口的打印机扫描仪，可是有了

58、USBUSB之后，这些应用外设之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与统统可以用同样的标准与PCPC连接，这时就有了连接，这时就有了USBUSB硬盘、硬盘、USBUSB鼠标、鼠标、USBUSB打印机，等等。打印机，等等。4 4、可以连接多个设备。、可以连接多个设备。USBUSB在在PCPC上往往具有多个接口，可以上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有同时连接几个设备，如果接上一个有4 4个端口的个端口的USB HUBUSB HUB时，时，就可以再连上就可以再连上4 4个个USBUSB设备，许多设备都同时连在一台设备，许多设备都同时连在一台PCPC上而上而不会有任何问题不会有任

59、何问题( (注：最高可连接至注：最高可连接至127127个设备个设备) )。优点优点 COMPAQ、Hewlett Packard、Intel、Lucent、Microsoft、NEC和和PHILIPS这这7家厂商联合制定了家厂商联合制定了USB 2.0接口标准。接口标准。USB 2.0将设备之间的数据传输速度增加到了将设备之间的数据传输速度增加到了480Mbps，比，比USB 1.1标准快标准快40倍左右，而且具有多种速度的周边设备都可倍左右，而且具有多种速度的周边设备都可以被连接到以被连接到USB 2.0的线路上，而且无需担心数据传输时发生的线路上，而且无需担心数据传输时发生瓶颈效应。瓶颈

60、效应。 如果用如果用USB 2.0的扫描仪，扫一张的扫描仪，扫一张40M的图片只需半分钟左的图片只需半分钟左右的时间右的时间USB接口标准接口标准USB1.1接口接口 目前目前USB设备虽已被广泛应用，但比较普遍的是设备虽已被广泛应用，但比较普遍的是USB1.1接口，它的传输速度仅为接口，它的传输速度仅为12Mbps。例如，当用。例如，当用USB1.1的扫描仪扫一张大小为的扫描仪扫一张大小为40M的图片，需要的图片，需要4分钟之久。分钟之久。USB2.0接口接口 USB2.0可以使用原来可以使用原来USB定义中同样规格的电缆，接头的定义中同样规格的电缆，接头的规格也完全相同，在高速的前提下一样