智能仪器的通信接口技术

智能仪器第六章智能仪器的通信接口技术学习提纲1数据通信基础知识2串行通信原理及接口设计3并行通信原理及接口设计4USB通信原理及接口设计5其他通信接口技术1数据通信基础知识用途多智能仪器由通信接口组成自动测试系统网络化测试技术的发展趋势数据通信基础通信系统组成1数据通信基础知识信道的带宽和数据速率带宽：任何信道所能传输的信号的频率都有限数据速率：表征一个信道传输数字信号能力的指标，以每秒所能传送的二进制位为单位调制技术基带信号调制：由基带信号改变载波信号的参数的过程调制的方法：正弦波调制和脉冲调制模拟调制和数字调制多路复用技术频分多路复用和时分多路复用差错控制技术差错控制编码检错码和纠错码编码效率R奇偶校验码：检错码，编码效率高，只检1位差错方块校验：行和列校验确定出错位置，进而纠错循环冗余校验：检错能力强，易实现，应用广泛差错控制方法自动请求重发ARQ前向纠错FEC1数据通信基础知识1数据通信基础知识通信方式异步通信方式1帧信息以起始位和停止位来同步起始位与停止位之间是数据位和奇偶校验位LSB在先，两帧信息之间可用停止位任意延长接收原理：起始位开始计数，计数到1个数据位宽度一半时采样电平，确认各位，移位成1字节信息1数据通信基础知识同步通信方式信息帧：同步字符和数据块同步字符：1或2个特殊的8位二进制码数据块：原则上不限字节数，互相之间无空隙带同步时钟，收发双方绝对同步，硬件较异步复杂2串行通信原理及接口设计串行通信的基本概念逐位进行数据传输的通信方式串并转换波特率衡量数据传输速率的指标，每秒传输的二进制位数单工、半双工与全双工串行通信方式异步同步2串行通信原理及接口设计RS-232标准通信距离不大于15m，波特率不高于20kbps总线描述定义DCE与DTE之间串行数据传输的接口信息输出电平和检测电平：负逻辑接口标准：DB25和DB92串行通信原理及接口设计数据线TXD和RXD控制线RTS：请求发送CTS：允许发送DCD：数据载波检测DSR：DCE准备好DTR：DTE准备好RI：振铃指示2串行通信原理及接口设计RS-232常用系统连接2串行通信原理及接口设计电平转换MAX2322串行通信原理及接口设计RS485标准电气接口标准，只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，没规定接插件传输电缆和通信协议基于单对平衡线的多点、双向、半双工通信链路特点共模电压范围：−7V~+12V最大输入电流：−0.8mA~1mA最大总线负载：32个最大传输速率：10Mbit/s最大电缆长度：100m2串行通信原理及接口设计MAX4852串行通信原理及接口设计串行通信实例要求甲机以78H、77H的内容为首地址，以76H、75H的内容为末地址，将外部数据存储器该段地址的存储值，通过串口发送给乙机，乙机将收到的数据存入甲机指定的存储单元。分析两机通信必须规定相同的数据传输格式和波特率，对同一型号单片机而言，设定相同的工作方式即可由于乙机存放数据的地址是由甲机规定的，所以在发送正式数据前，需要先发送存放数据的地址2串行通信原理及接口设计甲机发送程序TANSF:MOVSP,#60HMOVTMOD,#20H;设置T1工作在方式2MOVTL1，#0F3HMOVTH1,#0F3HSETBTR1;启动定时器CLRTI;清中断标志位MOVSCON,#50H;串行口初始化MOVPCON,#80H;SMOD位置12串行通信原理及接口设计MOVSBUF,78HWAIT1:JNBTI,WAIT1;等待发完CLRTIMOVSBUF,77HWAIT2:JNBTI,WAIT2;等待发完CLRTIMOVSBUF,76HWAIT3:JNBTI,WAIT3;等待发完CLRTIMOVSBUF,75HSETBES;允许串口中断………….SJMP$;等待2串行通信原理及接口设计SINT:PUSHDPL;保护现场PUSHDPHPUSHAMOVDPH,78H;取数并发走MOVDPL,77HMOVXA,@DPTRCLRTIMOVSBUF,AMOVA,DPH;判断是否所有数据发完CJNZA,76H,END1MOVA,DPLCJNZA,75H,END12串行通信原理及接口设计CLRES;关闭中断CLRET1CLRTR1ESCON:POPA;恢复现场POPDPHPOPDPLRETIEND1：INC77H;低地址加1MOVA,77HJNZ02H;若低地址溢出，高加1INC78HSJMPESON3并行通信原理及接口设计Centronics标准并行接口GP-IB接口4USB通信原理及接口设计USB接口适于主机与各式各样“即插即用”外设之间的数据传输传输速率高达上百Mb/s，多个设备可同时操作，共享带宽特点*程福德即插即用：非常方便热插拔特性：不需要重新开机就可安装硬件最多连接127个设备：7位寻址传输速率高：USB1.1规范和USB2.0规范4USB通信原理及接口设计USB基本架构*程福德USB主机控制器/根集线器主控制器：USB控制核心根集线器：提供USB端口给USB集线器或USB设备USB集线器根集线器的功能延伸，提供更多的USB端口USB设备全速设备：12Mbps，面向U盘、移动硬盘等设备低速设备：1.5Mbps，面向键盘、鼠标等设备高速设备：总480Mbps，USB2.0规范，设备同全速4USB通信原理及接口设计架构框图4USB通信原理及接口设计USB电气特性*程福德接口组成D+和D−主机根集线器或集线器内，D+和D−由15k电阻上拉设备的D+或D−由1.5k电阻上拉至3.3V（全速/低速）主机每隔一段时间查询根集线器，检查D+和D−电位4USB通信原理及接口设计根据供电方式将USB设备分类总线供电集线器：由上游端口供电，但最多只能消耗500mA电流。自我供电集线器：拥有自己的电源，供给自身及所有下游设备，每个下游设备可供给500mA电流，而集线器自身最多可从上游端口消耗100mA。低功耗总线供电设备：由上游端口供电，每个设备最多消耗100mA电流。高功率总线供电设备：由上游端口供电，每个设备最多消耗100mA电流，配置后最多可消耗500mA。自我供电设备：设备可从上游端口消耗100mA电流。4USB通信原理及接口设计USB通信原理设备端点设备硬件上具有一定大小的数据缓冲区，主机通过端点与设备进行通信。主机与端点的通信是经过“管线”来完成的，一旦管线建立好，每个端点就会传回描述此设备的相关信息（描述符）给主机。信息包括：群组特性、传输类别、最大封包、带宽。端点只能单向传输数据，控制端点是双向传输数据，控制端点事实上是由共享一个端点号码的IN和OUT端点组成的。4USB通信原理及接口设计设备列举即插即用：可随时插拔，立即工作，重新连接后不需要重新安装驱动程序。第一次连接到USB总线时，主机做出列举检测的动作。列举的实质：通过一连串的介于主机和设备之间的控制传输来辨识与设置一个刚连上的USB设备程序，操作系统辨识一个新设备并决定其特定需求，然后加载适当的驱动程序，并分配其一个新的地址。USB描述符设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、类描述符、报告描述符、字符串描述符4USB通信原理及接口设计设备列举过程设备插入PC主机的根集线器或USB集线器的端口集线器不断轮询端口状态，检测到电位变化就通知主机主机以预设的地址0响应这个新设备，取回设备描述符，以确认此设备是何种驱动程序主机配置一个单独的地址给该设备主机取回配置描述符，根据可使用的电源与带宽，给予设备配置的方式4USB通信原理及接口设计USB设备的接口设计设计方法采用专门的USB接口器件选用内部集成USB接口的单片机专用接口芯片——FT245R兼容USB1.1和USB2.0协议单芯片USB转并行接口，控制简单高传输速率，可达1MB/s内置FIFO：256B的接收缓冲器和128B的发送缓冲器内置EEPROM，3.3V~5.25V供电范围，内置3.3VD的LDO兼容5V~1.8V的电平逻辑4USB通信原理及接口设计FT245R内部组成4USB通信原理及接口设计FT245R引脚4USB通信原理及接口设计读写时序RXFRD#D7:D0有效数据有效数据TXEWRD7:D0（a）读时序（b）写时序硬件设计D0~D7FT245RUSBDMUSBDPGNDVCCVCCIO3V3OUTUSBInterfaceRXFTXERD#WRD7D0C1C2C3F1C4C8051P0.7P0.0P1.0P1.1P1.2P1.34USB通信原理及接口设计软件设计……;读数据RJUG:JBP1.0，RJUGCLRP1.2MOVA,P0SETBP1.2……开始RXF=0？RD=0读取P0结束NYRD=14USB通信原理及接口设计软件设计……;写数据WJUG:JBP1.1，WJUGSETBP1.3MOVP0，ACLRP1.3……开始TXE=0？WR=1P0写数据结束NYWR=04USB通信原理及接口设计5其他通信接口技术以太网接口技术智能仪器通过以太网接口挂接到网络上，构成网络仪器概述采用总线型网络拓扑结构传输介质：铜缆、双绞线、光缆信号制式：基带信号，曼彻斯特编码TCP/IP协议TCP：传输控制协议IP：互联网协议5层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层以太网控制器——CS8900A5其他通信接口技术现场总线CAN接口技术控制局域网总线，德国Bosch提出，汽车应用特点采用多主竞争式总线结构采用不同优先级点对点、点对多点、点对网络最远距离10km，节点数量110个数据采用短帧结构，每帧有效数据8字节多种传输介质：双绞线、光纤突出的可靠性、实时性、灵活性5其他通信接口技术CAN总线控制器——SJA1000接口管理逻辑：解释CPU的命令，向CPU提供信息发送缓冲器：CPU与位流处理器的桥梁接收缓冲器：CPU与验收滤波器的桥梁验收滤波器：验收收到的报文标识码，确定是否接收位流处理器：控制发送和接收逻辑（检/纠错、仲裁）CAN总线驱动器——PCA82C250驱动输出，含限流电路防止输出与电源、地短路硬件设计5其他通信接口技术软件流程设计5其他通信接口技术