单片机和嵌入式系统编程V课件.ppt
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- 单片机 嵌入式 系统 编程 课件
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1、Huazhong Univ.of Sci.and Tech.Wuhan Polytechnic University单片机原理与应用2022-8-11第第5 5部分部分 单片机和嵌入式系统编程单片机和嵌入式系统编程22SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l 学习内容和目标从信息交互角度的建立通讯的概念总览各种通讯方法,及其注意事项建立帧、包、报文等基本概念,以及其使用方法建立通讯中需要注意的问题l 注意:思维一定要开阔一些,多问为什么为什么。允许不用举手,并随时打断,随时打断,向我提提任何和课程相关的问问题题。2022-8-112本节学习目标SCHO
2、OL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.1.1 引言l信息交互:发出和接收信息的过程。l通常由6个部分组成:信息源、信息、信息传递的通道或网络、接收者、反馈、噪音。l事实上,信息交互不仅仅存在于通讯系统中。至少目前的定义,通讯就是信息交互的过程。那么请从信息流的角度看待通讯问题l即使对于某个测控系统,当中传递的也是信息(信号只是信息的载体)。2022-8-1131 信息交互与通讯SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l继续考虑上述的封闭测控系统,可以在任何一个环节与环节之间采用模拟的或数字的通讯方式,传递信息。2022-
3、8-1141.1 引言(续1)l需要考虑的是如何有效的传递信息:l采用何种载体l如何保证信息在传递过程中的正确率l请务必注意:必须依据信源特性确定载体类型、特征等问题。SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l当前来说,信号是目前在工业中传递信息最常用的载体。当前,工业中常用的标准信号规格可以分为:模拟信号:05V的电压信号、420mA的电流信号 数字信号:这是目前用的最多的,并且有着多种形式可供选择。l不论传递何种信号,必然需要考虑两个内容:确定发射机与接收机之间的物理连接方法;确定发射机和接收机之间对话模式。l物理链接、对话模式、信号特征三者往往是统
4、一的,必须综合考虑。另外,在实现中往往加入其他因素进行综合考虑,例如:环境状况、成本问题、工艺问题、保密性问题、l对以下2个实例进行分析:为什么使用这种方式?能否使用其他的通讯方式?实现这些通讯方式的过程中需要注意哪些内容?电缆式测井中采用7000m电缆将仪器和HOST PC连接起来。但是在仪器与遥传短节之间采用 CAN Bus连接;在一些数控机床中,PLC的CPU模块与其他模块采用RS232通讯。2022-8-1151.2 信号、信号传输与通讯SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l对以下2个实例进行分析:为什么使用这种方式?能否使用其他的通讯方式?
5、实现这些通讯方式的过程中需要注意哪些内容?电缆式测井中采用7000m电缆将仪器和HOST PC连接起来。但是在仪器与遥传短节之间采用 CAN Bus连接;在一些数控机床中,PLC的CPU模块与其他模块采用RS232通讯。2022-8-1161.2 信号、信号传输与通讯(续1)SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l接口:泛指实体把自己提供给外界的一种抽象化物(可以为另一实体),用以由内部操作分离出外部沟通方法,使其能被修改内部而不影响外界其他实体与其交互的方式。l对于目前的信息科学领域,接口可以分为两大类:软件接口:例如,用户界面、JAVA接口、动态链
6、接库接口、硬件接口:RS232、Ethernet、I2C、l简单的说接口就是一个契约或者规范。l正如,信号可以分为两类一样,接口也可以分为两类:l模拟接口:l数字化接口:l不论是模拟或数字接口,都必须在数字化控制中考虑以下问题:速度:资源占用:CPU时间、中断、DMA 传输距离:差错控制:供电:其他:2022-8-1171.3 通讯接口引论SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.2.1 引言l考虑:在MCU内部,所谓总线是否可以归纳到接口的范畴。l在这里,若非特别指明,接口均指代系统间的通讯连接。2022-8-1182 数字化通讯接口SCHOOL of
7、ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l大部分的数字化通讯接口以下图为基础进行修改,实现通讯。2022-8-1192.2 数字化接口电路的构成SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l接口的基本功能:数据传送:CPU执行输入/输出指令与外部设备交换数据。(串行、并行)数据缓冲:用于输入输出过程中的暂存,对方不能及时接收数据时,将数据暂存在接口电路中。根据接口的需要可以是1个或2个字节,或是FIFO存储器,也可以是数据存储区。信号变换:完成数字信号与I/O设备信号(如模拟信号、开关信号、计数脉冲等)的相互转换。中断:大多数接口电路有中
8、断功能,以提高接口程序的效率。l接口的高级功能 差错控制:实现检错或纠错。高层通信协议:实现呼叫、数据包、流量控制等。即插即用、电源管理、动态配置等。2022-8-11102.3 通讯接口运行概述SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l接口的操作:程序对接口的访问(读/写)方式。不同的接口电路支持不同的操作方式。查询控制方式:在程序的主动控制下,通过读取状态寄存器了解接口的情况,完成相应的程序操作。为了及时了解接口的状态,需要时间密集的查询操作。CPU效率低。中断控制方式:当接口出现需要程序干预的事件,通过中断通知CPU,CPU再读取状态寄存器,确定事
9、件的种类,以便执行不同的代码处理。CPU效率高而且及时。DMA控制方式:CPU与接口的数据传送采用DMA传送,即传送的具体过程由硬件(DMA控制器)完成,传送速度比通过CPU快,尤其是在批量传送时效率很高。2022-8-11112.3 通讯接口运行概述(续1)SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l通信协议是指通信双方对数据传送控制的一种约定,包括对数据格式,同步方式,传送速度,传送步骤,检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定。通信双方必须共同遵守,它也叫做链路控制规程。l由于这些规格(语言)的规定都是事先在会议上讲好的,一般我们称之为“协议”(
10、英文称为protocol)。l协议主要由以下三个要素组成:语法:“如何讲”,数据的格式、编码和信号等级(电平的高低)语义:“讲什么”,数据内容、含义以及控制信息。定时规则(时序):明确通信的顺序、速率匹配和排序。l讨论接口则必须讨论协议,硬件接口相同,不代表协议相同;协议类型相同,不代表编码方式相同;。正是由于多种不同,使得目前存在各种各样的通讯方式。l例如,同样是TCP协议,但是并非一定使用RJ45接头;同样电平标准也可以设定的不同。同样,对于RS232的串口标准,即使按照以前规定的7位字符位,但是若组成方式不同也会有不同。2022-8-11122.4 数字通讯协议SCHOOL of ELE
11、CTRICAL and ELECTRONIC ENG.l可以参考ISO/OSI的7层网络架构。l实现信息交互/通讯,的最终目标是考虑如何让接收方能够“理解”发送方的意图。2022-8-11132.5 完整的数字化通讯模型SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l多种多样、千变万化的通讯接口。lPC机常用内部总线和接口:ISA、PCI、PCI-E、Compact-PCI、PC104、PXI、PC104 Plus、DDR 3、STAT、STAT 2、SCSI、lPC机常用对外总线和接口:RS232、PS2、VGA、HDMI、USB 2.0、USB3.0、SC
12、SI、PCMCIA、l常用无线接口:Blue Tooth、WIFI、CDMA、WCDMA、LTE、l芯片之间常用接口:高速串口:SPI、HDMI、PCI-E 并口:低速串口:I2Cl工业常用接口:早期串行接口:RS232、RS422、RS485、工业网络总线:工业以太等 现场总线:目前比较热门的接口 其他:2022-8-11142.6 常见通讯接口举例SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.3.1 数据传输中的报文l报文(message)是通讯中交换与传输的数据单元,即站点一次性要发送的数据块。l报文包含了将要发送的完整的数据信息,其长短很不一致,长度不
13、限且可变。l显然报文也是网络传输的单位,传输过程中会不断的封装成分组、包、帧来传输。封装的方式就是添加一些信息段,那些就是报文头以一定格式组织起来的数据。比如里面有报文类型,报文版本,报文长度,报文实体等等信息。l注意:报文帧;报文是一个完整的内容,当然可以将一个很长的、很大的报文拆分成几个小的报文 报文不是由硬件完成的,而是由通讯双发约定的(协议)由于为通讯使用,所以报文还必须考虑到便于传输、校验、信息说明等内容2022-8-11153 报文、包和帧的概念SCHOOL of ELECTRICAL and ELECTRONIC ENG.l一般在ISO的网络层,往往将报文拆分后,根据各自的通讯协
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