[预防医学]电子医疗仪器通信接口课件.ppt
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1、第六章第六章 通信接口通信接口第一节第一节 GP-IBGP-IB通用接口总线通用接口总线一、一、GP-IBGP-IB标准接口系统概述标准接口系统概述qGP-IB(General Purpose Interface Bus)-是是国际通用的仪器国际通用的仪器接口标准接口标准。(一)(一)GP-IB标准接口系统的基本特性标准接口系统的基本特性q该标准包括接口和总线两部分该标准包括接口和总线两部分.接口部分:接口部分:由各种逻辑电路组成,与各仪器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、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。接收、编码和译码。总线部分
2、:总线部分:是一条无源的多芯电缆是一条无源的多芯电缆,用作传输用作传输各种消息。各种消息。q图图1系统中,要进行联络至少有系统中,要进行联络至少有 讲者、听者、讲者、听者、控者控者三类装置。三类装置。讲者讲者:是通过总线发送仪器消息的仪器装置。如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。测量仪器、数据采集器、计算机等。听者听者:是通过总线接收由讲者发出消息的装置。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。如打印机、信号源等。控者控者:是数据传输过程中的组织者和控制者。如是数据传输过程中的组织者和控制者。如计算机。计算机。v对于系统中的某一台装置可以具有三
3、要素对于系统中的某一台装置可以具有三要素(讲讲者、听者、控者者、听者、控者)中的一个,二个或全部。中的一个,二个或全部。vGP-IB系统中的计算机一般同时具有讲者、系统中的计算机一般同时具有讲者、听者、控者的功能。听者、控者的功能。vGP-IB标准接口系统的基本特性主要如下标准接口系统的基本特性主要如下:系系统装置有限、双向异步传送及负逻辑信息等。统装置有限、双向异步传送及负逻辑信息等。GP-IBGP-IB标准接口系统标准接口系统图1(二)(二)GP-IB标准接口的总线结构标准接口的总线结构v24芯电缆:芯电缆:其中其中16条被用做信号线,其余被用做逻辑条被用做信号线,其余被用做逻辑地线及屏蔽
4、线。地线及屏蔽线。v总线上传递的各种信息通称为消息,总线上传递的各种信息通称为消息,见下图见下图2:接口总线仪器消息仪器仪器功能功能接口接口功能功能接口接口功能功能仪器仪器功能功能总线总线接口消息和仪器消息接口消息和仪器消息图2接口消息接口消息:管理接口部分完成各种接口功能的信息,它由管理接口部分完成各种接口功能的信息,它由控者发出,只被接口部分所接收和利用。控者发出,只被接口部分所接收和利用。仪器消息仪器消息:与仪器自身工作密切相关的信息,只被仪器部与仪器自身工作密切相关的信息,只被仪器部分接收和利用。分接收和利用。GP-IB标准接口总线标准接口总线中的中的16条线按功能可分为条线按功能可分
5、为三组:三组:1、8条双向数据总线条双向数据总线2、3条数据挂钩联络线条数据挂钩联络线(三线挂钩原理三线挂钩原理)控制数据总线的时序,保证数据总线正确、有节奏控制数据总线的时序,保证数据总线正确、有节奏地传输数据,称为三线挂钩技术:地传输数据,称为三线挂钩技术:DAV:数据有效线数据有效线 NRFD:数据未就绪线数据未就绪线 NDAC:数据未收到线数据未收到线3、5条接口管理控制线条接口管理控制线 作用是控制作用是控制GP-IB总线接口的状态。总线接口的状态。ATN:注意线注意线 IFC:接口清除线接口清除线 REN:远程控制线远程控制线 SRQ:服务请求线服务请求线 EOI:结束或识别线结束
6、或识别线(三)三线挂钩原理(三)三线挂钩原理 见下图见下图3321465DAVNRFDNDAC三线挂钩简单时序三线挂钩简单时序图3二、接口功能和接口消息二、接口功能和接口消息(一)仪器功能与接口功能(一)仪器功能与接口功能仪器功能仪器功能:把收到的控制信息变成仪器设备的实际动作。把收到的控制信息变成仪器设备的实际动作。接口功能接口功能:是指完成系统中各仪器设备之间正确通信是指完成系统中各仪器设备之间正确通信,确保确保 系统正常工作的能力。系统正常工作的能力。(二)接口消息及编码(二)接口消息及编码按用途分:按用途分:总线上传递的消息可分为总线上传递的消息可分为接口消息接口消息仪器消息仪器消息按
7、传递的途径分按传递的途径分:本地消息本地消息远地消息远地消息按信号线的数目分按信号线的数目分:单线消息单线消息:无需编码。无需编码。多线消息多线消息:需统一编码需统一编码v仪器消息也有明确的编码与格式仪器消息也有明确的编码与格式.计算机(控制)扫描器(听着)电桥(听讲着)数字电压表(听讲着)打印机(听着)多路开关GP IB 总线压压力力传传感感器器自动测试系统框图自动测试系统框图三、三、GP-IBGP-IB标准接口系统的运行标准接口系统的运行图4第二节第二节 串行通信总线串行通信总线一、串行通信基本方式一、串行通信基本方式v构成字符的每个二进制数据位构成字符的每个二进制数据位,依照一定的顺序逐
8、位进行依照一定的顺序逐位进行传送的通信方式。传送的通信方式。v串行通信分为串行通信分为:同步通信和异步通信。同步通信和异步通信。同步通信同步通信:传输速度快传输速度快,实用性差实用性差,容易出错。容易出错。异步通信异步通信:传输速度较慢传输速度较慢,出错率低。出错率低。二、串行通信协议二、串行通信协议v串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成:串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成:图5发送器发送器接收器接收器时钟发生器时钟发生器发送器发送器时钟发生时钟发生接收器接收器时钟发生时钟发生时钟同步时钟同步(b)异步通信异步通信(a)同步通信同步通信数据数据图6v在异步通信中在异步
9、通信中,接收和发送双方必须保持相同接收和发送双方必须保持相同的传送速率即波特率。的传送速率即波特率。v波特率波特率:每秒传送的二进制数每秒传送的二进制数(比特比特/秒秒)。典型典型:1200,2400,4800,9600,19200bit/s等。等。CRT调调制制解解调调器器调调制制解解调调器器远远程程主主机机公公共共电电话话交交换换网网DTEDCEDCEDTERS-232接口接口RS-232接口接口三、三、RS-232C标准标准图7v25针的连接器针的连接器,最常用的是最常用的是9个通信信号个通信信号基本数据传送信号;调制解调器控制信号。基本数据传送信号;调制解调器控制信号。一、基本数据传送
10、信号一、基本数据传送信号TXD:发送数据信号;发送数据信号;RXD:接收数据信号;接收数据信号;GND:地信号。地信号。二、二、Modem控制信号控制信号v从计算机到从计算机到Modem信号信号:DTS:数据终端就绪信号;数据终端就绪信号;RTS:请求发送信号;请求发送信号;v从从Modem到计算机信号到计算机信号DSR:数据装置就绪信号;数据装置就绪信号;CTS:允许发送信号;允许发送信号;DCD:数据载波检测信号;数据载波检测信号;RI:振铃指令信号。振铃指令信号。v在实际的微机及微机化设备的通信中在实际的微机及微机化设备的通信中,不需要不需要Modem.v下图中下图中“零调制解调器零调制
11、解调器”只使用了只使用了TXD、RXD和和GND三根线:三根线:DTEDTE零调制零调制解调器解调器TxDTxDGNDGNDRxDRxD“零调制解调器零调制解调器”联结图联结图图8TTL+5V+12VTTL输入输出输出RS-232CRS-232C-12VvRS-232C标准使用负逻辑标准使用负逻辑“1”在在-5V-15V;“0”在在+5V+15V。不与不与TTL兼容,必须进行电平转换。兼容,必须进行电平转换。v传输线传输线驱动器驱动器MC1488;接受器接受器MC1489。见下图。见下图9RS232C与与TTL电平变换器电平变换器&1输入图9第三节第三节 串行通信接口电路的设计串行通信接口电路
12、的设计一、智能仪器串行通信接口的结构一、智能仪器串行通信接口的结构(一)串行通信接口的扩展(一)串行通信接口的扩展串行接口完成串并转换,它与串行接口完成串并转换,它与CPU的数据接的数据接口是并行的,而与外界的数据接口应是串行口是并行的,而与外界的数据接口应是串行的。的。(二)(二)MCS-51串行通信接口结构及通信方串行通信接口结构及通信方式式vMCS-51内部有一个全双工的串行口。内部有一个全双工的串行口。内部有两个独立的接收、发送缓冲器内部有两个独立的接收、发送缓冲器SBUF。公用一个地址公用一个地址99H,使用同一标号使用同一标号SBUFv由由SCON,PCON控制串行口的工作方式及波
13、控制串行口的工作方式及波特率。定时器特率。定时器T1作为波特率发生器。作为波特率发生器。MCS-51 8250INT0P2.774LS373调制解调器1P0RDWRTXDRXDRSTDTRCTSDSRDUSTRDISTRADSGNDD07RDWRXTAL1INTRPTCS2A2A1A0采用采用8250的串行接口扩展电路的串行接口扩展电路图10RXDTXD串行中断SUBF发射控制接收控制SUBF波特率控制发送接口接受接口写SUBF写SUBFDBDBMCS-51串行口原理图串行口原理图图11vSCON:包含串行口的方式选择位,接收发送控制位和包含串行口的方式选择位,接收发送控制位和串行口的状态标志
14、串行口的状态标志,地址为地址为98H,可位寻址。格式如下可位寻址。格式如下vSM0、SM1:为串行口的方式选择位,见下表:为串行口的方式选择位,见下表:位功能位功能SM0 SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址位地址9F9E9D9C9B9A9998vSM2:为允许方式为允许方式2,3的多机通信控制位。的多机通信控制位。vREN:允许串行接收位。允许串行接收位。vTB8:方式方式2,3为发送第为发送第9位数据,由软件置位数据,由软件置/复位。复位。vRB8:方式方式2,3为接收第为接收第9位数据;方式位数据;方式1,SM2置置0为收到停止位;为收到停止位;方式方式0不使用。不使用。vTI:
15、为发送中断标志为发送中断标志.vRI:为接收中断标志为接收中断标志.vPCON:波特率系数控制寄存器波特率系数控制寄存器,地址为地址为87H,格式,格式如下如下vSMOD=1,使波特率加倍使波特率加倍.SMOD MCS-51MCS-51共有四种工作方式共有四种工作方式v方式方式0:移位寄存器输入输出方式。移位寄存器输入输出方式。v方式方式1:8位异步通信接口。位异步通信接口。v方式方式2:波特率固定的波特率固定的9位异步通信接口。位异步通信接口。v方式方式3:波特率可变的波特率可变的9位异步通信接口。位异步通信接口。方式方式2,3利用利用SCON中的中的SM2位位,可方便地实现可方便地实现双双
16、机通信。机通信。TXD RXD RXD TXD二、二、MCS-51MCS-51系统串行通信设计举例系统串行通信设计举例(一)双机通信(一)双机通信(图图12)v设甲机发送设甲机发送,乙机接收乙机接收.v对于单片机之间的通信对于单片机之间的通信,只要设定发送机和接收机处只要设定发送机和接收机处于相同的工作方式,即可保证数据传送格式相同。于相同的工作方式,即可保证数据传送格式相同。双机通信示意图双机通信示意图8031甲机8031乙机图12双机通信双机通信v设设甲机为发送甲机为发送,其任务是把,其任务是把78H78H,77H77H内容为首地内容为首地址;址;76H76H,75H75H内容为末地址的一
17、段数据块通过串内容为末地址的一段数据块通过串行口向乙机发送。行口向乙机发送。v乙机为接收乙机为接收,其任务是接收甲机发送的数据,并,其任务是接收甲机发送的数据,并把接收到的数据存入由甲机规定的一段存储器单把接收到的数据存入由甲机规定的一段存储器单元中。元中。v两机通信必须规定相同的数据传送格式和波特两机通信必须规定相同的数据传送格式和波特率。率。对于单片机之间的通信,只要设定发送机对于单片机之间的通信,只要设定发送机和接收机处于相同的工作方式,即可保证数据和接收机处于相同的工作方式,即可保证数据传送格式相同,本例采用方式传送格式相同,本例采用方式1 1,即一位起始,即一位起始位,位,8 8位数
18、据位和一位停止位。位数据位和一位停止位。v采用定时器采用定时器T T1 1作为波特率发生器,初始化作为波特率发生器,初始化T T1 1为为方式方式2 2,时间常数为,时间常数为F3HF3H,若时钟为,若时钟为f f0 06MHz6MHz串串行口行口SMODSMOD位置位,则波特率位置位,则波特率2400b2400bs s。由于。由于乙机存放数据的地址是由甲机规定的,所以乙机存放数据的地址是由甲机规定的,所以甲甲机在发送正式数据之前必须先发送存放数据的机在发送正式数据之前必须先发送存放数据的首地址和末地址首地址和末地址。(二)多机通信(二)多机通信v主从机之间可相互通信,但从机之间不能直接通信。
19、主从机之间可相互通信,但从机之间不能直接通信。主从式多机分布式系统主从式多机分布式系统TXD RXD8031主机TXD RXD8031主机TXD RXD8031主机TXD RXD8031主机图13vMCS-51机串行口的机串行口的方式方式2和和方式方式3是为是为多机通信多机通信而设计的,其中串行口控制寄存器而设计的,其中串行口控制寄存器SCON中的中的SM2和和TB8(即第即第9位数据位数据)起着重要的作用。起着重要的作用。v在在传送数据传送数据时,时,置置TB8为为0,在,在传送地址传送地址时,时,置置TB8为为1。当一台。当一台MCS-51机在接收时,若机在接收时,若SM2为为1,它只能接
20、收地址信号,即接收到的第,它只能接收地址信号,即接收到的第9位数据位数据为为1(TB8为为1)时,数据装入时,数据装入SBUF,并置,并置RI为为1向向CPU发出中断请求;如果接收到的第发出中断请求;如果接收到的第9位数据为位数据为0(TB8为为0),则不产生中断标志,信息将抛弃。,则不产生中断标志,信息将抛弃。v而当而当SM2为为0时,则可以时,则可以接收接收所有信息。根据这所有信息。根据这个功能,可以组成多机通信系统并能保证主机与个功能,可以组成多机通信系统并能保证主机与所选从机交换信息,其他从机则不受影响。所选从机交换信息,其他从机则不受影响。三、三、PCPC机系统与机系统与MCS-51
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