智能仪器通信接口技术last课件.ppt
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1、智能仪器通信接口技术last5.1.1 异步通信和同步通信异步通信和同步通信 串行通信按同步方式可分为串行通信按同步方式可分为异步通信异步通信和和同步通信同步通信两两种基本通信方式。种基本通信方式。2.异步通信异步通信(Asynchronous Communication)在异步通信中,数据通常是以字符或字节为单位在异步通信中,数据通常是以字符或字节为单位组成数据帧进行传送的。收、发端各有一套彼此独组成数据帧进行传送的。收、发端各有一套彼此独立,互不同步的通信机构,由于收发数据的帧格式立,互不同步的通信机构,由于收发数据的帧格式相同,因此可以相互识别接收到的数据信息。相同,因此可以相互识别接收
2、到的数据信息。异步通信协议规定每个数据以相同的位串形式传送,每个串行数异步通信协议规定每个数据以相同的位串形式传送,每个串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。异步通信异步通信信息信息帧格式帧格式如图如图7-27-2所示所示它用一个起始位表示字符开始,用停止位表示字符结束构成一帧。它用一个起始位表示字符开始,用停止位表示字符结束构成一帧。图中起始位占用一位,图中起始位占用一位,8 8位数据位,位数据位,1 1位奇偶校验位,加上这一使字位奇偶校验位,加上这一使字符串为符串为“1”1”的位为奇数(或偶数),停止位可以是的位为奇数(或偶数),停止
3、位可以是1 1位,位,1 1位半或位半或2 2位。传送时数据的低位在前,高位在后。另外字符之间允许有不定位。传送时数据的低位在前,高位在后。另外字符之间允许有不定长度的空闲位(空闲位为高电平)。长度的空闲位(空闲位为高电平)。D0 D1 D2 D3 D4D0 D1 D2 D3 D4 D5D5 D6D6 D7D7 0/1 1 1 1 1 0/1 1 1 1 1 D7 0/1 1 0D7 0/1 1 00 D0 D10 D0 D1第第n字符帧字符帧空闲位空闲位停停止止位位奇奇偶偶校校验验停停止止位位8位数据位数据8位数据位数据起起始始位位起起始始位位奇奇偶偶校校验验第第n-1字符字符帧帧第第n+1
4、字符帧字符帧图图7-2 7-2 异步通信帧格式异步通信帧格式8位数据位数据5.1.2 串串行通信的波特率行通信的波特率 波特率波特率(Baud Rate)是串行通信中一个重要概念,它是是串行通信中一个重要概念,它是指传输数据的指传输数据的速率速率,亦称亦称比特率比特率。波特率的定义是每秒传输。波特率的定义是每秒传输二进制数码的位数二进制数码的位数,它的单位是位它的单位是位/秒(秒(b/s)。如:波特率。如:波特率为为1200bps是指每秒钟能传输是指每秒钟能传输1200位二进制数码。位二进制数码。波特率的倒数即为每位波特率的倒数即为每位数据传输时间数据传输时间。例如:。例如:波特率为波特率为1
5、200bps,每位的传输时间为:,每位的传输时间为:1 1)(833833.0 012001200msmsd dT T=规定的标准波特率规定的标准波特率:50,75,110,300,600,1200 2400,4800,9600,19200b/s举例:举例:在某异步串行通信中,传送一个字符,包括一个起始位,在某异步串行通信中,传送一个字符,包括一个起始位,8个数据个数据位,位,1个偶校验位,二个停止位。设波特率为个偶校验位,二个停止位。设波特率为1200b/s,则每秒,则每秒所能传送的字符数是:所能传送的字符数是:1200/(1+8+1+2)=100个个5.2 串行通信标准串行通信标准5.2.
6、1 RS-232C标准标准RS-232CRS-232C是在异步串行通信中应用最广的总线标准,它适用于短是在异步串行通信中应用最广的总线标准,它适用于短距离或带调制解调器的通信场合。距离或带调制解调器的通信场合。RS-232CRS-232C标准是美国标准是美国EIAEIA与与BELLBELL等公司一起开发的等公司一起开发的19691969年公布的年公布的数据通信标准。它适合于数据传输速率在数据通信标准。它适合于数据传输速率在0 020000b/s20000b/s范围内的范围内的通信。该标准定义了数据终端设备通信。该标准定义了数据终端设备DTE(Data Terminal DTE(Data Ter
7、minal Equipment)Equipment)和数据通信设备和数据通信设备DCE(Data Communication DCE(Data Communication Equipment)Equipment)之间的接口信号特性。其中之间的接口信号特性。其中DTEDTE也可以是计算机,也可以是计算机,DCEDCE一般是指调制解调器(一般是指调制解调器(MODEMMODEM)。它作为一种标准,目前已)。它作为一种标准,目前已在微机通信接口中广泛采用,在在微机通信接口中广泛采用,在IBM PCIBM PC机上的机上的COM1COM1、COM2COM2接口,接口,就是就是RS-232CRS-232
8、C接口。接口。其逻辑电平定义为负逻辑:其逻辑电平定义为负逻辑:对数据信息而言,逻辑对数据信息而言,逻辑“1”的电平低于的电平低于-3V,逻辑,逻辑“0”的电平高的电平高于于+3V;也就是当传输电平的绝对值大于;也就是当传输电平的绝对值大于3V时,电路可有效地时,电路可有效地检查出来,介于检查出来,介于-3V和和+3V之间的电压无意义,低于之间的电压无意义,低于-15V或高于或高于+15V也认为无意义。因此,实际工作时应保证电平在也认为无意义。因此,实际工作时应保证电平在(5-15V)之间。之间。显然,显然,EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态的,与是用正负电压来表示逻辑状态的,与T
9、TL以以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同终端的高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同终端的TTL器件连接,必须在器件连接,必须在EIA-RS-232C与与TTL电路之间进行电平和电路之间进行电平和逻辑关系的变换。逻辑关系的变换。(1)电气特性电气特性图图7.4 7.4 微机微机9 9针针D D形串口连接器形串口连接器(2)端子定义端子定义TXD(Transmitted data):为发送数据信号。串行数据传送信号由该脚发出送上通信线路为发送数据信号。串行数据传送信号由该脚发出送上通信线路到到MODEM(DTEDCE),在不传送数据时该脚为逻辑,在不传送数据时该脚为逻辑
10、1。RXD(Received data):接收数据信号,来自通信线路的串行数据信号由该脚进入系统接收数据信号,来自通信线路的串行数据信号由该脚进入系统(DCEDTE)GND:地信号,是其它引脚的参考电位信号。地信号,是其它引脚的参考电位信号。一类为基本数据传送信号有一类为基本数据传送信号有TXD,RXD,GND零调制解调器连接零调制解调器连接这种方法只适于这种方法只适于15m以内的串行通信以内的串行通信(3)电平转换)电平转换由于由于RS-232CRS-232C信号电平与信号电平与 TTLTTL电平不兼容,因此,为了与电平不兼容,因此,为了与TTLTTL器件连接必须进行信号电平转换。实现这种电
11、平转换的器件连接必须进行信号电平转换。实现这种电平转换的电路称为电路称为RS-232CRS-232C接口电路。一般有两种形式:一种是采用接口电路。一般有两种形式:一种是采用运算放大器、晶体管、光电隔离器等器件组成的电路来实运算放大器、晶体管、光电隔离器等器件组成的电路来实现;另一种是采用专门集成芯片现;另一种是采用专门集成芯片(如如MC1488MC1488、MC1489MC1489、MAX232MAX232等等)来实现。来实现。MAX232接口电路接口电路 MAX232芯片是芯片是MAXIM公司生产的具有两路接收公司生产的具有两路接收器和驱动器的器和驱动器的IC芯片,芯片,其内部有一个电源电压
12、变其内部有一个电源电压变换器,可以将输入换器,可以将输入+5V的的电压变换成电压变换成RS-232C输出输出电平所需的电平所需的12V电压。电压。所以采用这种芯片来实现所以采用这种芯片来实现接口电路特别方便,只需接口电路特别方便,只需单一的单一的+5V电源即可。电源即可。R2outT1inT2inR1outR1inT1outGND12346587151614131011129C1+V+C1-C2+C2-V-T2outR2inVCC图图 MAX232引脚图引脚图PC机与机与89C51单片机串行通信电路单片机串行通信电路C1+C1-C2+C2-STC89C51GNDGNDIBM-PCTXDTXDR
13、XDRXDT1outT1inR1inR1outGNDV+V-VCCMAX232C4C1C2C3C5+5V+图图 用用MAX232实现串行通信接口电路图实现串行通信接口电路图(1 1)数据传输速率低)数据传输速率低,一般低于一般低于20kb/s20kb/s。(2 2)传输距离短)传输距离短,一般局限于一般局限于15m15m。即使采用较好的器件及。即使采用较好的器件及优质同轴电缆优质同轴电缆,最大传输距离也不能超过最大传输距离也不能超过60m60m。(3 3)有)有2525芯芯D D型插针和型插针和9 9芯芯D D型插针等多种连接方式型插针等多种连接方式,不利于不利于标准化设计。标准化设计。(4
14、4)信号传输电路为单端非对称接口电路)信号传输电路为单端非对称接口电路,即一根信号线和即一根信号线和一根地线。一根地线。共模抑制性能较差共模抑制性能较差,抗干扰能力弱。抗干扰能力弱。5.2.2 RS-422标准标准RS-232C虽然应用广泛,但其存在以下不足:虽然应用广泛,但其存在以下不足:为了弥补这些不足,为了弥补这些不足,EIAEIA公布了适应于远距离传输的公布了适应于远距离传输的RS-422RS-422(平衡传输线)和(平衡传输线)和RS-423(RS-423(不平衡传输线不平衡传输线)标准。标准。为改进为改进RS-232,RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率定义了一种平衡通信
15、接口,将传输速率提高到提高到10Mb/s,传输距离延长到,传输距离延长到4000英尺(速率低于英尺(速率低于100kb/s时),并允许在一条平衡总线上连接最多时),并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。个接收器。1.1.特点特点:(1 1)采用平衡发送器和差动接收器,由于是双线传输,大大提高采用平衡发送器和差动接收器,由于是双线传输,大大提高了抗共模干扰的能力。两条传输线的电位差决定逻辑电平了抗共模干扰的能力。两条传输线的电位差决定逻辑电平:AAAA-BB-BB-2V+2V+2V,表示,表示“0”0”(2 2)传输速率)传输速率 10Mbps10Mbps(15m15m时)时)90Kbps
16、90Kbps(1200m1200m时)时)RS422ARS422A与与TTLTTL电平转换最常用的是传输线驱动器电平转换最常用的是传输线驱动器SN75174SN75174、MC3487MC3487和传输线接收器和传输线接收器SN75175SN75175、MC3486MC3486。2.电平转换电平转换MC3487MC3487MC3486MC3486B BTTLTTLRS-422ARS-422A电平电平平衡发送器平衡发送器差动接收器差动接收器B B A AA A TTLTTL5.2.3 RS-485标准标准RS-485RS-485实际是实际是RS-422ARS-422A的变型的变型,它是为了适应用
17、最少的信号线实现它是为了适应用最少的信号线实现多站互连多站互连,构建数据传输网的需要而产生的。它与构建数据传输网的需要而产生的。它与RS-422ARS-422A的不同的不同之处在于:之处在于:两个设备相连时两个设备相连时,RS-422A,RS-422A为全双工为全双工,RS-485,RS-485为半双工;为半双工;对于对于RS-422A,RS-422A,数据信号线上只能连接一个发送驱动器数据信号线上只能连接一个发送驱动器,而而RS-485RS-485却可以连接多个却可以连接多个,但在某一时刻只能有一个发送驱动器发送数据。但在某一时刻只能有一个发送驱动器发送数据。因此因此,RS-485,RS-4
18、85的发送电路必须由使能端的发送电路必须由使能端E E加以控制。加以控制。抗干扰能力强,传送距离远,传输速率高。抗干扰能力强,传送距离远,传输速率高。数传率:数传率:100Kbps 1.2Km 100Kbps 1.2Km 9.6Kbps 15Km 9.6Kbps 15Km 10Mbps 15m 10Mbps 15mRS-485RS-485用于多个设备互连用于多个设备互连,构建数据传输网十分方便构建数据传输网十分方便,而且而且,它可它可以高速远距离传送数据。因此以高速远距离传送数据。因此,许多智能仪器都配有许多智能仪器都配有RS-485RS-485总线接总线接口口,为网络互连为网络互连,构成分布
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