第七章 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)N

1、第七章第七章:工業(yè)控制系統(tǒng)通信技術(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)通信技術(shù) 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn) 1.1.數(shù)據(jù)通信有關(guān)通信方式、制式、編碼、復(fù)用、同數(shù)據(jù)通信有關(guān)通信方式、制式、編碼、復(fù)用、同 步及傳輸介質(zhì)等基礎(chǔ)知識；步及傳輸介質(zhì)等基礎(chǔ)知識； .串行通信總線的RS232-C通信總線與RS-422/485 通信總線 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 引引 言言 7.17.1 數(shù)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)據(jù)通信基礎(chǔ) 7.27.2 通通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)信網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 7.3 7.3 串串行通信總線行通信總線 7.4 USB7.4 USB通用串行接口標(biāo)準(zhǔn)通用串行接口標(biāo)準(zhǔn) 本章小結(jié)本章小結(jié) 思考題思考題 引引 言言 v計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備

2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備 交換信息稱為通信。通信方式有：并行通信和串交換信息稱為通信。通信方式有：并行通信和串 行通信行通信; ; v工控系統(tǒng)通信類型根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成層次分為工控系統(tǒng)通信類型根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成層次分為3 3種基種基 本通信方法：標(biāo)準(zhǔn)通信總線、現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)本通信方法：標(biāo)準(zhǔn)通信總線、現(xiàn)場總線和局域網(wǎng) 通信通信; ; v工業(yè)控制計(jì)算機(jī)總線包括系統(tǒng)總線和通信總線。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)總線包括系統(tǒng)總線和通信總線。 通信總線分為并行通信總線和串行通信總線通信總線分為并行通信總線和串行通信總線 7.1 7.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 7.1.1 7.1.1 數(shù)數(shù)據(jù)通

3、信系統(tǒng)據(jù)通信系統(tǒng) 7.1.2 7.1.2 數(shù)據(jù)傳輸編碼數(shù)據(jù)傳輸編碼 7.1.3 7.1.3 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 7.1.4 7.1.4 通信同步技術(shù)通信同步技術(shù) 7.1.1 7.1.1 數(shù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)據(jù)通信系統(tǒng) 主要知識點(diǎn) 1、通信系統(tǒng)構(gòu)成 2、數(shù)據(jù)通信方式 3、數(shù)據(jù)通信制式 、通信系統(tǒng)構(gòu)成 圖數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成 信息源：需要發(fā)送的數(shù)據(jù) 發(fā)送設(shè)備：使不同種類和速率的信息源 與傳輸介質(zhì)相匹配 傳輸介質(zhì)：是發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備之間 信號傳遞所經(jīng)過的媒介。例如：電磁波， 紅外線，電纜、光纜、雙絞線等 接收設(shè)備：完成對發(fā)送設(shè)備的反變換 2數(shù)據(jù)通信方式 數(shù)據(jù)通信的基本傳輸方式有：數(shù)據(jù)通信的基本傳輸方式

4、有： （1 1）并行通信）并行通信 傳送數(shù)據(jù)的各位同時(shí)發(fā)送或接收傳送數(shù)據(jù)的各位同時(shí)發(fā)送或接收 （2 2）串行通信）串行通信 傳送數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位進(jìn)行發(fā)送傳送數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位進(jìn)行發(fā)送 和接收和接收 數(shù)據(jù)通信制式 按通信線路上信息傳送方向與時(shí)間的關(guān) 系可分為種通信制式： （）單工通信 （）半雙工通信 （）全雙工通信 發(fā)送器接收器 發(fā)送器 圖 11-2 串行通信的三種制式 發(fā)送器 接收器 接收器 發(fā)送器 接收器 發(fā)送器 接收器 (a) 單工通信 (c) 全雙工通信 (b) 半雙工通信 甲甲乙乙 乙乙 乙乙 甲甲 甲甲 .1.2 .1.2 數(shù)據(jù)傳輸編碼數(shù)據(jù)傳輸編碼 主要知識點(diǎn)主要知識點(diǎn)

5、 （1 1） 數(shù)字信息的數(shù)字信號編碼數(shù)字信息的數(shù)字信號編碼 （2 2）數(shù)字信息的模擬字信號編碼數(shù)字信息的模擬字信號編碼 （3 3） 數(shù)據(jù)的傳輸方式數(shù)據(jù)的傳輸方式 （1 1） 數(shù)字信息的數(shù)字信號的編碼數(shù)字信息的數(shù)字信號的編碼 單極性編碼 雙極性編碼 歸零編碼 曼徹斯特碼 差動(dòng)曼徹斯特碼 編碼方式很多 000011 11 000011 11 000011 11 000011 11 000011 11 000011 11 時(shí)鐘時(shí)鐘 (a) (b) (c) (d) (e) ( f ) (g) 數(shù)字信號傳送時(shí)要求傳輸線的頻帶很寬，而長距離通信時(shí)通常是數(shù)字信號傳送時(shí)要求傳輸線的頻帶很寬，而長距離通信時(shí)通常

6、是 電話線進(jìn)行傳送，其帶寬往往不能滿足要求，這時(shí)會產(chǎn)生信號的電話線進(jìn)行傳送，其帶寬往往不能滿足要求，這時(shí)會產(chǎn)生信號的 畸變?；?。 解決辦法：數(shù)字信號的模擬信號轉(zhuǎn)換技術(shù)解決辦法：數(shù)字信號的模擬信號轉(zhuǎn)換技術(shù) （）（） 數(shù)字信息的模擬信號編碼數(shù)字信息的模擬信號編碼 發(fā)發(fā)送送裝裝置置接接收收裝裝置置MODENMODEN 數(shù)字信號數(shù)字信號 模擬信號 調(diào)幅（）：用原始信號控制載波 振幅變化，容易受干擾 調(diào)頻（）：用原始信號控制載波 頻率變化，占用較寬頻帶，受介質(zhì)制約 大 調(diào)相（）：用原始信號控制載波 相率變化，抗干擾性能較好 正交調(diào)制（）：SAK與PSK結(jié)合。 將數(shù)字信號調(diào)制為模擬信號有種方式 基帶傳輸

7、：直接用電脈沖信號代表數(shù)字基帶傳輸：直接用電脈沖信號代表數(shù)字0 0，1 1，不進(jìn)行調(diào)制，適，不進(jìn)行調(diào)制，適 合近距離傳輸，常用非歸零碼，合近距離傳輸，常用非歸零碼，曼徹斯特碼和和差動(dòng)曼徹斯特碼 頻帶傳輸：采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)的傳輸形式。利用載波傳輸信號可頻帶傳輸：采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)的傳輸形式。利用載波傳輸信號可 以減少線路干擾對傳輸信號的影響，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?？梢岳靡詼p少線路干擾對傳輸信號的影響，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?？梢岳?多路復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路信號的傳輸。多路復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路信號的傳輸。 異步傳輸：異步傳輸： （3 3） 數(shù)據(jù)的傳輸方式數(shù)據(jù)的傳輸方式 .1.3 .1.3 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 主

8、要知識點(diǎn)主要知識點(diǎn) （1 1） 頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（FDMFDM） （2 2）時(shí)分多路復(fù)用（時(shí)分多路復(fù)用（TDMTDM） 多路復(fù)用技術(shù)就是多路信號在一條信道上多路復(fù)用技術(shù)就是多路信號在一條信道上 進(jìn)行的傳輸技術(shù)，作用是把單條傳輸信道進(jìn)行的傳輸技術(shù)，作用是把單條傳輸信道 劃分成多個(gè)子信道，提高信路的利用率劃分成多個(gè)子信道，提高信路的利用率 1 1 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 頻分多路復(fù)用是將單個(gè)物理信道的頻譜分割成 若干互不重疊的小頻段，每個(gè)小頻段可看成一個(gè) 子信道。 終端終端 低低 通通 濾波器濾波器A 調(diào)制器調(diào)制器 1080120840 - 1320 帶通濾波器帶通濾波器 終端終端 低

9、低 通通 濾波器濾波器B 調(diào)制器調(diào)制器- 1800 帶通濾波器帶通濾波器 終端終端 低低 通通 濾波器濾波器C 調(diào)制器調(diào)制器 20401201800 - 2280 帶通濾波器帶通濾波器 終端終端 低低 通通 濾波器濾波器D 調(diào)制器調(diào)制器 25201202280 - 2760 帶通濾波器帶通濾波器 終端終端 低低 通通 濾波器濾波器E 調(diào)制器調(diào)制器 30001202760 - 3240 帶通濾波器帶通濾波器 載載 波波 發(fā)生器發(fā)生器 參考載波參考載波 頻率單位為頻率單位為KHz 通信通信 信道信道 2時(shí)分多路復(fù)用 時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)把信道的傳輸時(shí)間分隔成許多時(shí) 間段，在一

10、個(gè)時(shí)間段內(nèi)一路信號占用整個(gè)信道帶寬進(jìn) 行傳輸。為了在接收端能夠?qū)?fù)合信號進(jìn)行正確的分 離，接收端和發(fā)送端的時(shí)序必須嚴(yán)格同步，否則造成 信號間的混淆。 終端終端A 終端終端B 終端終端C 終端終端D 終端終端E A B C D E A AA B C D E 緩沖區(qū)緩沖區(qū) 時(shí)鐘時(shí)鐘 3兩種復(fù)用技術(shù)的比較 （1 1）時(shí)分多路復(fù)用（）時(shí)分多路復(fù)用（TDMTDM）比頻分多路復(fù)用（）比頻分多路復(fù)用（FDMFDM）設(shè)備易于實(shí)）設(shè)備易于實(shí) 現(xiàn)現(xiàn) （2 2）TDMTDM比比FDMFDM具有較高的傳輸速度具有較高的傳輸速度 （3 3）TDMTDM中只需要一個(gè)中只需要一個(gè)MODEMMODEM （4 4）FDMFDM

11、通常需要模通常需要模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，而數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，而TDMTDM中具有明顯的數(shù)字形中具有明顯的數(shù)字形 式，因此特別適用于與計(jì)算機(jī)直接相連式，因此特別適用于與計(jì)算機(jī)直接相連 （5 5）TDMTDM能混合不同速率和同步方式的終端，能適應(yīng)新型數(shù)據(jù)能混合不同速率和同步方式的終端，能適應(yīng)新型數(shù)據(jù) 通信網(wǎng)通信網(wǎng) （6 6）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e(cuò)控制和校正操作時(shí)，）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e(cuò)控制和校正操作時(shí)，TDMTDM比比FDMFDM會產(chǎn)生會產(chǎn)生 較長的時(shí)間延遲。較長的時(shí)間延遲。 FDMFDM主要應(yīng)用在模擬通信系統(tǒng)中主要應(yīng)用在模擬通信系統(tǒng)中 .1.4 .1.4 通信同步技術(shù)碼通信同步技術(shù)碼 主要知識點(diǎn)主要知識點(diǎn) （

12、1 1） 通過控制線實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方同步通過控制線實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方同步 （2 2）串行異步通信串行異步通信 （3 3）串行同步通信串行同步通信 1通過控制線實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方同步 （1 1）并行同步方式是指在并行通信中通過控制線實(shí)現(xiàn)）并行同步方式是指在并行通信中通過控制線實(shí)現(xiàn) 收發(fā)雙方同步。數(shù)據(jù)收發(fā)雙方除了數(shù)據(jù)線相連外，還收發(fā)雙方同步。數(shù)據(jù)收發(fā)雙方除了數(shù)據(jù)線相連外，還 有控制信號線，用來傳送發(fā)送和接收裝置的狀態(tài)。有控制信號線，用來傳送發(fā)送和接收裝置的狀態(tài)。 （2 2）串行通信中，只有一對數(shù)據(jù)線，沒有控制信號）串行通信中，只有一對數(shù)據(jù)線，沒有控制信號 線線 。收發(fā)雙方的同步靠同步信號來實(shí)現(xiàn)的。同步方式。收發(fā)雙

13、方的同步靠同步信號來實(shí)現(xiàn)的。同步方式 有：啟停同步，與其對應(yīng)的傳輸方式稱異步通信方式；有：啟停同步，與其對應(yīng)的傳輸方式稱異步通信方式； 自同步方式，與其對應(yīng)的傳輸方式稱同步通信方式自同步方式，與其對應(yīng)的傳輸方式稱同步通信方式 2串行異步通信 串行異步通信是一個(gè)字符一個(gè)字符地按幀傳送數(shù)據(jù)的 方式開始是起始位“0”，接下來是數(shù)據(jù)位，接下來是 奇偶校驗(yàn)位，最后是停止位“1” 圖10-10 串行異步通信的信息幀格式 0/10/10/10/10/10/10/10/10 D0D1D2D3D4D5D6 起 始 位 奇 偶 校 驗(yàn) 位 停 止 位 空閑位 0 起 始 位 MARK 1 MARK第n幀 傳輸方向

14、 七位數(shù)據(jù) 111 第n+1幀 3串行同步通信 串行同步通信是連續(xù)傳送數(shù)據(jù)塊的方式。每次傳送n個(gè) 數(shù)據(jù)塊，用一到二個(gè)同步字符表示數(shù)據(jù)傳送的開始， 接下是n 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，字符之間不留空隙。無字 符發(fā)送的時(shí)候則連續(xù)發(fā)送同步字符。 同步字符可以選擇一個(gè)特殊的8位二進(jìn)制碼或兩個(gè)連續(xù) 的8位二進(jìn)制碼 顯然串行同步通信的傳送效率高于串行異步通信顯然串行同步通信的傳送效率高于串行異步通信 7.2 7.2 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 7.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 7.2.2 網(wǎng)絡(luò)控制方法網(wǎng)絡(luò)控制方法 7.2.3 差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)控制技術(shù) 7.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) S3 S1S2 S4 S

15、2 S3 S4 S1 N4 N1 N2 N3 S3 S2 S4 S1 (a)(b)(c) N 7.2.2 7.2.2 網(wǎng)絡(luò)控制方法網(wǎng)絡(luò)控制方法 網(wǎng)絡(luò)控制方法就是研究在通信網(wǎng)絡(luò)中信 息如何從源站迅速正確地傳遞到目的站。 網(wǎng)絡(luò)控制方法與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)。有 多種控制方式 1查詢法 2CSMA/CD 3令牌傳送 4存儲轉(zhuǎn)發(fā) 7.2.3 7.2.3 差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)控制技術(shù) 由于通信線路周圍電磁干擾存在，以及 收發(fā)器件噪聲的影響，信息在發(fā)送、接 收以及傳遞過程中難免會出現(xiàn)差錯(cuò)。通 信網(wǎng)絡(luò)差錯(cuò)控制技術(shù)就是要及時(shí)將差錯(cuò) 檢測出來，并采用合適糾正措施，以確 保接收信息的正確性。 1 錯(cuò)誤檢驗(yàn) 奇偶校驗(yàn) 循環(huán)

16、冗余校驗(yàn) 2糾正錯(cuò)誤 7.3 7.3 串行通信總線串行通信總線 7.3.1 RS-232C7.3.1 RS-232C通信總線通信總線 7.3.2 RS-422/4857.3.2 RS-422/485通信總線通信總線 7.3.17.3.1 RS-232CRS-232C通信總線通信總線 RS-232C通信總線是通信總線是1969年年EIA公布的通信接口公布的通信接口 標(biāo)準(zhǔn)專門用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（標(biāo)準(zhǔn)專門用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信）和數(shù)據(jù)通信 設(shè)備（設(shè)備（DCE）之間的串行通信。目前）之間的串行通信。目前RS-232C接接 口已成為計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置如口已成為計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置如COM1COM2 1

17、 1信號特性、電纜長度及波特率信號特性、電纜長度及波特率 為了確保正確地發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)和正確地執(zhí)行設(shè)備控制， RS232C標(biāo)準(zhǔn)為數(shù)據(jù)和管制信號提供了電壓標(biāo)準(zhǔn)及范圍 -15V-5V為“1”，+5V +15V為“0” 電纜長度在15m之內(nèi) 串行數(shù)據(jù)傳輸速率為020000b/s 2 2引腳分配及定義引腳分配及定義 3 3連接器的機(jī)械特性連接器的機(jī)械特性 7.3.2 RS-422/485C通信總線通信總線 由于RS232接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)： （1） 接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因 為與TTL 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。 （2）

18、傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps；因此 在許多程序波特率只能采用19200，也是這個(gè)原因。 （3） 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳 輸形式， 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 （4） 傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上 也只能用在50米左右。 為了改進(jìn)RS-232的缺點(diǎn)，EIA制定了新標(biāo)準(zhǔn)RS-449。包 括RS-422 和RS-485。 RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到 10Mb/s，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于 100kb/s時(shí)），并允許在一條平衡總線上連接最多10個(gè) 接收器。RS-422是一種

19、單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、 平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)。為擴(kuò)展 應(yīng)用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS- 485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā) 送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng) 能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名 為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。 RS-485 1. RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為 +（26） V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為- （26）V表示。接口信號電平比RS-232降低了，就 不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容， 可方便與TTL 電路連接。

20、2. RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps 。 3. RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合， 抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。 4. RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí) 際上可達(dá) 3000米，另外RS-232接口在總線上只允許連 接1個(gè)收發(fā)器， 即單站能力。而RS-485接口在總線上 是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,這樣 用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng) 絡(luò)。 MC1488 MC1489 MC8T13 MC3486 MC3487MC3486 (a)RS-232C單端驅(qū)動(dòng)非差分接收電路 (b)RS-423A單端驅(qū)動(dòng)差

21、分接收電路 (c)RS-422A平衡驅(qū)動(dòng)差分接收電路 圖10-21 RS-232C/RS-423A/RS-422A接口電路 TxD 使能 RxD RxD 使能 TxD (a) RS-485連接電路 TxDRxD 使能 使能 RxD TxD (b) RS-422連接電路 圖10-22 RS-485與RS-422總線的數(shù)據(jù)傳送方式 7.3.3USB通用串行接口標(biāo)準(zhǔn) 由于多媒體技術(shù)的發(fā)展對外設(shè)與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸率有了更高 的需求，因此，USB總線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。USB（Universal Serial Bus)，通用串行總線，是由Conpaq，DEC，IBM，Inter， Microsoft，NEC

22、和Northen Telecom等公司為簡化PC與外設(shè)之間的 互連而共同研究開發(fā)的一種免費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)化連接器，它支持各種PC 與外設(shè)之間的連接，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)字多媒體集成。 USB接口的主要特點(diǎn)是：即插即用，可熱插拔。USB連接器 將各種各樣的外設(shè)I/O端口合而為一，使之可熱插拔，具有自動(dòng)配 置能力，用戶只要簡單地將外設(shè)插入到PC以外的總線中，PC就能 自動(dòng)識別和配置USB設(shè)備。而且?guī)捀?，增加外設(shè)時(shí)無需在PC 內(nèi)添加接口卡，多個(gè)USB集線器可相互傳送數(shù)據(jù)，使PC可以用全 新的方式控制外設(shè)。USB可以自動(dòng)檢測和安裝外設(shè)，實(shí)現(xiàn)真正的 即插即用。而USB的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是支持“熱”插拔，即不需 要關(guān)機(jī)斷

23、電，也可以在正運(yùn)行的電腦上插入或拔除一個(gè)USB設(shè)備。 USB總線標(biāo)準(zhǔn)由1.1版升級到2.0版后，傳輸率由12Mbps增加到了 240Mbps，更換介質(zhì)后連接距離由原來的5米增加到近百米。USB 總線結(jié)構(gòu)簡單，信號定義僅由2條電源線，2條信號線組成。 1.USB的硬件結(jié)構(gòu) USB采用四線電纜，其中兩根是用來傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩 根為下游（Downstream)設(shè)備提供電源，對于高速且需要高帶寬 的外設(shè)，USB以全速12Mbps的傳輸數(shù)據(jù)；對于低速外設(shè)，USB則 以1.5Mbps的傳輸速率來傳輸數(shù)據(jù)。USB總線會根據(jù)外設(shè)情況在兩 種傳輸模式中自動(dòng)地動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。 USB是基于令牌的總線。類似于令牌

24、環(huán)網(wǎng)絡(luò)或FDDI基于令牌的總 線。USB主控制器廣播令牌，總線上設(shè)備檢測令牌中的地址是否 與自身相符，通過接收或發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)來響應(yīng)。USB通過支持 懸掛/恢復(fù)操作來管理USB總線電源。USB系統(tǒng)采用級聯(lián)星型拓?fù)洌?該拓?fù)溆扇齻€(gè)基本部分組成：主機(jī)（Host)，集線器（Hub)和功 能設(shè)備。 主機(jī)，也稱為根，它做在主板上或作為適配卡安裝在計(jì)算機(jī)上， 主機(jī)包含有主控制器和根集線器（Root Hub)，控制著USB總線上 的數(shù)據(jù)和控制信息的流動(dòng)，每個(gè)USB系統(tǒng)只能有一個(gè)根集線器， 它連接在主控制器上。 7-18 USB電纜定義 集線器是USB結(jié)構(gòu)中的特定成分，它提供叫做 端口（Port)的點(diǎn)將設(shè)備連

25、接到USB總線上，同 時(shí)檢測連接在總線上的設(shè)備，并為這些設(shè)備提 供電源管理，負(fù)責(zé)總線的故障檢測和恢復(fù)。集 線可為總線提供能源，亦可為自身提供能源 （從外部得到電源），自身提供能源的設(shè)備可 插入總線提供能源的集線器中，但總線提供能 源的設(shè)備不能插入自身提供能源的集線器或支 持超過四個(gè)的下游端口中，如總線提供能源設(shè) 備的需要超過100mA電源時(shí)，不能同總線提供 電源的集線器連接。 功能設(shè)備通過端口與總線連接。USB同時(shí) 可做Hub使用。 2.USB的軟件結(jié)構(gòu) 每個(gè)USB只有一個(gè)主機(jī)，它包括以下幾層: (1)USB總線接口 USB總線接口處理電氣層與協(xié)議層的互連。從 互連的角度來看，相似的總線接口由

26、設(shè)備及主 機(jī)同時(shí)給出，例如串行接口機(jī)（SIE）。USB總 線接口由主控制器實(shí)現(xiàn)。 (2)USB系統(tǒng) USB系統(tǒng)用主控制器管理主機(jī)與USB設(shè)備間的 數(shù)據(jù)傳輸。它與主控制器間的接口依賴于主控 制器的硬件定義。 主控制器驅(qū)動(dòng)程序（HCD）這可把不同主控制器設(shè)備 映射到USB系統(tǒng)中。系統(tǒng)軟件中的最高層通過UHCD的 軟件接口與主控制器通信。 USB驅(qū)動(dòng)程序（USBD）它在UHCD驅(qū)動(dòng)器之上，它提 供驅(qū)動(dòng)器級的接口，滿足現(xiàn)有設(shè)備驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的要求。 USBD以I/O請求包（IRPs)的形式提供數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)， 它由通過特定管道（Pipe)傳輸數(shù)據(jù)的需求組成。 主機(jī)軟件在某些操作系統(tǒng)中，沒有提供USB系統(tǒng)軟 件。這些軟件本來是用于向設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供配置信 息和裝載結(jié)構(gòu)的。在這些操作系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 將應(yīng)用提供的接口而不是直接訪問USBDI（USB驅(qū)動(dòng)程 序接口）結(jié)構(gòu)。 USB系統(tǒng)還有三個(gè)基本組件 （3）USB客戶軟件 它是位于軟件結(jié)構(gòu)的最高層，負(fù)責(zé)處理特定USB設(shè)備驅(qū) 動(dòng)器?？蛻舫绦?qū)用枋鏊兄苯幼饔糜谠O(shè)備的軟件入 口。當(dāng)設(shè)備被系統(tǒng)檢測到后，這些客戶程序?qū)⒅苯幼?用于外圍硬件。這個(gè)共享的特性將USB系統(tǒng)軟件置于 客戶和它的設(shè)備之間，這就要根據(jù)USBD在客戶端形成 的設(shè)備映像由客戶程序?qū)λM(jìn)行處理。 主機(jī)各層有以下功能： 檢測連接和移去的USB設(shè)備。 管理主