智能儀器基礎(chǔ)(第2版)第7章

1、智能儀器基礎(chǔ)（第智能儀器基礎(chǔ)（第2版）版）朱一綸主編朱一綸主編電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社第第7章章 智能儀器中的通信技術(shù)智能儀器中的通信技術(shù) 7.1 串行通信接口串行通信接口 7.2 并行通信標(biāo)準(zhǔn)并行通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE-488 7.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介 7.4 單片機(jī)通信仿真舉例單片機(jī)通信仿真舉例 第七章第七章 智能儀器中的通信技術(shù)智能儀器中的通信技術(shù) 自動(dòng)化測(cè)量與控制系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是多臺(tái)智能儀器之間，智能儀器與個(gè)人計(jì)算機(jī)之間，智能儀器與其他設(shè)備之間可以不斷地交換傳輸信息，相互協(xié)調(diào)工作。 為了簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路配置以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?，與各部件和外圍設(shè)備連

2、接，這組共用連接線路被稱為總線。采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充，尤其制定了統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)則容易使不同設(shè)備間實(shí)現(xiàn)互連。 第七章第七章 智能儀器中的通信技術(shù)智能儀器中的通信技術(shù)外部總線外部總線 總線總線內(nèi)部總線內(nèi)部總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是微機(jī)中各插件系統(tǒng)總線是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，板與系統(tǒng)板之間的總線， 內(nèi)部總線是微機(jī)內(nèi)部各外圍內(nèi)部總線是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線芯片與處理器之間的總線 微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，用于設(shè)備一級(jí)的互連。本章用于設(shè)備一級(jí)的互連。本章討論對(duì)象。討論對(duì)象。 第七章第七章 智能儀器中的通信技術(shù)智能儀器中的通信技術(shù) 總線標(biāo)

3、準(zhǔn)與接口標(biāo)準(zhǔn)在概念上是有區(qū)別的，其各自特點(diǎn)如表7-1所示，但很多時(shí)候把一些接口標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)成是總線標(biāo)準(zhǔn)。 總線標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)總線標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)接口標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)接口標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn) 公用性，同時(shí)掛接多種不同公用性，同時(shí)掛接多種不同類型的功能模塊。類型的功能模塊。 專用性，一般一個(gè)接口只接專用性，一般一個(gè)接口只接一類或一種設(shè)備。一類或一種設(shè)備。 在機(jī)箱內(nèi)以總線擴(kuò)展槽形式在機(jī)箱內(nèi)以總線擴(kuò)展槽形式提供使用。提供使用。 一般設(shè)在機(jī)箱外，以接口插一般設(shè)在機(jī)箱外，以接口插頭（座）形式提供使用。頭（座）形式提供使用。 一般為并行傳輸一般為并行傳輸 有并行、串行兩種傳輸有并行、串行兩種傳輸 定義的信號(hào)線齊全，包括分定義的信號(hào)線齊全，包括分離

4、的數(shù)據(jù)信號(hào)線、地址信號(hào)離的數(shù)據(jù)信號(hào)線、地址信號(hào)線和控制信號(hào)線以及電源線線和控制信號(hào)線以及電源線 定義的信號(hào)線少且不齊全，定義的信號(hào)線少且不齊全，一般是控制線數(shù)據(jù)線、地址一般是控制線數(shù)據(jù)線、地址線共用。線共用。課堂討論課堂討論: 什么是總線? 總線可以分成哪幾種? 嚴(yán)格說(shuō),總線標(biāo)準(zhǔn)與接口標(biāo)準(zhǔn)有什么不同?第七章第七章 智能儀器中的通信技術(shù)智能儀器中的通信技術(shù)圖7.1 通信系統(tǒng)的組成 外部信息的交換和傳輸時(shí)是通過(guò)智能儀器的外部總線通信接口，按照一定的通信協(xié)議或稱通信接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。 第七章第七章 智能儀器中的通信技術(shù)智能儀器中的通信技術(shù) 按照不同的通信協(xié)議，通信接口主要有五種類型，分別是：1. 異步

5、串行通信接口，2. 并行通信接口，3. USB接口，4. 現(xiàn)場(chǎng)總線接口5. 以太網(wǎng)接口。 7.1串行通信接口串行通信接口 串行通信是指通過(guò)一根通信線逐位傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)需要遠(yuǎn)距離通信時(shí)，通常采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，常用的串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)是RS-232、RS-422和RS-485，這些標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性作出規(guī)定，而不涉及具體的接插件、電纜或協(xié)議，使用時(shí)可以根據(jù)需要自己編程建立高層通信協(xié)議。7.1串行通信接口串行通信接口 串行通信優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)發(fā)比較容易，且因?yàn)檫@些串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)較早，很多現(xiàn)成的儀器包括個(gè)人微機(jī)都具有這類接口，相互之間容易連接組成系統(tǒng)。 缺點(diǎn)是各種智能儀器生產(chǎn)廠家都建立自己的高層通信

6、協(xié)議，或公開(kāi)或廠家獨(dú)家使用，有時(shí)缺乏通用性，在組成系統(tǒng)時(shí)不夠方便。 7.1串行通信接口串行通信接口 串行口按其接收/發(fā)送的功能可分為三類： 單工串行口單工串行口半雙工串行口半雙工串行口全雙工串行口全雙工串行口只能接收或只能發(fā)送的只能接收或只能發(fā)送的既可接收又可發(fā)送，但不能同時(shí)既可接收又可發(fā)送，但不能同時(shí)進(jìn)行收發(fā)進(jìn)行收發(fā)能同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送的串行口能同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送的串行口7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 RS-232是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，最初都是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA （Electronic Industry Association）制訂并發(fā)布的， RS-232標(biāo)準(zhǔn)定義數(shù)據(jù)終端設(shè)

7、備（Data Terminal End ,簡(jiǎn)寫作DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（Data Communication End，簡(jiǎn)寫作DCE）之間的接口特性，規(guī)定采用25針連接器。 7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 RS-232標(biāo)準(zhǔn)定義了主、輔兩個(gè)通信信道，輔助信道的傳輸速度比主信道低，其他功能與主信道相同。 在實(shí)際應(yīng)用中，通常只使用一個(gè)主通信信道，因此就產(chǎn)生了簡(jiǎn)化的RS-232的9針D型插頭。 圖圖7.1 DTE引腳圖引腳圖 9針引腳 25針引腳 7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 表7.1列出了DTE各端子的定義，其中打*號(hào)者為主信道 。 1RS-232主要接口線： 數(shù)據(jù)線：發(fā)

8、送TXD和接收RXD是一對(duì)數(shù)據(jù)傳輸線，可以異步或同步方式傳串行數(shù)據(jù)信息，常用的傳輸速率有50,75,100,150,300,600,1200,2400,4800,9600 b/s（比特率）。7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 控制信號(hào)線： （四根） 請(qǐng)求發(fā)送RTS（發(fā)送）和清除發(fā)送CTS（接受）是一對(duì)應(yīng)答信號(hào)，主要用于半雙工通信方式。 DTR和DSR也是一對(duì)應(yīng)答信號(hào)，其中DTR是終端設(shè)備（DTE）例如計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號(hào)，主要通知數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）例如MODEM（調(diào)制解調(diào)器）計(jì)算機(jī)已準(zhǔn)備好了。DSR是接收信號(hào)，用于通知計(jì)算機(jī)MODEM已準(zhǔn)備好了。 這些信號(hào)在全雙工通信方式時(shí)可以不用。

9、7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用2RS-232標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性 RS-232標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯，即邏輯1電平為-5V-15V，邏輯0電平為+5V+15V，與一般單片機(jī)的TTL電平，CMOS電平不兼容，所以不能直接相連接。 在設(shè)計(jì)智能儀器時(shí)都要通過(guò)專門的接口芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。 課堂討論課堂討論: 什么是串行通信? 按其接收/發(fā)送的功能,串行通信可以分成哪幾類?各有什么特點(diǎn)? RS232的標(biāo)準(zhǔn)接口是多少引腳(針)?簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)接口是引腳(針)? RS-232標(biāo)準(zhǔn)的”1”電平是多少?”0”電平是多少?7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用（a）引腳 （b）與8051接口圖7.2 MAX232

10、的引腳和接口電路7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 3用RS-232連接設(shè)備的方法 在近距離通信場(chǎng)合，采用全雙工通信，可以只用三根線構(gòu)成兩個(gè)設(shè)備之間的通信聯(lián)系，這三根線是“信號(hào)地”，“接收數(shù)據(jù)”，“發(fā)送數(shù)據(jù)”，如鼠標(biāo)與主機(jī)的通信，單片機(jī)系統(tǒng)與個(gè)人微機(jī)系統(tǒng)的通信等。 一般的終端設(shè)備如個(gè)人計(jì)算機(jī)，打印機(jī)等，都采用DTE接口。 7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 連接的時(shí)候要注意TXD和RXD要交錯(cuò)連接，使信號(hào)暢通，這種連接方法的通信距離要小于15米。 RS-232近距離串行通信7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 兩臺(tái)數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）遠(yuǎn)距離串行通信時(shí)，要通過(guò)數(shù)據(jù)通

11、信設(shè)備（DCE），為了保證DTE與DCE設(shè)備之間能用RS-232總線電纜直接連接，DTE和DCE的引腳定義是不同的。 7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 如果按DCE設(shè)備接法定義時(shí)（注意，TXD與RXD，DSR與DTR，RTS與CTS作了交換）稱此RS-232接口按DCE方式連接，有的資料簡(jiǎn)稱RS-232 DCE接口。 課堂討論：課堂討論： 按DTE定義的兩臺(tái)設(shè)備，可以引腳一一對(duì)應(yīng)的直線相連嗎？ DCE和DTE有什么區(qū)別？例例7.1 甲機(jī)把內(nèi)部RAM中40H5FH中的測(cè)量數(shù)據(jù)（以ASCII碼表示）在最高位加上奇校驗(yàn)位后通過(guò)串行口發(fā)送到乙機(jī)中去。已知這兩臺(tái)機(jī)的振蕩器頻率為fOSC11.

12、059MHz。 7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 一般的微處理器本身不具備遠(yuǎn)距離串行通信的接口功能，但可以通過(guò)外接一個(gè)串行接口電路的方法加以擴(kuò)展如8250，8251等。 例例7.1 兩機(jī)均設(shè)置成串行口方式1接收/發(fā)送狀態(tài)，即SCON50H。 兩機(jī)的傳輸波特率取1200波特。設(shè)兩機(jī)均用定時(shí)器T1，設(shè)置成工作方式2，則定時(shí)器的工作方式控制字TMOD20H，計(jì)數(shù)初值為E8H。例例7.1 數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)是把數(shù)據(jù)送入A后，若此數(shù)據(jù)中有奇數(shù)個(gè)1，則P1，若此數(shù)據(jù)中有偶數(shù)個(gè)1，則P0。本例要求采用奇校驗(yàn)位，可以用以下程序?qū)崿F(xiàn)：MOV A,#DATA；把ASCII碼數(shù)據(jù)送到A中MOV C,P；把P

13、的值送到CCPL C；取反MOV ACC.7,C；把C的值送到A的最高位因ASCII碼只有七位，故設(shè)最高位為校驗(yàn)位（3）甲機(jī)（發(fā)送機(jī)）程序設(shè)計(jì)：）甲機(jī)（發(fā)送機(jī)）程序設(shè)計(jì)： SOUT: MOV TMOD, #20H；設(shè)定時(shí)器1為方式2 MOV TL1,#0E8H；給定時(shí)器T1賦初值MOV TH1,#0E8H ；給定時(shí)器T1賦重載值SETB TR1；啟動(dòng)定時(shí)器1MOV SCON,#50H ；設(shè)置串行口方式1發(fā)送MOV R0,#40H；R0指向發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址MOV R1,#20H；R1為字節(jié)計(jì)數(shù)器，LOOP: MOV A,R0；CALL FA；調(diào)發(fā)送子程序FAINCR0；R0中的值加1DJNZ R

14、1,LOOP；32個(gè)字節(jié)全發(fā)送完了嗎？RET；全發(fā)送完子程序結(jié)束（3）甲機(jī)（發(fā)送機(jī)）程序設(shè)計(jì)：）甲機(jī)（發(fā)送機(jī)）程序設(shè)計(jì)： 發(fā)送一個(gè)字節(jié)子程序FA: MOV C,P CPL C MOV ACC.7,C；添加奇校驗(yàn)位 MOV SBUF,A；發(fā)送A中的內(nèi)容WAIT: JNBTI,WAIT；等待發(fā)送一幀數(shù)據(jù)結(jié)束 CLR TI；清TI，為下次發(fā)送做準(zhǔn)備 RET（4）乙機(jī)（接收機(jī)）程序設(shè)計(jì)：）乙機(jī)（接收機(jī)）程序設(shè)計(jì)：JIE:JNBRI,JIE ；等待接收結(jié)束 CLRRI ；為接收下一幀數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備 MOV A,SB UF ；接收數(shù)據(jù)送A MOV C,P ；奇偶校驗(yàn)位送C ANL A,#7FH ；將A的最高位

15、清0，即去奇 ；偶校驗(yàn)位 RET7.1.2 RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 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(zhǎng)到1219米（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)。 7.1.2 RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 圖7.6是典型的RS-422四線接口。實(shí)際上還有一根信號(hào)地線，共5根線。 RS-422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號(hào)交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手

16、）或硬件方式（一對(duì)單獨(dú)的雙絞線）實(shí)現(xiàn)。 圖7.6 RS-422傳輸 7.1.2 RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) RS-422標(biāo)準(zhǔn)給出最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。 但使用中要注意平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，一般100米長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。7.1.2 RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) RS-422標(biāo)準(zhǔn)常用的接口芯片有MC3487和MC3486，其中MC3487為發(fā)送器，含有四個(gè)發(fā)送電平轉(zhuǎn)換接口電路，將TTL電平轉(zhuǎn)換成+VT和-VT信號(hào)輸出，當(dāng)1,2EN=1時(shí)，這兩個(gè)發(fā)送端口工作，當(dāng)1,2EN=0時(shí)，這兩個(gè)發(fā)送端口處于三態(tài)（高阻狀態(tài)）。7.1.2

17、RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) MC3486為接收器，將+VT和-VT信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平輸入，同樣用1,2EN端控制，當(dāng)1,2EN=1時(shí)，這兩個(gè)發(fā)送端口工作，當(dāng)1,2EN=0時(shí)，這兩個(gè)發(fā)送端口處于三態(tài)（高阻狀態(tài)）。7.1.2 RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 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)。 7.1.2 RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙

18、向通信，而采用四線連接時(shí)，與RS-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信，即只能有一個(gè)主（Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備。 但它比RS-422有改進(jìn)，無(wú)論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個(gè)設(shè)備（后期推出的版本則可多達(dá)64/128/256點(diǎn)）。 7.1.2 RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) RS-485接口器件集成電路也有多種，例如MAX481系列等，二線方式連接（半雙工通信）圖7.8 RS-485接口芯片MAX481 7.1.2 RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) RS-485接口器件集成電路也有多種，四線傳輸?shù)慕涌谄骷cRS-422標(biāo)準(zhǔn)可以兼容，圖7.9所示為集發(fā)送、接收在一個(gè)芯片中如MAX4

19、88。 圖7.9 RS-485/422接口芯片 MAX488 7.1.2 RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 因?yàn)镽S-485具有的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)以及輸入線成本低的特性，使之成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。 許多現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的智能儀器采用RS-485接口進(jìn)行通信，有很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的網(wǎng)絡(luò)，如現(xiàn)場(chǎng)總線CAN、Profibus、Modbus等的物理層都是基于RS-485總線。 7.1.2 RS422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) RS-232與RS-422，RS-232與RS-485都有現(xiàn)成的轉(zhuǎn)換接口（圖7.10），在進(jìn)行智能儀器通信時(shí)首先要了解各儀器采用的通信標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換接口把它們連接在一起。

20、 課堂討論課堂討論: RS-422需要多少根線傳輸信號(hào)? RS-422是一種( )發(fā)送、( )接收的單向、平衡傳輸規(guī)范. RS-485與RS-422有什么共同點(diǎn)與不同點(diǎn)?7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線 USB的全稱是通用串行總線（Universal Serial Bus）,它是現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在PC領(lǐng)域的一種新穎接口技術(shù)。表7.2 USB接口主要參數(shù) 傳輸速度傳輸速度支持長(zhǎng)度支持長(zhǎng)度支持系統(tǒng)支持系統(tǒng)支持設(shè)備支持設(shè)備USB1.1USB1.11.5Mbps1.5Mbps5 5米米Win95OS/2Win95OS/2、Win98Win98以上以上127127個(gè)個(gè)USB2.0USB2.0480

21、Mbps480Mbps5 5米米Hub30Hub30米米Win98Win98以上以上127127個(gè)個(gè)7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線 USB接口的傳輸線分別由地線、電源線、D+、D-四條線構(gòu)成，D+和D-是差分輸入線，它使用的是3.3V的電壓，而電源線和地線可向設(shè)備提供5V電壓，最大電流為500mA?？梢詽M足一些耗電量較少的設(shè)備的需求。(a）U盤兼MP3 (b)USB風(fēng)扇 （c）USB HUB 7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線一個(gè)USB系統(tǒng)由硬件和軟件二部分構(gòu)成：1. 硬件部分USB主機(jī)（USB HOST）USB設(shè)備，USB集線器（USB HUB）USB在每一個(gè)在每一個(gè)US

22、B系統(tǒng)中，有且僅有一個(gè)系統(tǒng)中，有且僅有一個(gè)USB主機(jī)，起著管理主機(jī)，起著管理USB系統(tǒng)的作用。系統(tǒng)的作用。7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線一個(gè)USB系統(tǒng)由硬件和軟件二部分構(gòu)成1. 硬件部分USB主機(jī)（USB HOST）USB設(shè)備USB集線器（USB HUB）USB在一個(gè)在一個(gè)USB系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，USB設(shè)備的數(shù)目最設(shè)備的數(shù)目最多多127個(gè)（從數(shù)據(jù)地址的角度）個(gè)（從數(shù)據(jù)地址的角度） 7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線一個(gè)USB系統(tǒng)由硬件和軟件二部分構(gòu)成1. 硬件部分USB主機(jī)（USB HOST）USB設(shè)備USB集線器（USB HUB）USBUSB集線器，用于集線器，用于USB設(shè)

23、備的擴(kuò)展，一般來(lái)設(shè)備的擴(kuò)展，一般來(lái)說(shuō)，說(shuō)，USB設(shè)備與設(shè)備與USB HUB之間的連線長(zhǎng)度小之間的連線長(zhǎng)度小于于5米，米，USB系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)不能超過(guò)系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)不能超過(guò)5級(jí)。級(jí)。7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線一個(gè)USB系統(tǒng)由硬件和軟件二部分構(gòu)成2. 軟件部分主控制器驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 USB芯片驅(qū)動(dòng)程序組成 USB軟件完成對(duì)完成對(duì)USB交換的調(diào)度，在主控制器與交換的調(diào)度，在主控制器與USB設(shè)備之間建立通信通道。設(shè)備之間建立通信通道。 7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線一個(gè)USB系統(tǒng)由硬件和軟件二部分構(gòu)成2. 軟件部分主控制器驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 USB芯片驅(qū)動(dòng)程序組成 US

24、B軟件用來(lái)驅(qū)動(dòng)用來(lái)驅(qū)動(dòng)USB設(shè)備的程序，通常由操作設(shè)備的程序，通常由操作系統(tǒng)或系統(tǒng)或USB設(shè)備制造商提供。設(shè)備制造商提供。 7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線一個(gè)USB系統(tǒng)由硬件和軟件二部分構(gòu)成2. 軟件部分主控制器驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 USB芯片驅(qū)動(dòng)程序組成 USB軟件在設(shè)備設(shè)置時(shí)讀取描述寄存器并獲取在設(shè)備設(shè)置時(shí)讀取描述寄存器并獲取USB設(shè)備的特征，并根據(jù)這些特征組織設(shè)備的特征，并根據(jù)這些特征組織數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸。 7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線USB典型器件分為三類：1. 一類是專為USB應(yīng)用設(shè)計(jì)的，內(nèi)含特別設(shè)計(jì)的微處理器，如Cypess公司CY7C63001系列。

25、 CH371/372/375芯片，F(xiàn)TDI公司的FT245BM等，2. 一類是建立在通用微處理器基礎(chǔ)上，如Intel公司的8*931系列，是建立在基本的8051系列微處理器的基礎(chǔ)上的。3. 一類是只處理USB通信，需外接微處理器進(jìn)行控制，如NetChip的NET2888,NS公司的USBN9603/9604等。7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線 以南京沁恒電子有限公司的產(chǎn)品CH375為例： 內(nèi)部集成了PLL倍頻器、主從USB接口SIE、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動(dòng)并行接口、異步串行接口、指令解釋器、控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器、通用的固件程序等。 7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線 CH375 內(nèi)

26、置了USB 通訊中的底層協(xié)議，具有簡(jiǎn)單的內(nèi)置固件模式和靈活的外置固件模式。 在內(nèi)置固件模式下，CH375自動(dòng)處理默認(rèn)端點(diǎn)0 的所有事務(wù)，本地端單片機(jī)只要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換，所以單片機(jī)編程十分容易。 在外置固件模式下，由外部單片機(jī)根據(jù)需要自行處理各種USB 請(qǐng)求，從而可以實(shí)現(xiàn)符合各種USB 類規(guī)范的設(shè)備。 7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線 CH375芯片可以通過(guò)USB接口將單片機(jī)等控制器與計(jì)算機(jī)或其他USB外設(shè)連接起來(lái)。圖7.14 單片機(jī)與CH375的并行連接7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線 CH375的USB主機(jī)方式支持常用的USB全速設(shè)備，外部單片機(jī)可以通過(guò)CH375按照相應(yīng)的

27、USB協(xié)議與USB設(shè)備通信，CH375還內(nèi)置了處理海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通信協(xié)議的固件，外部單片機(jī)可以直接以扇區(qū)為基本單位讀寫常用的USB存儲(chǔ)設(shè)備。7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線如果CH375芯片的TXD引腳懸空或者沒(méi)有通過(guò)下接電阻接地，那么CH375工作于串口方式。如下圖圖7.15 MCS-51單片機(jī)讀寫U盤的電路原理圖 7.1.3 USB通用串行總線通用串行總線 USB接口的轉(zhuǎn)換：可以利用接口轉(zhuǎn)換芯片，如CH341就是這樣的芯片。 CH341 是一個(gè)USB 總線的轉(zhuǎn)接芯片，通過(guò)USB總線提供異步串口、打印口、并口以及常用的2線和4 線等同步串行接口。 7.1.3 USB通用串行總線

28、通用串行總線 在異步串口方式下，在異步串口方式下，CH341提供串口發(fā)送使能、提供串口發(fā)送使能、串口接收就緒等交互式的速率控制信號(hào)以及常用串口接收就緒等交互式的速率控制信號(hào)以及常用的的MODEM 聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串口，或者將普通的串口設(shè)備直接升級(jí)到口，或者將普通的串口設(shè)備直接升級(jí)到USB 總線?？偩€。 通過(guò)CH341將實(shí)現(xiàn)USB口與串行口的轉(zhuǎn)換 課堂討論課堂討論: USB的硬件是由哪三部分組成? USB的軟件是由哪幾部分組成? 在一個(gè)USB系統(tǒng)中,最多能接多少USB設(shè)備(從地址的角度)?7.2 并行通信標(biāo)準(zhǔn)并行通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE-488 并行通信接口

29、標(biāo)準(zhǔn)最常用的就是IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)）在1975年確定的IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)最初由美國(guó)Hewlett-Packard公司研制，通常它又稱為通用目的接口總線GPIB（General Purpose Interface Bus）或儀表總線。 7.2 并行通信標(biāo)準(zhǔn)并行通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE-488 個(gè)人計(jì)算機(jī)一般都有IEEE-488接口，稱為并行接口，用IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)總線可以很方便地把智能儀器組合成一個(gè)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)。IEEE-488接口插座用一條24芯的無(wú)源電纜進(jìn)行連接，包括8條

30、雙向數(shù)據(jù)通信線，3條數(shù)據(jù)傳送控制線，5條接口控制線和8條邏輯地線，另有一個(gè)屏蔽引腳端。 7.2 并行通信標(biāo)準(zhǔn)并行通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE-488 用IEEE-488接口最多允許15臺(tái)設(shè)備相互通信組成系統(tǒng)，每臺(tái)設(shè)備在通信時(shí)只能扮演三種角色中的一個(gè)，或者說(shuō)只能以三種工作方式中的一種方式工作： 控者：發(fā)布控制命令的 講者：發(fā)布消息 聽(tīng)者：接受消息 一個(gè)系統(tǒng)中可以有不止一個(gè)的控者和講者，但在同一時(shí)刻只能有一個(gè)控者和一個(gè)講者。7.2 并行通信標(biāo)準(zhǔn)并行通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE-4881.8條數(shù)據(jù)線為雙向數(shù)據(jù)總線，可用來(lái)傳送數(shù)據(jù)（8位）、地址（8位）或控制命令（7位）。2.3條數(shù)據(jù)傳送控制線，用于實(shí)現(xiàn)輸入設(shè)備和輸出設(shè)備之間

31、的信號(hào)交換，提供數(shù)據(jù)總線上交換的時(shí)序。其中：NRFD（not ready for data）-未準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)。DAV（data valid）-數(shù)據(jù)有效。NDAC（not data accepted）-數(shù)據(jù)未接受完畢7.2 并行通信標(biāo)準(zhǔn)并行通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE-4883.5條接口管理總線，用來(lái)控制接口的狀態(tài)：1) （attention）規(guī)定數(shù)據(jù)DIO線上消息的類型， =0，是控者在發(fā)布消息，在 =1，是被指定為講者的儀器發(fā)送數(shù)據(jù)。2) （information clear）-接口清除線， =0時(shí)所有接口功能都回到初始狀態(tài)。3) （remote enable）遙控控制線， =0時(shí)表示控者發(fā)出遠(yuǎn)控命令

32、，使位于總線上的所有儀器均處于遠(yuǎn)控狀態(tài)。IFCATNATNATNIFCRENREN7.2 并行通信標(biāo)準(zhǔn)并行通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE-4884) （service request）服務(wù)請(qǐng)求線，任何一臺(tái)儀器可以向控者發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求， =0，5) EOI（end of identity）結(jié)束辨識(shí)，當(dāng)EOI=1， =0，控者執(zhí)行并行點(diǎn)名識(shí)別操作。當(dāng)EOI=1， =1，表示講者已講完一組字節(jié)的消息。ATNATNSRQSRQ7.2 并行通信標(biāo)準(zhǔn)并行通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE-488 IEEE-488專用的大規(guī)模集成芯片有兩類，一類完全由硬件完成，另一類是用軟件編程來(lái)完成接口功能，表7.3給出IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)常用的接口芯片

33、。 生產(chǎn)公司生產(chǎn)公司型號(hào)型號(hào)電源電源時(shí)鐘時(shí)鐘波特率波特率功能功能方法方法INTEL82915 V8MHz448講/聽(tīng)/控軟、硬件TITMS99145 V5MHz250講/聽(tīng)/控軟、硬件FAIRCHILD96LS4885V10MHz1講/聽(tīng)硬件MOTOROLAMC684885 V115MHz125講/聽(tīng)軟、硬件課堂討論課堂討論:1. IEEE-488是什么總線標(biāo)準(zhǔn)?2. IEEE-488最多允許多少臺(tái)設(shè)備相互通信組成系統(tǒng)?3. IEEE-488共有多少引線?其數(shù)據(jù)線為多少位?7.3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介 隨著控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)控制儀器儀表體系也從基地式氣動(dòng)

34、儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到由微機(jī)控制的智能儀器儀表系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)式總線控制系統(tǒng)。 前面討論的各種單機(jī)型智能儀器儀表可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信構(gòu)成一個(gè)全數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，這將使傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)翻天覆地的變化。 7.3.1集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS） 集散控制系統(tǒng)（Total Distributed Control System,簡(jiǎn)稱DCS），又稱分散型控制系統(tǒng)，是一種以微處理器為基礎(chǔ)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中管理和分散控制的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 7.3.1集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS） DCS的基本思路是： 1、把集中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分解為分散的

35、控制系統(tǒng)，有專門的過(guò)程分散控制裝置，在過(guò)程控制級(jí)各自完成過(guò)程中的部分控制和操作。 2、從模擬電動(dòng)儀表的操作習(xí)慣出發(fā)，開(kāi)發(fā)人計(jì)算機(jī)之后間良好的操作界面，用于操作人員的監(jiān)視操作。 3、為了使操作站與過(guò)程控制裝置之間建立數(shù)據(jù)的聯(lián)系，建立數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)能在操作人員和生產(chǎn)過(guò)程間相互傳遞。7.3.1集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）DCS的基本組成部分1. 面向被控制現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站。 它起到分擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的I/O和控制功能。 7.3.1集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）DCS的基本組成部分 2、面向操作人員的操作員站。 它是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面（HMI-Human Machi

36、ne Interface或operator interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。7.3.1集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）DCS的基本組成部分 3、面向DCS監(jiān)督管理的工程師站。 它是對(duì)DCS進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。7.3.1集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS） DCS的主要特點(diǎn)如下：1）分散控制系統(tǒng)DCS與集散控制系統(tǒng)TDCS是集4C（Communication，Computer，Control、CRT）技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。2）從上到下的樹(shù)狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，其中通信（Communication）是關(guān)鍵。3）PID在中繼控制站中，控制站聯(lián)接計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)

37、儀器儀表與控制裝置。7.3.1集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）4）是樹(shù)狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，也有大量電纜從控制站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。5）是模擬信號(hào)、A/DD/A和微處理器的混合系統(tǒng)。6）一臺(tái)儀表一對(duì)線接到I/O，由控制站掛到局域網(wǎng)LAN。7）DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場(chǎng)儀表（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站）的3級(jí)結(jié)構(gòu)。8）缺點(diǎn)是成本高，各公司產(chǎn)品不能互換，不能互操作。7.3.1集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS） 從DCS的特點(diǎn)中可以看到，因?yàn)镈CS基本控制功能在過(guò)程控制級(jí)中，工作站級(jí)的主要作用是監(jiān)督管理。 分散控制使得系統(tǒng)由于某個(gè)局部的不可靠而造成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的損害降到很低的程度，加

38、之各種軟硬件技術(shù)不斷走向成熟，極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，因而迅速成為工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主流。 課堂討論課堂討論: 什么是DCS? DCS由哪幾部分組成? DCS有什么優(yōu)點(diǎn)?7.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) (Fieldbus Control System，以下簡(jiǎn)稱FCS) 是一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，F(xiàn)CS是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通信速率快，系統(tǒng)安全，造價(jià)低廉，維護(hù)成本低等特點(diǎn)。 7.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FCS

39、是在DCS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，兩者相比較，F(xiàn)CS主要有以下的特點(diǎn)： 用一對(duì)通信線連接多臺(tái)數(shù)字儀器儀表代替一對(duì)信號(hào)線只能連接一臺(tái)模擬儀器儀表。 用多功能的現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀器儀表代替單功能的現(xiàn)場(chǎng)模擬儀器儀表。 用分散式的虛擬控制站代替集中式的控制站。7.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制室內(nèi)的自控裝置之間的串行、多點(diǎn)、全數(shù)字的通信總線。 7.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線的節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)智能儀器儀表，現(xiàn)場(chǎng)智能儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)與單機(jī)的智能儀器儀表結(jié)構(gòu)基本相同, 但增加了現(xiàn)場(chǎng)總線接口部分，且通常由現(xiàn)場(chǎng)總線供電，具有相

40、當(dāng)好的安全性。 7.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線接口的主要功能除供電以外，還有調(diào)制、解調(diào)功能。 調(diào)制是把微處理器輸出的代表被測(cè)量信息等的數(shù)字量轉(zhuǎn)換并調(diào)制成現(xiàn)場(chǎng)總線上的（數(shù)字碼）通訊信號(hào)送出去。 解調(diào)則是把來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)總線上的（數(shù)碼）信號(hào)進(jìn)行解調(diào)傳送到微處理器。課堂討論課堂討論: 什么是FCS? FCS與DCS比較,有什么特點(diǎn)?7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 常用現(xiàn)場(chǎng)總線常用現(xiàn)場(chǎng)總線HART（可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道） FF-基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線LonWorks （局域操作網(wǎng)絡(luò)） Profibus（過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線） CAN（控制網(wǎng)絡(luò)） 7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)

41、介1.FF(基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線)現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（Foundation Fieldbus，簡(jiǎn)稱FF）以ISO/OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。 7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介1.FF(基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線)現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線分低速1和高速2兩種通信速率。1的傳輸速率為 3125k bps,通信距離可達(dá)1900 (可加中繼器延長(zhǎng) ),可支持總線供電 ,支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。2的傳輸速率為 1M bps和 25M bps兩種，其通信距離為 750m和500m。Honeywell、Ronan等公司已開(kāi)發(fā)出可完

42、成物理層和部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的專用芯片，許多儀表公司已開(kāi)發(fā)出符合FF協(xié)議的產(chǎn)品。 7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介2LonWorks （局域操作網(wǎng)絡(luò)） LonWorks（Local Operating Net Works）采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置，其通訊速率從300bps至 1.5M bps不等，直接通信距離可達(dá)到2700m，(78k bps,雙絞線 )，支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)，并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品，被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。 7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用

43、現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 LonWorks技術(shù)所采用的LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron的芯片中并得以實(shí)現(xiàn)。 集成芯片中有3個(gè)8位CPU;一個(gè)用于完成開(kāi)放互連模型中第 1 2層的功能 ,稱為媒體訪問(wèn)控制處理器 ,實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問(wèn)的控制與處理 ; 第二個(gè)用于完成第 3 6層的功能 ,稱為網(wǎng)絡(luò)處理器 ,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理、背景診斷、函數(shù)路徑選擇、軟件計(jì)量時(shí)、網(wǎng)絡(luò)管理 ,并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等 ;7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 第三個(gè)是應(yīng)用處理器 ,執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼。芯片中還具有存儲(chǔ)信息緩沖區(qū) ,以實(shí)現(xiàn)CPU之間的信息傳遞 ,并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū)。如Mot

44、orola公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片MC143120E2就包含了2k RAM和2k E2PROM.。 7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介3. Profibus（過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線） 過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus（Process Filedbus）是作為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線。 Profibus支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。傳輸速度9.6k bps12M bps。Profibus 提供了3種數(shù)據(jù)傳送類型：用于DP和FMS的RS-485傳輸，用于PA的IEC 1158-2傳輸和光纖傳輸。 7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介

45、3. Profibus（過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線） Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線由三個(gè)兼容的部分組成，分別是Profibus-DP，Profibus-FMS，Profibus-PA 。7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介DP型用于分散外設(shè)之間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，使用Profibus-DP模塊可取代24VDC或420mA并行信號(hào)傳輸。 7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 FMS，意為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范 ,適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等一般自動(dòng)化。 7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 PA型則是用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類型 , PA型的標(biāo)準(zhǔn)目前還處于制定過(guò)程之中

46、,其傳輸技術(shù)遵從IEC1158-2 (1 )標(biāo)準(zhǔn) ,可實(shí)現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。 7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介4CAN（控制網(wǎng)絡(luò)） CAN是控制網(wǎng)絡(luò)Control Area Network的簡(jiǎn)稱 ,最早由德國(guó)BOSCH公司推出 ,用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898標(biāo)準(zhǔn),得到了Motorola、Intel、Philips、Siemence、NEC等公司的支持 ,已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。 7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 CAN協(xié)議也是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開(kāi)放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，不過(guò)，其模型結(jié)構(gòu)

47、只有3層 ,只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線 ,通信速率最高可達(dá) 1M bps，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10 km（5k bps傳輸時(shí)）,可連接設(shè)備最多可達(dá) 1 1 0個(gè)。7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu) ,每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短 ,受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí) ,具有自動(dòng)關(guān)閉的功能，從而切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上的其它節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響 ,具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 CAN支持多主方式工作 ,網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均在任意時(shí)刻主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ,支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局廣播方式接收 /

48、發(fā)送數(shù)據(jù)。7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 已有多家公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了符合協(xié)議的通信芯片 ,如Intel公司的82527芯片,Motorola公司的MC68HC05X4芯片,Philips公司的82C250等。還有插在PC機(jī)上的CAN總線接口卡 ,具有接口簡(jiǎn)單、編程方便、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介5. HART（可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道） HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫。最早由Rosemount公司開(kāi)發(fā)并得到80多家著名儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會(huì)。這種被稱為可尋址遠(yuǎn)

49、程傳感高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中工業(yè)過(guò)程控制的過(guò)渡性產(chǎn)品，統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中工業(yè)過(guò)程控制的過(guò)渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過(guò)渡時(shí)期具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，得到了較好的發(fā)展。7.3.3常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介常用現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 HART通信模型由 3層組成 :物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層采用FSK(Frequency Shift Keying)技術(shù)在 4 2 0mA模擬信號(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào) ,頻率信號(hào)采用Bell 202國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ;數(shù)據(jù)傳輸速率為1200 bps，邏輯“0”的信號(hào)頻率為2200 Hz，邏輯“1”的信號(hào)傳輸頻率為1200 Hz。 課堂討論課堂討論:1. 常用的現(xiàn)場(chǎng)總線有哪幾種?互相是否可以連接?2. 哪一種現(xiàn)場(chǎng)總線被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)?3. HART總線的特點(diǎn)是什么？7.3.4 現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀器儀表現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀器儀表 現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀器儀表（簡(jiǎn)稱現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表）是含有由微處理器控制的、符合現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的智能儀器儀表。 國(guó)際公認(rèn)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)有12種之多，在確定現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)時(shí)首先要確定采用的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)類型，并選購(gòu)能與之匹配的現(xiàn)場(chǎng)儀器儀