智能儀器的標準數(shù)據(jù)通信接口優(yōu)選ppt資料

第章智能儀器(yíqì)的標準數(shù)據(jù)通信接口第一頁，共59頁。RS-485接口常用通信(tōngxìn)芯片：SN75176、MAX485左圖：MAX485引腳圖以下(yǐxià)圖：典型連接電路第二頁，共59頁。RS-485方式構成(gòuchéng)的多機通信原理：第三頁，共59頁。RS-485/RS-232接口電路(diànlù)：實現(xiàn)RS-485電平和RS-232電平之間的切換第四頁，共59頁。表4幾種(jǐzhǒnɡ)串行標準的比較

特性參數(shù)RS-232CRS-423RS-422RS-485工作模式單端發(fā)單端收單端發(fā)雙端收雙端發(fā)雙端收雙端發(fā)雙端收在傳輸線上允許的驅動器和接收器的數(shù)目一個驅動器一個接收器一個驅動器10個接收器一個驅動器10個接收器32個驅動器32個接收器最大電纜長度15m1200m(1kbit/s)1200m(90kbit/s)1200m(100kbit/s)最大數(shù)據(jù)率20kbit/s100kbit/s(12m)10Mbit/s(12m)10Mbit/s(12m)驅動器輸出（最大電壓值）±25v±6v±6v-7v~+12v驅動器輸出（信號電平）±5v（帶負載）±15V（未帶負載）±3.6v（帶負載）±6v（未帶負載）±2v（帶負載）±6v（未帶負載）±1.5v（帶負載）±5v（未帶負載）驅動器負載阻抗3k~7kΩ450Ω100Ω54Ω驅動器電源開路電流（高阻狀態(tài)）Vmax/300ΩΩ（開路）±100μA（開路）±100μA（開路）±100μA（開路）接收器輸入電壓范圍±15v±10v±12v-7v~+12v接收器輸入靈敏度±3v±200mv±200mv±200mv接收器輸入阻抗2kΩ~7kΩ4kΩmin4kΩmin12kΩmin第五頁，共59頁?！翱卣擗暋睠ontroller〕CPLA第三十六頁，共59頁。SPI總線(zǒnɡxiàn)標準第三十六頁，共59頁。IEEE488.表4幾種(jǐzhǒnɡ)串行標準的比較具有兩個頻道，特別滿足需要多信道工作的特殊場合USB電源包括電源分配和電源管理兩方面內容。第三十六頁，共59頁。SPI總線(zǒnɡxiàn)標準③發(fā)送X0100001，確定地址為1的儀器為聽者第三十四頁，共59頁。SPI總線(zǒnɡxiàn)標準8291芯片(xīnpiàn)介紹I2C總線的數(shù)據(jù)(shùjù)傳送字節(jié)格式圖傳輸(chuánshū)距離與傳輸(chuánshū)速率的關系RS-422A與RS-485的傳輸(chuánshū)距離與傳輸(chuánshū)速率之間的關系如下圖速率(sùlǜ)〔b/s〕×距離〔m〕≤100M第六頁，共59頁。隔離：將各站的串行通信接口電路與其他站進行電氣(diànqì)隔離，如下圖。圖光電隔離(gélí)的RS-485總線第七頁，共59頁?？轨o電(jìngdiàn)放電沖擊：靜電(jìngdiàn)放電會影響電路的正常工作或導致器件損壞，解決的方法是選用帶靜電(jìngdiàn)放電保護的RS-485接口器件，例如MAX1487E、MAX483E-491E、SN75LBC184等。另一個方法是在傳輸信號線上加箝位電路。傳輸線的鋪設及屏蔽：〔1〕傳輸線單獨鋪設，不與交流動力線一起鋪設在同一條電纜溝中；〔2〕強信號線與弱信號線防止(fángzhǐ)平行走向，盡量使兩者正交；〔3〕盡量使信號線離干擾線遠一些，一般為干擾導線內徑的40倍以上；〔4〕盡量采用帶有屏蔽層的雙絞線，將屏蔽層良好地接地。第八頁，共59頁。完整(wánzhěng)的SPI系統(tǒng)的特性：一、SPI總線標準(biāozhǔn)介紹☆全雙工、三線同步傳送(chuánsònɡ)；☆主、從機工作方式；☆可程控的主機位傳送(chuánsònɡ)頻率、時鐘極性和相位；☆發(fā)送完成中斷標志；☆寫沖突保護標志。SPI總線標準SPI外圍擴展示意圖SPI系統(tǒng)時鐘的極性和相位關系第九頁，共59頁。二、利用模擬(mónǐ)SPI擴展串行E2PROMSPI總線(zǒnɡxiàn)標準93C46引腳排列(páiliè)第十頁，共59頁。指令起始位操作代碼地址數(shù)據(jù)說明DIDO讀110A5A4A3A2A1A0—D7~D0讀地址為A7~A0寫101A5A4A3A2A1A0D7~D0RDY/BSY寫地址為A7~A0擦除111A5A4A3A2A1A0RDY/BSY擦除地址A7~A0擦寫允許10011××××高阻擦寫禁止10000××××高阻片寫10010××××D7~D0RDY/BSY片擦除10001××××RDY/BSYSPI總線(zǒnɡxiàn)標準93C46指令表〔8位結構(jiégòu)〕第十一頁，共59頁。SPI總線(zǒnɡxiàn)標準讀指令(zhǐlìng)〔READ〕讀指令(zhǐlìng)的時序第十二頁，共59頁。SPI總線(zǒnɡxiàn)標準寫指令(zhǐlìng)〔READ〕寫指令(zhǐlìng)的時序第十三頁，共59頁。SPI總線(zǒnɡxiàn)標準90C46與80C51單片機的接口(jiēkǒu)與編程1)利用80C51單片機的串行口實現(xiàn)(shíxiàn)的接口第十四頁，共59頁。SPI總線(zǒnɡxiàn)標準2〕利用軟件仿真(fǎnɡzhēn)SPI實現(xiàn)的接口第十五頁，共59頁。三、利用模擬(mónǐ)SPI擴展其它的串行接口芯片SPI總線(zǒnɡxiàn)標準1.串行時鐘(shízhōng)芯片HT1380與單片機接口電路第十六頁，共59頁。SPI總線(zǒnɡxiàn)標準2.串行LED顯示(xiǎnshì)接口MAX7219MAX7219與單片機接口(jiēkǒu)電路第十七頁，共59頁。SPI總線(zǒnɡxiàn)標準3.串行模擬量輸入(shūrù)芯片MAX1458串行A/D芯片MAX1458與單片機接口(jiēkǒu)電路第十八頁，共59頁。一、I2C標準(biāozhǔn)總線介紹I2C總線(zǒnɡxiàn)標準I2C串行總線只有二根(èrɡēn)信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。I2C總線系統(tǒng)示意圖I2C總線外圍擴展示意圖第十九頁，共59頁。I2C總線(zǒnɡxiàn)標準I2C數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(xiéyì)〔1〕總線不忙〔SCL和SDA保持高電平〕；〔2〕數(shù)據(jù)傳送(chuánsònɡ)開始〔SCL保持高電平，SDA發(fā)生一個由高電平到低電平的變化決定起始條件〕；〔3〕數(shù)據(jù)傳送(chuánsònɡ)停止〔SCL保持高電平，SDA發(fā)生一個由低電平到高電平的過程，稱為停止條件〕；〔4〕數(shù)據(jù)有效。啟動和停止信號在SCL為1時SDA1-->0代表startSDA0-->1代表stopI2C總線上一位數(shù)據(jù)的傳送時序SDA變化時SCL一定為0第二十頁，共59頁。I2C總線(zǒnɡxiàn)標準主發(fā)送到從接收(jiēshōu)第二十一頁，共59頁。I2C總線的數(shù)據(jù)(shùjù)傳送字節(jié)格式I2C總線(zǒnɡxiàn)標準第二十二頁，共59頁。I2C總線(zǒnɡxiàn)標準二、80C51單片機模擬I2C總線應用(yìngyòng)實例PCF8574引腳說明(shuōmíng)第二十三頁，共59頁。I2C總線(zǒnɡxiàn)標準PCF8574及PCF8574A控制字節(jié)(zìjié)的配置第二十四頁，共59頁。I2C總線(zǒnɡxiàn)標準讀操作(cāozuò)第二十五頁，共59頁。I2C總線(zǒnɡxiàn)標準寫操作(cāozuò)第二十六頁，共59頁。I2C總線(zǒnɡxiàn)標準PCF8574應用(yìngyòng)和編程第二十七頁，共59頁。START:ACALLSTA；開始條件MOVA，#41H；PCF8574為讀方式ACALLWRBYT；發(fā)送地址信號(xìnhào)ACALLCACK；檢查ACK信號(xìnhào)JBF0，$ACALLRDBYT；讀數(shù)據(jù)SWAPACPLAMOV30H，AI2C總線(zǒnɡxiàn)標準程序(chéngxù)如下：第二十八頁，共59頁。ACALLSTOPACALLSTA；開始條件MOVA，#40H；PCF8574為寫方式(fāngshì)ACALLWRBYTACALLCACK；檢查ACK信號JBF0，$MOVA，30HACALLWRBYTACALLDELAY；延時子程序ACALLSTOP；停止條件LJMPSTAI2C總線(zǒnɡxiàn)標準第二十九頁，共59頁。

三線總線（SPI）二線總線（I2C）單電源，由2~5.5V單電源，由2~5.5V低電流,低功耗低電流,低功耗元件價格低廉元件價格低廉要求四端(除電源和地)工作要求兩端(除電源和地)工作×8位和×16位數(shù)據(jù)寬度×8位數(shù)據(jù)寬度軟件寫保護硬件寫保護時鐘和信號用邊沿觸發(fā)時鐘和信號用電平觸發(fā),具有高抗噪聲輸入浪涌濾波器時鐘頻率可達2MHz時鐘包含100kHz和200kHz兩種模式規(guī)程較簡單規(guī)程較復雜I2C總線(zǒnɡxiàn)標準第三十頁，共59頁。USB概況：

主機與外設的通用接口，可用于不同的設備串行、打包傳送2根數(shù)據(jù)線＋電源＋地線兩個版本：1.1〔12Mb/s〕，2.0〔480Mb/s〕設備連線(liánxiàn)最長5米即插即用必須要有USB主機存在，設備不能獨立工作USB總線(zǒnɡxiàn)標準第三十一頁，共59頁。USB總線的優(yōu)點：

易于使用〔即插即用，可熱插拔；具級聯(lián)方式，并可智能識別鏈上外圍設備的插拔；提供電源；節(jié)省硬件資源；易于連接，主板上提供2－6個USB接口，通過集線器最多可支持127個外設〕傳送速率可滿足大多數(shù)外設要求可靠性高〔能進行錯誤校驗和控制，且由硬件實現(xiàn)(shíxiàn)〕低本錢〔主板已集成USB接口；設備端的USB接口控制芯片很廉價〕低功耗〔不工作時能夠自動進入休眠狀態(tài)，并能自動恢復〕USB總線(zǒnɡxiàn)標準第三十二頁，共59頁。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，另兩根為下游設備(shèbèi)提供電源。1、USB根本(gēnběn)特性圖1USB電纜(diànlǎn)USB電源包括電源分配和電源管理兩方面內容。電源分配是指USB如何分配主機所提供的能源〔總線供電設備、自供電設備〕。USB系統(tǒng)的主機有與USB相互獨立的電源管理系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件可以與主機的能源管理系統(tǒng)結合，共同處理各種電源事件，如掛起、喚醒等。USB總線標準第三十三頁，共59頁。USB系統(tǒng)的根本構架可以分為三個主要的局部：USB主機(zhǔjī)控制器/根集線器；USB集線器；USB設備。主機根集線器Hub端口USB設備HubUSB總線(zǒnɡxiàn)標準第三十四頁，共59頁。圖2USB集線器示意圖USB總線(zǒnɡxiàn)標準第三十五頁，共59頁。USB總線(zǒnɡxiàn)標準USB通信模型客戶(kèhù)USB主機(zhǔjī)USB接口功能模塊USB設備USB接口主機設備消息數(shù)據(jù)包位流第三十六頁，共59頁。USB總線(zǒnɡxiàn)標準USB主機的軟件(ruǎnjiàn)和硬件客戶(kèhù)軟件USB驅動程序〔USBD〕USB接口主控制器驅動程序〔HCD〕USB主機軟件USB主機主機第三十七頁，共59頁。USB數(shù)據(jù)包格式(géshi)〔主要的〕PIDUSB地址(dìzhǐ)(7位)端點(duāndiǎn)號CRCPID數(shù)據(jù)(1-1023字節(jié))CRC標識包數(shù)據(jù)包PID:包的類型編號PID應答D2H：ACK5AH：NAKC3H：偶數(shù)包4BH：奇數(shù)包USB總線標準第三十八頁，共59頁。2、USB的數(shù)據(jù)(shùjù)傳輸方式控制傳輸中斷傳輸批量(pīliànɡ)傳輸同步傳輸3、USB總線(zǒnɡxiàn)協(xié)議USB是一種輪詢方式的總線，主機控制器初始化所有的數(shù)據(jù)傳送。USB協(xié)議反映了USB主機與USB設備進行交互時的語言結構和規(guī)那么。發(fā)送端和接收端之間的USB傳輸有兩種類型的信道：流通道和消息信道。USB總線標準第三十九頁，共59頁。在可靠性傳輸方面，USB提供了多種數(shù)據(jù)傳輸機制，如使用差分驅動(qūdònɡ)、接收和防護，以保證信號的完整性；使用循環(huán)冗余碼，以進行外設裝卸的檢測和系統(tǒng)資源的設置，對喪失和損壞的數(shù)據(jù)包暫停傳輸；利用協(xié)議自我恢復，以建立數(shù)據(jù)控制信道，從而使功能部件防止了相互影響。在錯誤檢測方面，協(xié)議中對每個包的控制位都提供了循環(huán)冗余碼，并提供了一系列的硬件和軟件設施來保證數(shù)據(jù)的正確性。在錯誤處理方面，協(xié)議在硬件和軟件上均有措施。硬件：匯報錯誤和重新進行一次傳輸，傳輸中假設再次遇到錯誤，由USB的主機控制器按照協(xié)議重新進行傳輸，最多可進行三次。假設錯誤依然存在，那么對客戶端軟件報告錯誤，使之按特定方式處理。4、USB的容錯性能USB總線(zǒnɡxiàn)標準第四十頁，共59頁。一、GP-IB〔IEEE488〕總線(zǒnɡxiàn)GP-IB接口(jiēkǒu)總線

開展(kāizhǎn)：HP-IB、IEEE-488、IEC-625、ZBY207GP-IB標準接口總線系統(tǒng)要進行有效的通信聯(lián)絡，至少有三類儀器裝置：“講者〞〔Talker〕“聽者〞〔Listener〕“控者〞〔Controller〕以下圖中的自動測試系統(tǒng)由數(shù)字電壓表、信號發(fā)生器、打印機和計算機〔安裝GP-IB卡〕組成。第四十一頁，共59頁。圖1GP-IB自動測試系統(tǒng)(xìtǒng)第四十二頁，共59頁。圖224線連接器的引腳信號(xìnhào)根本(gēnběn)特性：24芯、負邏輯;最大傳輸速度1Mbps;系統(tǒng)中裝置數(shù)不超過15,總線長度不超過20米;16根信號線、位并行(bìngxíng)/字串行31個講地址,31個聽地址;3線握手聯(lián)絡原理保證不同速度設備間的傳輸.第四十三頁，共59頁。(3)DAV〔DataValid，數(shù)據(jù)有效〕：指示數(shù)據(jù)線上的信號(xìnhào)是穩(wěn)定〔有效〕的，并可由儀器平安接收?？刂破髟诎l(fā)送命令時發(fā)送此信號(xìnhào)，而講者那么在發(fā)送數(shù)據(jù)消息時發(fā)送此信號(xìnhào)。1、3根掛鉤(guà〃gōu)線的信號(1)NRFD〔NotReadyforData，接收數(shù)據(jù)未就緒〕：指示某儀器是否準備好接收一個消息字節(jié)。該信號線在接收命令時由所有(suǒyǒu)的儀器驅動，在接收數(shù)據(jù)消息時由聽者驅動。(2)NDAC〔NotDataAccepted，未接收數(shù)據(jù)〕：指示某儀器是否接收到消息字節(jié)。該信號線在接受命令時由所有的儀器驅動，而在接收數(shù)據(jù)消息時由聽者驅動。第四十四頁，共59頁。(3)REN〔RemoteEnable，遠程允許〕：系統(tǒng)控制器驅動REN，用于將各儀器設置為遠程〔Remote〕編程或本地(běndì)〔Local〕編程方式。2、5根管理(guǎnlǐ)信號線(1)ATN〔Attention，注意〕：控制器在使用數(shù)據(jù)線發(fā)送命令(mìnglìng)時將這根信號線設置為真，而在某一講者可以發(fā)送數(shù)據(jù)消息時將其設置為假。(2)IFC〔InterfaceClear，接口去除〕：系統(tǒng)控制器驅動該信號線對總線初始化，并成功地執(zhí)行控制器。第四十五頁，共59頁。(4)SRQ〔ServiceRequest，效勞請求〕：任何儀器均可以驅動該信號線，實現(xiàn)異步請求控制器效勞。(5)EOI〔EndorIdentify，結束或識別〕：講者使用該信號線標記(biāojì)信息字符串的結束，而控制器那么使用該信號線要求各儀器在并行查詢操作中識別各自的響應。第四十六頁，共59頁。3、控制器的操作(cāozuò)控制器加電后一般應發(fā)出IFC信號(xìnhào)，使所有的GP-IB設備初始化；設置ATN〔低電平有效〕，表示(biǎoshì)控制器將向總線上的聽者和講者發(fā)送命令，實現(xiàn)對系統(tǒng)的配置和調度。表1GP-IB總線命令地址組合碼第四十七頁，共59頁。控制器的操作過程：①檢測SRQ線，為低電平時，通過(tōngguò)查詢確定請求效勞的儀器②設置ATN為有效〔低電平〕③發(fā)送X0100001，確定地址為1的儀器為聽者④發(fā)送X1000010，確定地址為2的儀器為講者⑤設置ATN為高電平⑥講者與聽者交換數(shù)據(jù)⑦發(fā)送X0111111，關閉聽者⑧發(fā)送X1011111，關閉講者第四十八頁，共59頁。4.三線掛鉤(guà〃gōu)操作第四十九頁，共59頁。

GP-IB總線典型(diǎnxíng)應用系統(tǒng)第五十頁，共59頁。圖38291A引腳及內部(nèibù)結構圖5.8291芯片(xīnpiàn)介紹第五十一頁，共59頁。表28291A內部(nèibù)存放器一覽表第五十二頁，共59頁。VXI總線儀器系統(tǒng)是模板插卡式結構的智能儀器系統(tǒng)，可將各種具有(jùyǒu)獨立功能的模板式智能儀器連接在一起，構成自動測試系統(tǒng)或計算機測控系統(tǒng)。二、VXI總線(zǒnɡxiàn)〔VMEbusExtensionsforInstrumentation〕IAC可在本機〔Local〕方式下獨立工作，也可通過背板總線進入遠程〔Remote〕；VXI總線儀器系統(tǒng)具有信息吞吐量大、配置靈活(línɡhuó)、結構緊湊、儀器體積小等特點?？ㄊ絻x器〔IAC，InstrumentAtCard〕第五十三頁，共59頁?！瞐〕VXI系統(tǒng)(xìtǒng)模板尺寸〔b〕VXI系統(tǒng)(xìtǒng)連接器的總線分布第五十四頁，共59頁。1、VXI總線(zǒnɡxiàn)裝置的類型存放器基裝置存儲器裝置消息(xiāoxi)基裝置擴展裝置圖4VXI總線(zǒnɡxiàn)通信規(guī)程示意圖2、VXI總線系統(tǒng)中采用的軟件標準IEEE488.2可編程儀器標準命令SCPI第五十五頁，共59頁。3、VXI總線系統(tǒng)中兩個特殊(tèshū)功能負責機箱背板管理的0號插槽功能——0號插槽處于每個VXI總線機箱中特定的