自動控制原理第六章

第六章

智能儀器中的通信技術智能儀器通常帶有通信接口，包括串行或并行通信接口。因此可根據需要選用不同的單個智能儀器，通過各自的通信接口組成一個自動測試系統(tǒng)而完成不同的測試任務。儀器的網絡化測試技術是智能儀器的發(fā)展方向之一。6.1數(shù)據通信技術通信系統(tǒng)：傳遞信息所需的一切技術設備的總和。通信系統(tǒng)分類模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)

數(shù)字通信系統(tǒng)抗噪能力強，傳輸中差錯容易控制，是通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。通信系統(tǒng)的一般模型（單向）實際大多數(shù)場合，通信雙方需要隨時交流信息，即要求實現(xiàn)雙向通信。此時，通信雙方都要有發(fā)送設備和接收設備。此外，通信系統(tǒng)除了完成信息傳遞之外，還必須進行通信交換。傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)共同組成一個完整的通信系統(tǒng)。

通信系統(tǒng)的主要參數(shù)：

1信道的帶寬

一般信道的帶寬越寬，它傳輸信號時的失真越小。

2數(shù)據速率（Bit/s）

波特率和比特率

3通信系統(tǒng)的可靠性可用錯誤率來衡量數(shù)字調制技術由信源產生的原始信號稱為基帶信號，由于它含有頻率較低的諧波分量，因此一般不宜在長距離的信道中直接傳輸。通過調制將原始基帶信號組合到更高頻率的載波上，用調制后的已調信號進行傳輸。調制：利用調制信號（攜帶有用信息的基帶信號）去改變高頻振蕩載波的某個或幾個參數(shù)的波形變換過程。載波：正弦波（調幅，調頻，調相）脈沖串經過正弦波調制后的已調信號一般表示為：調幅：易受突變干擾的影響，通常只用于低速數(shù)字信號調制。調頻：抗干擾能力優(yōu)于調幅，但頻帶的利用率不高，因此也僅在傳輸?shù)退俾实臄?shù)字信號中得到廣泛應用。調相：占用頻帶較窄，抗干擾性能好，可用于更高數(shù)據速率的數(shù)字信號的調制。調幅，調頻，調相也可適當?shù)慕M合使用以達到更高的數(shù)據速率。多路復用技術在一條物理通道上同時傳送多路信息的技術稱為多路復用技術。

頻分多路復用（可同一時間發(fā)送各路信號）（FDM）時分多路復用（輪流發(fā)送各路信號）（TDM）差錯控制技術在通信系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)差錯并加以糾正，從而把差錯控制在盡可能小的范圍內的技術。數(shù)字通信中差錯控制最常用技術：

差錯控制編碼差錯控制編碼原理

信息位+冗余位（監(jiān)督碼元）整個構成1個數(shù)據進行發(fā)送通常用編碼效率R來衡量編碼性能的好壞目前采用的編碼有奇偶校驗碼方塊碼循環(huán)冗余碼差錯控制方式：

1自動請求重發(fā)（ARQ）

2前向糾錯（FEC）

3混合糾正（HEC）通信規(guī)程與同步技術為保證通信的順利進行，收發(fā)雙方在通信時因嚴格遵守通信協(xié)議。

異步通信方式（ASYNC）同步通信方式（SYNC）6.2串行通信幾種常用的總線標準及應用串行通信是智能儀器中常用的通信方式。串行通信時，要傳送的數(shù)據或信息必須按一定格式編碼，然后在單根線上，按一位一位的先后順序傳送。串行通信優(yōu)點：需要的通信線少，傳送距離遠。為使不同廠家的各種型號的智能儀器在通信時能方便地用一條標準的總線電纜連接起來，儀器的串行通信接口應該是標準化的。常用的串行通信標準是EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）制定的RS-232，RS-422，RS-485標準。6.2.1RS-232標準及應用完整的RS-232標準是由25根信號線組成的。利用RS-232進行串行通信的典型應用情況：參與通信的設備一個為數(shù)據終端設備DTE；另一個為數(shù)據通信設備DCE。RS-232的信號線可分為四類：（表6.1)

數(shù)據信號(4根）控制信號(11根）定時信號（3根)

地線(2根）RS-232的電氣特性:RS-232標準采用負邏輯RS-232與TTL,CMOS電平的轉換用RS-232標準總線連接系統(tǒng)近距離通信:小于15m的通信,此時可用RS-232電纜直接連接通信設備;遠距離通信:15m以上的通信,需采用調制解調器經電話線(或其他傳輸介質)進行。近距離通信的兩種不同情況：1若兩臺智能儀器的RS-232接口，一個采用DCE方式連接，另一個DTE方式連接，可將同名引腳直接相連；2若兩臺智能儀器的RS-232接口均采用DTE方式或DCE方式，則應采取交叉連接的方式。RS-232標準的缺陷遠距離通信中可能產生附加電平，因此，該標準傳輸速率只能達到20kbit/s，最大傳輸距離僅15m。6.2.2RS-422標準及應用RS-422標準采用平衡驅動器和差分接收器的方式進行串行通信。RS-422標準可獲得高達10Mbit/s的傳輸速率和1200m的傳輸距離。RS-422電平與TTL電平的轉換芯片RS-422標準應用舉例——主從式多機通信主機：一臺上位機（IBM-PC系列微機）從機：若干臺以MCS-51/96系列單片機為基礎構成的智能儀器。主機與各從機之間通信時可采用RS-422/485標準。RS-422的電氣特性與RS-485完全一樣，主要區(qū)別為：RS-422有4根信號線：兩根發(fā)送（Y，Z），兩根接收（A，B）。由于RS-422的收與發(fā)是分開的，所以可以同時收和發(fā)。（全雙工）RS-485有2根信號線：發(fā)送和接收都是A和B。由于RS-485的收和發(fā)是共用兩根線，所以不能同時收和發(fā)。（半雙工）6.3智能儀器中數(shù)據的并行通信并行通信時，數(shù)據的各個位同時傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進行。并行通信速度快，但占用的通信線多，成本高，故不易進行遠距離通信。計算機中內部總線就是以并行方式傳送數(shù)據的。6.3.1通過并行接口實現(xiàn)CPU間數(shù)據的并行通信采用并行接口芯片是實現(xiàn)CPU間數(shù)據并行通信最簡單的方法。并行接口芯片：74LS244，74LS273，8255A

（可編程）8255：工作在方式2時，適合于多機系統(tǒng)（多個CPU間）交換數(shù)據。此方式只適用于端口A。PA0~PA78位數(shù)據線可雙向傳輸，輸入、輸出均是鎖存的。通過并行接口實現(xiàn)CPU見數(shù)據并行通信的技術，具有結構簡單、成本低、編程方便的特點。但每次只能傳送一個字節(jié)，效率較低。6.3.2通過雙口RAM實現(xiàn)CPU間數(shù)據并行通信的技術(之一:CPU有等待狀態(tài))具有等待狀態(tài)(READY引腳)的CPU:MCS-96系列單片機,80x86通用微處理器.方法：1）可采用內部帶有仲裁電路(“忙”邏輯)的集成單片雙口RAM（IDT71321）

2）可采用為普通單口RAM附加一定的外圍電路而構成具有類似功能的雙口RAM。6.3.3通過雙口RAM實現(xiàn)CPU間數(shù)據并行通