第五章通信原理及接口電路設(shè)計(jì)-智能儀表原理及設(shè)計(jì)

第五章通信原理及接口電路設(shè)計(jì)電氣工程學(xué)院自動(dòng)化教研室楊成慧副教授主講2016年4月21日5.1概述本章主要內(nèi)容：5.2串行總線通信5.3通用串行總線–USB

5.4現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表5.5工業(yè)以太網(wǎng)及其通信程序設(shè)計(jì)5.6短程無(wú)線通信與藍(lán)牙技術(shù)

控制系統(tǒng)的發(fā)展推動(dòng)了智能儀表通信接口的發(fā)展。儀表之間要進(jìn)行信息交換和傳輸，這是通過(guò)儀表的通信接口、按照一定的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通信接口是各臺(tái)儀表之間或儀表與PC機(jī)之間進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)裝置。5.1概述異步串行通信接口并行通信接口USB接口（通用串行總線）現(xiàn)場(chǎng)總線接口以太網(wǎng)接口電力網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙技術(shù)：無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、ZigBee通信接口主要有以下類型：5.1概述5.2串行總線通信5.2.1串行總線介紹5.2.2串行通信的基本概念5.2.3串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)5.2.4典型的串行通信接口器件5.2.5串行多機(jī)通信傳統(tǒng)的通信接口包括并行和串行通信接口，控制系統(tǒng)普遍使用串行通信方法。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有RS-232C、RS-422、RS-485等。5.2串行總線通信5.2.1串行總線介紹RS-232C以位串型方式傳輸數(shù)據(jù)，1位起始位、5~8位ASCII碼數(shù)據(jù)及1~2位停止位，邏輯1的電平是-15~-5V，邏輯0的電平+5~+15V，-3~+3V為過(guò)渡區(qū)。RS-232C的接口信號(hào)有：數(shù)據(jù)信號(hào)、控制信號(hào)和信號(hào)地等，通常使用9芯扁平插頭座來(lái)連接串行通信線路。

5.2.1串行總線介紹工業(yè)上普遍使用RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn),因采用平衡差分信號(hào)線,故其數(shù)據(jù)傳送率較RS-232C高,傳送距離也長(zhǎng)。

單片機(jī)有串行口UART,可以RS-232或RS-485標(biāo)準(zhǔn)傳輸數(shù)據(jù)。5.2.2串行通信的基本概念串行通信的特點(diǎn)主要適用于長(zhǎng)距離、低速率的通信中。

數(shù)據(jù)在單條1位寬的傳輸線上按時(shí)間先后一位一位地傳送；節(jié)省傳輸線（優(yōu)點(diǎn)）；數(shù)據(jù)傳輸率較低（缺點(diǎn)）。通信線路工作方式（P131）工作模式單工方式（Simplex）：?jiǎn)涡芯€（onewayroad）計(jì)算機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收時(shí)，線上的數(shù)據(jù)流動(dòng)只有一個(gè)方向。半雙工方式（Half-duplex）：數(shù)據(jù)的流動(dòng)為雙向，但同一時(shí)刻只能一個(gè)方向傳輸。即交替地進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送。全雙工方式（Full-duplex）：同時(shí)可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。通信線路的連接方式每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，單位為bps（bitpersecond）也稱比特率。波特率―――每秒傳輸?shù)摹胺?hào)”（也稱離散狀態(tài)）的個(gè)數(shù)?！纠?，每秒傳送1個(gè)符號(hào)，則波特率為1波特】在計(jì)算機(jī)中，一個(gè)“符號(hào)”的含義為高、低兩種電平，分別代表邏輯值“1”和“0”，所以每個(gè)符號(hào)的信息量為1比特，此時(shí)波特率與比特率剛好一致。但在其他一些場(chǎng)合（例如通信中采用的“相—幅”復(fù)合調(diào)制技術(shù)，一個(gè)“符號(hào)”的信息含量就不是一個(gè)比特，此時(shí)，波特率就不等于比特率。數(shù)據(jù)傳輸率F（時(shí)鐘頻率）＝波特率因子＊波特率波特率因子：數(shù)據(jù)傳輸率（波特率）與時(shí)鐘頻率之間的比例系數(shù)給定時(shí)鐘頻率，選擇不同的波特率因子可得到不同的波特率。例如：f=19.2kHz，若選波特率因子為16，則波特率為1200bps。若選定波特率因子和波特率，則相應(yīng)的確定了對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。

1200＊16＝19200（時(shí)鐘頻率）波特率因子異步通信方式（Asynchronous）串行通信接收方式同步通信方式（Synchronous）異步通信方式：也稱“起止同步式”。異步通信規(guī)程:一個(gè)字符（若干個(gè)字位）作為一個(gè)獨(dú)立的信息單元；信息單元內(nèi)是同步的，但信息單元之間是異步的；發(fā)送器和接收器可以沒(méi)有共同的時(shí)鐘；目前智能儀表與微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中大多采用異步通信方式。異步傳輸數(shù)據(jù)格式：（P130-131）1/00011…15-8位數(shù)據(jù)位1/0停止位或空閑位1…1起始位奇偶校驗(yàn)第n個(gè)字符空閑位第n+1個(gè)字符低位高位

同步通信規(guī)程:發(fā)送器和接收器使用同一時(shí)鐘源來(lái)同步用二進(jìn)制系列（同步字符）來(lái)表示開(kāi)始發(fā)送有效數(shù)據(jù)如暫無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，用同步字符填充成批發(fā)送的數(shù)據(jù)，成為數(shù)據(jù)流或數(shù)據(jù)場(chǎng)兩類：面向字符型（BSC）；面向比特（SDLC，HDLC）傳輸速率高，適用于設(shè)備間工作速度比較接近的場(chǎng)合。同步通信方式同步通信信息格式同步字符（SYN1)同步字符（SYN2)數(shù)據(jù)（DATA)校驗(yàn)：串行通信重要環(huán)節(jié)，衡量通信系統(tǒng)的指標(biāo)奇偶校驗(yàn)（ParityCheck）奇校驗(yàn)（OddParity）、偶校驗(yàn)（EvenParity）CRC校驗(yàn)（CyclicRedundancyCheck）差錯(cuò)校驗(yàn)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，利用普通電話線進(jìn)行傳輸?，F(xiàn)在的電話網(wǎng)是模擬通信系統(tǒng)，它是為傳輸話音信息而設(shè)計(jì)的。要在電話網(wǎng)上傳送數(shù)字信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)調(diào)制和解調(diào)調(diào)制(Modulate)：數(shù)字信號(hào)->模擬（音頻）信號(hào)解調(diào)(Demodulate)：模擬信號(hào)->數(shù)字信號(hào)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)方法：選取音頻范圍某一頻率的正（余）弦模擬信號(hào)作為載波，用以運(yùn)載所要傳送的數(shù)字信號(hào)。要用傳送的數(shù)字信號(hào)改變載波信號(hào)的幅值、頻率或相位，使之在信道上傳送；到達(dá)信道另一端，再將數(shù)字信號(hào)從載波中取出。調(diào)制技術(shù)

FSKfrequencyshiftkeying，

PSKPhase-Shift-Keying PAMPulseAmplitudeModulation收發(fā)雙方的同步方式傳輸控制步驟差錯(cuò)檢驗(yàn)方式數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)傳輸速度通信報(bào)文格式及控制字符的定義5.2.3串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)1969年，EIA制定的適合于DTE和DCE之間相互連接與通信的串行通信規(guī)程。最初為解決利用電話網(wǎng)進(jìn)行通信的問(wèn)題而提出。DTE－DataTerminalEquipment(Computer)：數(shù)據(jù)終端設(shè)備DCE－DataCommunicationEquipment(MODEM)：數(shù)據(jù)通信設(shè)備-DataCircuit-terminalEquipment數(shù)字電路終端設(shè)備EIARS－232C標(biāo)準(zhǔn)1.數(shù)據(jù)傳送格式RS232C總線上傳輸?shù)漠惒酵ㄐ诺湫蛿?shù)據(jù)格式標(biāo)志位：標(biāo)識(shí)位。一個(gè)字符在開(kāi)始傳輸前，輸出線必須在邏輯上處于“1”狀態(tài)。標(biāo)識(shí)位起始位數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位停止位(1)采用負(fù)邏輯：＋5V～＋15V——邏輯0

－5V～－15V——邏輯1(2)目的： 補(bǔ)償傳輸線上的損耗 抗噪聲干擾“0”轉(zhuǎn)換區(qū)“1”“0”轉(zhuǎn)換區(qū)“1”2V噪聲容限＋15V＋5V－5V－15V＋15V＋3V－3V－15V2.電氣信號(hào)特性（信號(hào)電平的規(guī)定）(3)RS-232C電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換TTL：+5V：10V：0RS-232：-15V～-3V：1+3V～+15V：0TTL電平→RS-232C電平：MC1488RS-232C電平→TTL電平：MC1489

（a）MC1488（b）MC1489MC1488/1489是功能單一的發(fā)送/接受器，在雙向數(shù)據(jù)傳輸中各端都要同時(shí)使用這兩個(gè)器件，此外，又必須同時(shí)具備正負(fù)兩組電源，因此在很多場(chǎng)合很不方便?，F(xiàn)在有一些新型的RS-232C電平轉(zhuǎn)換電路芯片。例如：美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的MAXRS-232C收發(fā)器芯片系列十分豐富。MAX220,MAX222,MAX223,MAX225,MAX230,MAX231,MAX232,MAX232A,MAX233,MAX233A,MAX234,MAX235,MAX236,MAX237,MAX238,MAX239,MAX240，MAX241,MAX242,MAX243,MAX244,MAX245,MAX246,MAX247,MAX248,MAX249標(biāo)準(zhǔn)最初制定時(shí)采用25根線25個(gè)功能引腳僅定義了22個(gè)，22個(gè)信號(hào)分成兩個(gè)信道組——主信道組（第一信道）和輔信道組（第二信道，較少使用）3.接口信號(hào)分類符號(hào)名稱引腳說(shuō)明地線

機(jī)架保護(hù)地（屏蔽地）1

信號(hào)地（公共地）7

數(shù)據(jù)信號(hào)線TXD數(shù)據(jù)發(fā)送線2在無(wú)數(shù)據(jù)信息傳輸或收/發(fā)信息間隔期，RXD/TXD電平為1。輔助信道傳輸速率較主信道低。其余同RXD數(shù)據(jù)接收線3TXD輔助信道數(shù)據(jù)發(fā)送線14RXD輔助信道數(shù)據(jù)接收線16定時(shí)

信號(hào)

線

DCE發(fā)送信號(hào)定時(shí)15指示被傳輸?shù)拿總€(gè)bit信息的中心位置

DCE接收信號(hào)定時(shí)17

DTE發(fā)送信號(hào)定時(shí)24

控制線RTS請(qǐng)求發(fā)送4DTE發(fā)給DCECTS允許發(fā)送5DCE發(fā)給DTEDSRDCE裝置就緒6

DTRDTE裝置就緒20DTE發(fā)給DCEDCD接收信號(hào)（載波）檢測(cè)8DTE收到滿足標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)時(shí)置位

振鈴指示22由DCE收到振鈴時(shí)置位

信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)21由DCE根據(jù)數(shù)據(jù)信息是否有錯(cuò)而置位/復(fù)位

數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇23指定兩種傳輸速率中的一種RTS輔助信道請(qǐng)求發(fā)送19

CTS輔助信道允許發(fā)送13RCD輔助信道接收檢測(cè)12備用線

9未定義，保留供DCE裝置測(cè)試使用

10

11

18

25DB-9andDB-25RS-232PinDesignationsSignalDB-9DB-25DCD18RxD23TxD32DTR420GND57DSR66RTS74CTS85RI922硬件握手使用DSR、CTS、DTR和RTS四條硬件線路。其中DTR和RTS指的是計(jì)算機(jī)上的RS-232端；而DSR和CTS則是指帶有RS-232接口的智能設(shè)備。通過(guò)四條線的交互作用，計(jì)算機(jī)主控端與被控的設(shè)備端可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交流，而在數(shù)據(jù)傳輸太快而無(wú)法處理時(shí)，可以通過(guò)這四條握手線的高低電位的變化來(lái)控制數(shù)據(jù)是繼續(xù)發(fā)送還是暫停發(fā)送。右圖描述了計(jì)算機(jī)向設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的硬件流量控制。直接連接的最長(zhǎng)距離為15米（50英尺）超過(guò)15米需連MODEM最高傳輸速率為20Kbps12513141596

DB－9連接器DB－25連接器

4.機(jī)械接口特性(1)全雙向標(biāo)準(zhǔn)電纜(2)三線經(jīng)濟(jì)方式(3)零調(diào)制解調(diào)器（NullModem）采用交叉(2-3,20-6)反饋(4-5)方式進(jìn)行連接5.通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)全雙向標(biāo)準(zhǔn)電纜連接計(jì)算機(jī)與Modem相連本地Modem遠(yuǎn)程Modem計(jì)算機(jī)終端123456782022機(jī)殼地發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求發(fā)送允許發(fā)送Modem就緒信號(hào)地載波檢測(cè)終端就緒呼叫指示載波檢測(cè)呼叫指示電話線三線方式信號(hào)連接簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，如雙機(jī)通信等三線方式信號(hào)連接Nullmodem方式信號(hào)連接零調(diào)制解調(diào)器（NullModem）采用交叉(2-3,20-6)反饋(4-5)方式進(jìn)行連接(1)

EIARS-422A，采用“平衡接口電路”， 輸入差分電壓，平衡驅(qū)動(dòng)（全雙工）傳輸率——10Mbps傳輸距離——10m(10Mbps)～1000m（100kbps）(2)EIARS-423A，采用“非平衡接口電路”傳輸率——300kbps傳輸距離——10m（300kbps）～1000m（3kbps）

RS-422A，RS-423A和RS-485采用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來(lái)驅(qū)動(dòng)總線速度（最大10MB/S）,傳送距離（90KB/S下可傳1200米）以差分平衡方式傳輸信號(hào)具有很強(qiáng)的抗共模干擾的能力降低傳輸線成本允許一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備當(dāng)前自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的網(wǎng)絡(luò)，如現(xiàn)場(chǎng)總線CAN、Profibus、INTERBUS-S以及ARCNet的物理層都是基于RS-485的總線進(jìn)行總結(jié)和研究(3)EIARS-485A，采用“平衡接口電路”

RS-232C，RS-422和RS-485比較RS232C:2條數(shù)據(jù)線、單端輸入、全雙工方式RS422:4條數(shù)據(jù)線、差動(dòng)輸入、全雙工方式RS485:2條數(shù)據(jù)線、差動(dòng)輸入、半雙工方式串行通信是靠發(fā)送器、接收器、控制器和線纜等部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在程序控制下它主要完成以下任務(wù)：數(shù)據(jù)的串——并及并——串轉(zhuǎn)換。線路和MODEM的控制及狀態(tài)檢測(cè)。信號(hào)電平TTL與EIA電平的轉(zhuǎn)換。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。5.2.4典型的串行通信接口器件2.兩臺(tái)8031采用RS232C總線通信兩臺(tái)8031采用RS232C總線通信（1）雙機(jī)串行異步通信

單片機(jī)與單片機(jī)間的串行異步通信接口設(shè)計(jì)5.2.5串行多機(jī)通信兩臺(tái)8031直接通信錯(cuò)誤連接圖正確連接圖單片機(jī)與PC系列微機(jī)間的異步串行通信接口設(shè)計(jì)(P132)單片機(jī)與PC系列微機(jī)間的異步串行通信接口設(shè)計(jì)單片機(jī)之間的通信（多機(jī)通信）n#

TXDRXD

80C51TXDRXD80C511#TXDRXD80C51TXDRXD80C512#主機(jī)①?gòu)臋C(jī)置SM2=1，主機(jī)發(fā)地址碼(第9位TB8為1)，以便同某一從機(jī)溝通聯(lián)絡(luò)。②所有從機(jī)判斷此地址碼是否與本機(jī)符合，相符者建立一標(biāo)志（SM2=0），并向主機(jī)發(fā)回答信號(hào)。③主機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)（第9位TB8為0），溝通聯(lián)絡(luò)的從機(jī)可接收，并發(fā)數(shù)據(jù)給主機(jī)。

TXD8031RXD

TXD8031RXD14881489RXDPCTXD14881489o-12VPC機(jī)與單片機(jī)的通信接口普通PC機(jī)要接入RS-485總線，可用MAX202E、232E等（RS232與TTL電平轉(zhuǎn)換）和MAX488、491、1487等（TTL與RS485電平轉(zhuǎn)換）。

通信雙方所用的波特率必須相同，因波特率誤差會(huì)引起偏移。異步通信在約定的波特率下，傳送和接收的數(shù)據(jù)不需要嚴(yán)格保持同步，允許有相對(duì)的延遲，當(dāng)頻率差不大于1/16時(shí)，可以正確的完成通信。串口的關(guān)鍵部件是通用異步接收發(fā)送器（UniversalAsynchronousReceiverTransmitter，UART）。它負(fù)責(zé)從計(jì)算機(jī)總線采集數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成傳輸格式，然后發(fā)送到串口；也負(fù)責(zé)從串口接收數(shù)據(jù)，檢查和刪除附加的位，并傳送結(jié)果數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)總線。下面是各種串口芯片的簡(jiǎn)介。

8250

8250是IBMPC及兼容機(jī)使用的第一種串口芯片。這是一種相對(duì)來(lái)說(shuō)很慢的芯片，有時(shí)候裝載到它的寄存器速度太快，它來(lái)不及處理，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。8250有7個(gè)寄存器，支持的最大波特率為56kb。

8250A是8250的修正版。修正了一些小問(wèn)題，增加了一個(gè)用來(lái)表示安裝了8250的寄存器，最大速度還是56kb。

16450

16450是8250A的快速版。加快了處理器存取它的速度，但最大速度還是56kb。有些人實(shí)際用得比這高也可以。

16C451

16C451是16450的CMOS版本。CMOS是制作材料和工藝的術(shù)語(yǔ)，一般比其它技術(shù)省電。速度方面無(wú)變化。

16550

16550是第一種帶先進(jìn)先出（FIFO）功能的8250系列串口芯片。但因?yàn)橛腥毕?，很快就被下一種代替。

16550A,16550AF和16550AFN

16550A與用于8250的軟件兼容，而前者提供更高的性能。16550A的最大波特率為256kb。但因?yàn)镻C硬件設(shè)計(jì)的原因，編程時(shí)只能用到115kb。16550A的管腳與8250、8250A和16450相同。如果你的擴(kuò)展串口板上串口芯片安裝在插座上，你可以用16550A替換進(jìn)行簡(jiǎn)單的升級(jí)。16550A性能增強(qiáng)的關(guān)鍵是使用了先進(jìn)先出（FIFO）。它有16字節(jié)的發(fā)送FIFO寄存器和16字節(jié)的接收FIFO寄存器。

16C551

16C551是16550AF的COMS版本。

16C552

16C552是在一個(gè)芯片上包含兩個(gè)16C551

PC機(jī)的波特率是通過(guò)對(duì)8250內(nèi)部寄存器初始化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即對(duì)8250的除數(shù)鎖存器置值。該除數(shù)鎖存器為16位，由高8位和低8位鎖存器組成。若時(shí)鐘輸入為1.8432MHz，（時(shí)鐘頻率）＝波特率因子＊波特率除數(shù)與波特率之間的關(guān)系為：

除數(shù)=當(dāng)對(duì)8250初始化并預(yù)置了除數(shù)之后，波特率發(fā)生器方可產(chǎn)生規(guī)定的波特率（bps）。下表列出了可獲得15種波特率所需設(shè)置的除數(shù)。表IBM—PC波特率要求的波特率除數(shù)誤差要求的波特率除數(shù)誤差十進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制5023040900--1800640040--7515360600--200058003A0.69110104704170.0262400480030--134.585703590.0583600320020--1507680300--4800240018--3003840180--7200160010--60019200C0--960012000C--1200960060--通信采用主從方式，由PC機(jī)確定與哪個(gè)單片機(jī)進(jìn)行通信。在通信軟件中，應(yīng)根據(jù)用戶的要求和通信協(xié)定來(lái)對(duì)8250初始化，即設(shè)置通信參數(shù)：波特率（9600波特）、數(shù)據(jù)位數(shù)（8位）、奇偶校驗(yàn)類型和停止位數(shù)（1位）。注意：這里的奇偶校驗(yàn)位用作發(fā)送地址碼（通道號(hào)）或數(shù)據(jù)的特征位（1表示地址），

而數(shù)據(jù)通信的校核采用累加和校驗(yàn)方法。數(shù)據(jù)傳送可采用查詢方式或中斷方式。若采用查詢方式，在發(fā)送地址或數(shù)據(jù)時(shí)，先用輸入指令檢查發(fā)送器的保持寄存器是否為空。若為空，則用輸出指令將一個(gè)數(shù)據(jù)輸出給8250即可，8250會(huì)自動(dòng)地將數(shù)據(jù)一位一位地發(fā)送到串行通信線上。接收數(shù)據(jù)時(shí)，8250把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù),并送入接收數(shù)據(jù)寄存器中,同時(shí)把“接收數(shù)據(jù)就緒”信號(hào)置于狀態(tài)寄存器中。CPU讀到這個(gè)信號(hào)后，就可以用輸入指令從接收器中讀入一個(gè)數(shù)據(jù)了。若采用中斷方式：發(fā)送時(shí)，用輸出指令輸出一個(gè)數(shù)據(jù)給8250。若8250已將此數(shù)發(fā)送完畢，則發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)，說(shuō)明CPU可以繼續(xù)發(fā)數(shù)。若8250接收到一個(gè)數(shù)據(jù)，則發(fā)一個(gè)中斷信號(hào)，表明CPU可以取出數(shù)據(jù)。接收采用查詢方法發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的程序框圖如下圖所示：通信軟件(單片機(jī)的通信程序見(jiàn)單片機(jī)課本,PC通信軟件可用C++、Delphi、VB等編制

)VB演示程序的通信設(shè)置:MSComm1.CommPort=1MSComm1.Settings="9600,n,8,1"MSComm1.PortOpen=True通信發(fā)送、接收程序:

b=b+1Ifb>=20Thenb=0EndIfText1.Text=Str$(b)MSComm1.Output=Str$(b*2)Fori%=1To20000Nexti%Text2.Text=MSComm1.Input單片機(jī)采用中斷方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。串行口設(shè)置為工作方式3，由第9位判斷是地址碼或數(shù)據(jù)。當(dāng)某臺(tái)單片機(jī)與PC機(jī)發(fā)出的地址碼一致時(shí)，就發(fā)出應(yīng)答信號(hào)給PC機(jī)，而其它幾臺(tái)則不發(fā)應(yīng)答信號(hào)。這樣，在某一時(shí)刻PC機(jī)只與一臺(tái)單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。單片機(jī)與PC機(jī)溝通聯(lián)絡(luò)后，先接收數(shù)據(jù)，再將機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)往PC機(jī)。定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器,將其設(shè)置為工作方式2，波特率同樣為9600。單片機(jī)的通信程序框圖見(jiàn)下圖：?jiǎn)纹瑱C(jī)的通信程序如下：（假設(shè)某單片機(jī)地址為03H）

COMMN:MOVTMOD,#20H;設(shè)置T1工作方式

MOVTH1,#0FDH;設(shè)置時(shí)間常數(shù),確定波特率

MOVTL1,#0FDHSETBTR1SETBEASETBES;允許串行口中斷

MOVSCON,#0F8H;設(shè)置串行口工作方式

MOVPCON,#80HMOV23H,#0CH;設(shè)置接收數(shù)據(jù)指針

MOV22H,#00HMOV21H,#08H;設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)指針

MOV20H,#00HMOVR5,#00H;累加和單元置零

MOVR7,#COUNT;設(shè)置字節(jié)長(zhǎng)度

INCR7……CINT:JBCRI,REV1;若接收,轉(zhuǎn)REV1RETIREV1:JNBRB8,REV3MOVA,SBUFCJNEA,#03H,REV2;若與本機(jī)地址不符,轉(zhuǎn)REV2CLRSM2;0→SM2MOVSBUF,#00H;與本機(jī)地址符合,回送“00”REV2:RETIREV3:DJNZR7,RT;若未完,繼續(xù)接收和發(fā)送

MOVA,SBUF;接收校驗(yàn)碼

XRLA,R5JZRIGHT;校驗(yàn)正確,轉(zhuǎn)RIGHTMOVSBUF,#0FFH;校驗(yàn)不正確,回送“FF”SETBF0;置錯(cuò)誤標(biāo)志

CLRES;關(guān)中斷

RETIRIGHT:MOVSBUF,#00H;回送“00”CLRF0;置正確標(biāo)志

CLRES;關(guān)中斷

RETI

RT:MOVA,SBUF;接收數(shù)據(jù)

MOVDPH,23HMOVDPL,22HMOVX@DPTR,A;存接收數(shù)據(jù)

ADDA,R5MOVR5,A;數(shù)據(jù)累加

INCDPTRMOV23H,DPHMOV22H,DPLMOVDPH,21HMOVDPL,20HMOVXA,@DPTR;取發(fā)送數(shù)據(jù)

INCDPTRMOV21H,DPHMOV20H,DPLMOVSBUF,A;發(fā)送

ADDA,R5MOVR5,A;數(shù)據(jù)累加

RETI

USB是英文UniversalSerialBus的縮寫，中文含義是“通用串行總線”。它是一種應(yīng)用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)。早在1995年，就已經(jīng)有PC機(jī)帶有USB接口了，但由于缺乏軟件及硬件設(shè)備的支持，這些PC機(jī)的USB接口都閑置未用。1998年后，隨著微軟在Windows98中內(nèi)置了對(duì)USB接口的支持模塊，加上USB設(shè)備的日漸增多，USB接口才逐步走進(jìn)了實(shí)用階段。這幾年，隨著大量支持USB的個(gè)人電腦的普及，USB逐步成為PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口已經(jīng)是大勢(shì)所趨。在主機(jī)(host)端，最新推出的PC機(jī)幾乎100%支持USB；而在外設(shè)(device)端，使用USB接口的設(shè)備也與日俱增，例如數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、游戲桿、磁帶和軟驅(qū)、圖像設(shè)備、打印機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)等等。USB的概念5.3通用串行總線接口–USB

USB的特點(diǎn)1.使用方便2.速度快3.連接靈活4.獨(dú)立供電5.支持多媒體1、可以熱插拔。這就讓用戶在使用外接設(shè)備時(shí)，不需要重復(fù)“關(guān)機(jī)-將并口或串口電纜接上-再開(kāi)機(jī)”這樣的動(dòng)作，而是直接在PC開(kāi)機(jī)時(shí)，就可以將USB電纜插上使用。2、攜帶方便。USB設(shè)備大多以“小、輕、薄”見(jiàn)長(zhǎng)，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，同樣20G的硬盤，USB硬盤比IDE硬盤要輕一半的重量。3、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。大家常見(jiàn)的是IDE接口的硬盤，串口的鼠標(biāo)鍵盤，并口的打印機(jī)掃描儀，可是有了USB之后，這些應(yīng)用外設(shè)統(tǒng)統(tǒng)可以用同樣的標(biāo)準(zhǔn)與PC連接，這時(shí)就有了USB硬盤、USB鼠標(biāo)、USB打印機(jī)，等等。4、可以連接多個(gè)設(shè)備。USB在PC上往往具有多個(gè)接口，可以同時(shí)連接幾個(gè)設(shè)備，如果接上一個(gè)有4個(gè)端口的USBHUB時(shí)，就可以再連上4個(gè)USB設(shè)備，許多設(shè)備都同時(shí)連在一臺(tái)PC上而不會(huì)有任何問(wèn)題(注：最高可連接至127個(gè)設(shè)備)。優(yōu)點(diǎn)

COMPAQ、HewlettPackard、Intel、Lucent、Microsoft、NEC和PHILIPS這7家廠商聯(lián)合制定了USB2.0接口標(biāo)準(zhǔn)。USB2.0將設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸速度增加到了480Mbps，比USB1.1標(biāo)準(zhǔn)快40倍左右，而且具有多種速度的周邊設(shè)備都可以被連接到USB2.0的線路上，而且無(wú)需擔(dān)心數(shù)據(jù)傳輸時(shí)發(fā)生瓶頸效應(yīng)。如果用USB2.0的掃描儀，掃一張40M的圖片只需半分鐘左右的時(shí)間USB接口標(biāo)準(zhǔn)USB1.1接口

目前USB設(shè)備雖已被廣泛應(yīng)用，但比較普遍的是USB1.1接口，它的傳輸速度僅為12Mbps。例如，當(dāng)用USB1.1的掃描儀掃一張大小為40M的圖片，需要4分鐘之久。USB2.0接口

USB2.0可以使用原來(lái)USB定義中同樣規(guī)格的電纜，接頭的規(guī)格也完全相同，在高速的前提下一樣保持了USB1.1的優(yōu)秀特色，并且，USB2.0的設(shè)備不會(huì)和USB1.X設(shè)備在共同使用的時(shí)候發(fā)生任何沖突。另外，在軟件方面，Windows是完整的支持USB1.X，對(duì)于USB2.0，系統(tǒng)可以認(rèn)出，而且能夠正常工作，但是USB2.0并不能充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)檢測(cè)到USB2.0的設(shè)備后，會(huì)提示說(shuō)你的USB設(shè)備需要優(yōu)化。LINUX、MACOS、BEOS到是走到了前面，都有了相關(guān)的軟件支持或者系統(tǒng)程序包?，F(xiàn)在WINDOWSXP已經(jīng)完全支持USB2.0設(shè)備。

USB2.0標(biāo)準(zhǔn)已成為下一代周邊設(shè)備接口的重要趨勢(shì)。USB設(shè)備之間的聯(lián)接線有4根：2根是電源（+5V）和地；另外兩根是信號(hào)線（D+和D-）。目前，已推出USB單片機(jī)，與通用單片機(jī)兼容,內(nèi)含USB收發(fā)器，用于計(jì)算機(jī)外設(shè)等智能設(shè)備。USB連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一個(gè)USB系統(tǒng)包含三類硬件設(shè)備:USB主機(jī)(USBHOST)、USB設(shè)備(USBDEVICE)、USB集線器(USBHUB)，管理USB系統(tǒng)；

每毫秒產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù)；

發(fā)送配置請(qǐng)求對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行配置操作；

對(duì)總線上的錯(cuò)誤進(jìn)行管理和恢復(fù)

(1)USB

HOST

各類設(shè)備的功能(2)USB

DEVICE

在一個(gè)USB系統(tǒng)中，USB

DEVICE和USB

HUB總數(shù)不能超過(guò)127個(gè)。USB

DEVICE接收USB總線上的所有數(shù)據(jù)包，通過(guò)數(shù)據(jù)包的地址域來(lái)判斷是不是發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包：若地址不符，則簡(jiǎn)單地丟棄該數(shù)據(jù)包；若地址相符，則通過(guò)響應(yīng)USB

HOST的數(shù)據(jù)包與USB

HOST進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸

(3)USBHUB

USB

HUB用于設(shè)備擴(kuò)展連接，所有USB

DEVICE都連接在USB

HUB的端口上。一個(gè)USB

HOST總與一個(gè)根HUB

(USB

ROOT

HUB)相連。USB

HUB為其每個(gè)端口提供100mA電流供設(shè)備使用。同時(shí)，USB

HUB可以通過(guò)端口的電氣變化診斷出設(shè)備的插拔操作，并通過(guò)響應(yīng)USB

HOST的數(shù)據(jù)包把端口狀態(tài)匯報(bào)給USB

HOST。一般來(lái)說(shuō)，USB設(shè)備與USB

HUB間的連線長(zhǎng)度不超過(guò)5m，USB系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)不能超過(guò)5級(jí)（包括ROOT

HUB）。USB星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)USB協(xié)議定義了在USB系統(tǒng)中主機(jī)與USB設(shè)備之間的連接和通信，其物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。這種結(jié)構(gòu)是星型的層層向上方式，也可以看成是一級(jí)與一級(jí)的級(jí)聯(lián)方式。允許最多連接127個(gè)設(shè)備，最上層時(shí)USB主控器。由于USB不像其他總線一樣采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，所以不會(huì)對(duì)下層的設(shè)備引起延遲。USB系統(tǒng)的典型應(yīng)用對(duì)PC微機(jī)而言，USB系統(tǒng)中的主機(jī)就是一臺(tái)帶USB主控制器的PC機(jī)，USB主控制器由硬件、軟件、微代碼組成。在USB系統(tǒng)中只有一臺(tái)USB主機(jī)，主機(jī)是主設(shè)備，它控制USB總線上所有的信息傳送。根集線器與主機(jī)相連，下層就是USB集線器和功能設(shè)備。PC微機(jī)的USB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，USB設(shè)備具體連接方式如下圖所示。(1)PC微機(jī)的USB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

市場(chǎng)上現(xiàn)已有很多公司提供的USB接口器件，如PHILIPS的PDIUSBD11/PDIUSBD12，OKI的MSM60581，NATIONAL的USBN9602，LUCENT的USS-820/USS-620，SCANLOGIC的SL11，等等。

同時(shí)也有很多帶USB接口的處理器，如CYPRESS的EZ-USB，AMD的AM186CC，ATMEL的AT43320，MOTOROLA的PPC823/PPC850，等等。(2)USB接口器件下面看一下SCANLOGIC的USB接口器件SL11HT特點(diǎn)：遵從USB1.1標(biāo)準(zhǔn)；支持全速/低速傳輸；支持主機(jī)/設(shè)備端兩種模式；3.3/5.0V供電；片內(nèi)包含256個(gè)字節(jié)的SRAM；

48MHz晶振輸入。SL11HT接口硬件框圖

5.4現(xiàn)場(chǎng)總線通信標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的通信協(xié)議，逐步采用由國(guó)際專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織（IEC等）制訂的工業(yè)控制用現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。

各廠商已推出具有PROFIBUS、FF、CAN、LonWorks等現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的智能儀表，有的儀表還帶有以太網(wǎng)接口，可連Ethernet網(wǎng)。

現(xiàn)場(chǎng)總線是20世紀(jì)80年代中期在國(guó)際上開(kāi)始出現(xiàn)，90年代初發(fā)展形成的。它是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、微機(jī)化測(cè)量設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)與控制室（或控制設(shè)備）之間的一種雙向串行、多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)，也被稱為開(kāi)放式、數(shù)字化、多節(jié)點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自都具有了一定的數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)就是把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶，把它們連接成可以互通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。概述現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)的開(kāi)放性

開(kāi)放是指總線標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議的一致性、公開(kāi)性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)是指它可以與世界上任何地方遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)連接，不同廠家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換，用戶可按自己的實(shí)際需要，把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成規(guī)模大小隨意的系統(tǒng)。因此，借助現(xiàn)場(chǎng)總線可以構(gòu)筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放互連系統(tǒng)。（2）互可操作性與互換性

互可操作性是指實(shí)現(xiàn)互連儀表間、設(shè)備間及系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。互換性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的儀表、設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。這樣，用戶可以不必考慮兼容性，從最小成本、最大效益出發(fā)，選擇不同廠商的產(chǎn)品來(lái)構(gòu)造自己的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。（3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性它將傳感器測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、線性化處理、工程量變換與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就可以完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性在FCS中，不再由一個(gè)控制器處理多個(gè)回路，而是每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表處理一個(gè)回路，構(gòu)成了一種新的全分散性控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。（5）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性作為工廠底層網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等?，F(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)場(chǎng)總線的核心，所以從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，國(guó)際上出現(xiàn)了很多機(jī)構(gòu)都致力于該問(wèn)題的研究。但是，現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定不是一帆風(fēng)順的，由于行業(yè)與地域發(fā)展等多種原因，加之各企業(yè)、公司都從自己的利益考慮，所以出現(xiàn)了多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，其中不乏一些有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。比如：以美國(guó)Fisher-Rosemount公司為首聯(lián)合國(guó)際上80多家公司制定的FF總線；以Siemens公司為主的十幾家德國(guó)公司、研究所共同制定的Profibus總線；德國(guó)Bosch公司推出的CAN(ControlAreaNetwork)總線等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的形成

這些標(biāo)準(zhǔn)，它們的結(jié)構(gòu)、特性各異，通信協(xié)議也不相同，都有自己特定的應(yīng)用背景。但是現(xiàn)場(chǎng)總線既然是開(kāi)放的，就應(yīng)該有一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，只有大家都遵守相同的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)總線才能真正發(fā)揮其優(yōu)越性，并得到健康的發(fā)展。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）非常重視現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定，早在1984年就成立了IEC/TC65/SC65C/WG6工作組，開(kāi)始起草現(xiàn)場(chǎng)總線系列標(biāo)準(zhǔn)。由于參與討論的各大集團(tuán)公司都從自身的利益角度出發(fā)，分歧很大，工作進(jìn)展緩慢。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期爭(zhēng)論和反復(fù)修改，在2000年初，IEC頒布了由多數(shù)國(guó)家確認(rèn)的IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，其中包括了8種總線標(biāo)準(zhǔn)。為了反映工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的最新進(jìn)展，推動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，在2003年4月，又由IEC/SC65C/MT9小組負(fù)責(zé)對(duì)原總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，修訂后的IEC61158Ed.3現(xiàn)場(chǎng)總線新版國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了從Type1至Type10共10種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。IEC61158的10種現(xiàn)場(chǎng)總線(1)Type1現(xiàn)場(chǎng)總線Type1現(xiàn)場(chǎng)總線即TS61158技術(shù)報(bào)告(2)Type2現(xiàn)場(chǎng)總線Type2現(xiàn)場(chǎng)總線即ControlNet和Ethernet／IP現(xiàn)場(chǎng)總線，由ControlNetIntenational(CI)組織負(fù)責(zé)制定。

(3)Type3現(xiàn)場(chǎng)總線

Type3現(xiàn)場(chǎng)總線即Profib