智能儀器儀表相互通道技術(shù)課件

第七章智能儀器儀表相互通道技術(shù)主要內(nèi)容§7.1并行通訊設(shè)計(√）§7.2串行通訊技術(shù)(√）§7.3數(shù)據(jù)校驗算法(√）§7.4計算機控制網(wǎng)絡(luò)第七章智能儀器儀表相互通道技術(shù)主要內(nèi)容1§7.1并行通訊設(shè)計主要內(nèi)容7.1.1用8255實現(xiàn)并行通訊7.1.2利用IDT7132/34雙口RAM實現(xiàn)并行通訊7.1.3利用DS1609雙口RAM進行并行通訊§7.1并行通訊設(shè)計主要內(nèi)容27.1.1用8255實現(xiàn)并行通訊

7.1.1用8255實現(xiàn)并行通訊37.1.2利用IDT7132/34雙口RAM實現(xiàn)并行通訊雙口RAM是具有兩組獨立的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的雙端口RAM。利用它可以簡單可靠地實現(xiàn)主從機之間的數(shù)據(jù)共享。硬件通訊協(xié)議（IDT7132）軟件通訊協(xié)議7.1.2利用IDT7132/34雙口RAM實現(xiàn)并行通訊4雙口RAM硬件原理圖

雙口RAM硬件原理圖5硬件通訊協(xié)議（IDT7132/4）兩端都有獨立的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線，兩端都可對雙口RAM的任意單元進行操作。只要兩端不同時對同一地址單元進行操作就不會發(fā)生沖突，發(fā)生硬件沖突時，后操作一端的BUSY信號有效，常和CPU的READY線相連，迫使CPU插入等待周期。（原理圖）硬件通訊協(xié)議（IDT7132/4）6軟件通訊協(xié)議

甲寫入乙讀出軟件通訊協(xié)議甲寫入乙讀出77.1.3利用DS1609雙口RAM進行并行通訊

硬件原理圖

7.1.3利用DS1609雙口RAM進行并行通訊

硬件原理8利用DS1609雙口RAM進行并行通訊（續(xù)）

通訊時序邏輯圖

利用DS1609雙口RAM進行并行通訊（續(xù)）

通訊時序邏輯圖9利用DS1609雙口RAM進行并行通訊(續(xù)）以I/O口方式讀寫DS1609以總線模式操作DS1609通過地址譯碼和ALE鎖存地址利用DS1609雙口RAM進行并行通訊(續(xù)）以I/O口方式讀10§7.2串行通訊技術(shù)主要內(nèi)容7.2.1串行異步通訊方式下的三種同步機制7.2.2PC機和單片機之間的雙機串行通訊技術(shù)7.2.380C196單片機和單片機之間的多機通訊§7.2串行通訊技術(shù)主要內(nèi)容117.2串行通訊技術(shù)（續(xù)）主要內(nèi)容7.2.4PC機為主機的多機通訊7.2.5RS-485、RS-422通訊技術(shù)7.2串行通訊技術(shù)（續(xù)）主要內(nèi)容127.2.1串行異步通訊方式下的三種同步機制一、依靠相同的波特率完成位同步二、依靠預(yù)定的起始位和停止位完成幀同步三、數(shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)塊）的同步(詳細(xì)）7.2.1串行異步通訊方式下的三種同步機制13一．相同的波特率只是一個相對的概念，并不要求完全意義的相同，只要一幀數(shù)據(jù)BIT中誤差不超過1BIT即可，即在一幀數(shù)據(jù)中不錯位即可由預(yù)定的停止位和起始位校準(zhǔn)一次。一．相同的波特率只是一個相對的概念，并不要求完全意義14二．預(yù)定的起始位和停止位同步預(yù)定的停止位和起始位可以在每幀數(shù)據(jù)之間同步一次。預(yù)定的停止位和起始位個數(shù)必須相同，如1個起始位1個停止位，或1個起始位2個停止位等。二．預(yù)定的起始位和停止位同步預(yù)定的停止位和起始位可以在每幀數(shù)15三．?dāng)?shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)塊）的同步1、每幀多發(fā)1BIT，如可依靠可編程的第9位為1來作為數(shù)據(jù)包的“頭”，其后的數(shù)據(jù)可編程的第9位為0來實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的同步。2、也可以依靠多發(fā)特定的數(shù)據(jù)幀組合來實現(xiàn)，例如，可以發(fā)連續(xù)的99H、99H、99H、66H來識別數(shù)據(jù)包的頭。3、還有一種方式可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ASCII碼進行通訊，如要發(fā)送1234,可以將其轉(zhuǎn)換為4BYTE的ASCII碼進行通訊，分別為：31H、32H、33H、34H，在數(shù)據(jù)通訊中如果出現(xiàn)了55H則認(rèn)為是數(shù)據(jù)的頭。因為，0～9的ASCII碼為30H＋（0～9）不可能為55H。三．?dāng)?shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)塊）的同步167.2.2PC機和單片機之間的雙機串行通訊技術(shù)7.2.2PC機和單片機之間的雙機串行通訊技術(shù)177.2.380C196單片機和單片機之間的多機通訊主要內(nèi)容一、半雙工通訊的原理及過程二、“塊首”的定義和通訊數(shù)據(jù)塊三、通訊軟件7.2.380C196單片機和單片機之間的多機通訊主要內(nèi)容18一．半雙工多機通訊的原理及過程

1、主機和從機全部工作于方式2，即只有可編程第9位TB8=1時才中斷； 2、主機以方式2發(fā)送地址碼（即從機號碼），特征是可編程第9位TB8=1； 3、全部從機接收中斷并判斷主機是否呼叫自己，是則立即轉(zhuǎn)入方式3接收隨后主機發(fā)送的數(shù)據(jù)，不是則仍工作于方式2，不響應(yīng)隨后的數(shù)據(jù)（可編程第9位TB8=0）； 4、主機發(fā)完地址碼后改以方式3（TB8=0）發(fā)送數(shù)據(jù)給指定從機，指定從機以方式3響應(yīng)接收數(shù)據(jù)中斷； 5、主機發(fā)完數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)入方式3接收從機返回的數(shù)據(jù)，從機接收完數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)入方式3發(fā)送給主機數(shù)據(jù)； 6、接收和發(fā)送完畢后，主機和從機再轉(zhuǎn)入方式2待命。一．半雙工多機通訊的原理及過程 1、主機和從機全部工作于方19二．“塊首”的定義和通訊數(shù)據(jù)塊 在多機通訊中完全可以以地址碼（TB8=1）來判定數(shù)據(jù)的頭，而且十分的方便。通訊數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容為：地址碼（TB8=1）→通訊內(nèi)容（TB8=0）→校驗字節(jié)（TB8=0）

應(yīng)注意的是：在雙機通訊過程中也可以以多機通訊的方式來完成，這樣在程序“塊首”的判斷方面更加可靠和方便。二．“塊首”的定義和通訊數(shù)據(jù)塊 在多機通訊中完全可以以地址碼207.2.4PC機為主機的多機通訊一．利用8250控制寄存器實現(xiàn)二．利用VB的MSCOMM控件實現(xiàn)1.MSCOMM控件及其屬性設(shè)置2.Timer定時器的應(yīng)用7.2.4PC機為主機的多機通訊21一、利用8250的控制寄存器控制TB8D3：奇偶校驗0→無1→有D4：奇偶校驗類型0→奇1→偶校驗D5：附著奇偶校驗0→該位無效1→奇偶校驗位恒為1（若D3=1、D4=0）奇偶校驗位恒為0（若D3=1、D4=1）無奇偶校驗位（若D3=0）發(fā)送地址碼時：使D0=1D1=1D2=0D3=1D4=0D5=1D6=0D7=0使奇偶校驗位恒為1，相當(dāng)于使可編程第9位TB8=1；發(fā)送數(shù)據(jù)碼時：使D0=1D1=1D2=0D3=1D4=1D5=1D6=0D7=0使奇偶校驗位恒為0，相當(dāng)于使可編程第9位TB8=0。一、利用8250的控制寄存器控制TB8D3：奇偶校驗22二．利用VB的MSCOMM控件實現(xiàn)

1.通訊設(shè)置Setting:接收時設(shè)為38400,S,8,1，含義為波特率為38400,一個空位（為0，TB8=0），沒有奇偶校驗位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位；在發(fā)送時設(shè)為：38400,N,8,2，含義為波特率為38400,沒有奇偶校驗，8個數(shù)據(jù)位，2個停止位；設(shè)置2個停止位主要是為了配合單片機的方式2通訊，第9位為1（TB8=1）的需要。二．利用VB的MSCOMM控件實現(xiàn)

1.通訊設(shè)置Set23二．利用VB的MSCOMM控件實現(xiàn)（續(xù)）2.Timer定時器的應(yīng)用在TIMER定時器中主要完成的功能為定時發(fā)送從機地址。發(fā)送時采用8個數(shù)據(jù)位，2個停止位的方式。所有從機均接收此字節(jié)，并和自身的地址相比較，是呼叫自己，則轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài)，向PC機發(fā)送數(shù)據(jù)。下面給出VB的例程。

二．利用VB的MSCOMM控件實現(xiàn)（續(xù)）2.Timer定24VB例程PrivateSubTimer1_Timer()Dimj(0)AsByteDimbbAsVariantj(0)=CjNumbb=jMSComm1.Settings="38400,n,8,2"MSComm1.Output=bbSleep(5)MSComm1.Settings="38400,s,8,1"CjNum=CjNum+1EndSubVB例程PrivateSubTimer1_Timer()257.2.5RS-485、RS-422通訊技術(shù)一、RS-232和RS-422、RS-485通訊特性比較（詳細(xì)）二、RS-422和RS-485通訊接口電路1、MAX4832、MAX1480（完整的，電氣隔離器件）3、MAX14907.2.5RS-485、RS-422通訊技術(shù)一、RS-226一、1、RS-232通訊RS-232雖然使用很廣，但因推出較早，在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信中已暴露出明顯的缺點：數(shù)據(jù)傳輸速率慢，最快傳輸速率可達20KB/S；傳送距離短，RS--232接口一般裝置之間電纜長度為15m,即使有較好的線路器件、優(yōu)良的信號質(zhì)量，電纜長度也不會超過60m。

一、1、RS-232通訊RS-232雖然使用很廣，但因推出27一、2、RS422通訊為了進一步提高數(shù)據(jù)傳輸率和傳送距離，又研制出了RS-422標(biāo)準(zhǔn)。RS-422規(guī)定了雙端電氣接口型式，其標(biāo)準(zhǔn)是雙端線傳送信號。其中一條線是邏輯1狀態(tài)，另一條為邏輯0。RS-422最快傳輸速率可達10MB/S，最大距離為300m，適當(dāng)降低速度，距離可達1200m。一、2、RS422通訊為了進一步提高數(shù)據(jù)傳輸率和傳送距離，28一、3、RS232和RS422比較因為232采用單端線路傳送，傳送過程中有電壓的降落和干擾影響電壓，而422采用的雙端線路傳送模式，把邏輯電平轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓷l線路上的電位差。RS-422電路由發(fā)送器、平衡連接電纜、電纜中斷負(fù)載、接收器幾部分組成。在電路中規(guī)定只許有一個發(fā)送器，可有多個接收器，因此通常采用點對點通訊方式。該標(biāo)準(zhǔn)允許驅(qū)動器輸出為±2～±6V,接收器可以監(jiān)測到的輸入信息電平可低到200mV。

一、3、RS232和RS422比較因為232采用單29一、4、RS422和485比較RS-485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它擴展了RS-422的性能，允許雙導(dǎo)線上一個發(fā)送器驅(qū)動32個負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器。RS-485電路允許共用電話線通訊。

一、4、RS422和485比較RS-485是一種多發(fā)送器的30二．RS-422和RS-485通訊接口電路為了將邏輯電平轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢徊钪担Ｓ玫男酒蠱AX481、483、485、MAX1480、MAX1490等。

二．RS-422和RS-485通訊接口電路31二、1、MAX483(非隔離半雙工）

二、1、MAX483(非隔離半雙工）32二、1、MAX483(引腳及邏輯）

二、1、MAX483(引腳及邏輯）33二、2、MAX1480（隔離半雙工）

二、2、MAX1480（隔離半雙工）34二、3、MAX1490（隔離全雙工）

Z->AY->B二、3、MAX1490（隔離全雙工）Z->A35§7.3數(shù)據(jù)校驗算法主要內(nèi)容7.3.1數(shù)據(jù)奇偶校驗7.3.2累加和校驗和垂直異或校驗7.3.3CRC校驗算法（詳細(xì)）§7.3數(shù)據(jù)校驗算法主要內(nèi)容36數(shù)據(jù)校驗概述在智能儀器儀表系統(tǒng)通訊和數(shù)據(jù)處理過程中，為了提高系統(tǒng)抗干擾能力和系統(tǒng)可靠性，常需要對數(shù)據(jù)進行校驗，校驗的算法多種多樣，例如，單字節(jié)范圍內(nèi)的奇偶校驗和多字節(jié)數(shù)據(jù)包范圍內(nèi)的累加和校驗、垂直異或校驗、8位CRC校驗、16位CRC校驗。

數(shù)據(jù)校驗概述在智能儀器儀表系統(tǒng)通訊和數(shù)據(jù)處理過程中，為了提高37數(shù)據(jù)校驗概述（續(xù)）數(shù)據(jù)校驗的基本過程是發(fā)送者生成校驗碼，將發(fā)送數(shù)據(jù)和校驗碼一并發(fā)送給接收者，接收者收到數(shù)據(jù)后，將接收到的數(shù)據(jù)采用相同的校驗算法再生成一個校驗碼，和接到的校驗碼相比較，若兩者一致，則認(rèn)為接收數(shù)據(jù)正確，若不同，則認(rèn)為接收數(shù)據(jù)不正確。需要說明的是，所有的校驗算法不能百分之百地保證接收數(shù)據(jù)的正確性，也就是說，如果校驗正確，則不一定接收到的數(shù)據(jù)完全正確可靠，但如果校驗不正確，則可以百分之百地說接收數(shù)據(jù)有錯誤。從概率上講，累加和校驗和垂直異或校驗的糾錯能力差，而CRC校驗的糾錯能力強。

數(shù)據(jù)校驗概述（續(xù)）數(shù)據(jù)校驗的基本過程是發(fā)送者生成校驗碼，將發(fā)387.3.1數(shù)據(jù)奇偶校驗奇偶校驗分奇校驗和偶校驗。奇校驗：使N+1位中“1”的個數(shù)為奇數(shù)；偶校驗：使N+1位中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。例如：8位數(shù)據(jù)10100111奇校驗為：“0”10100111附加的第9位“0”使全部“1”的個數(shù)為奇數(shù)偶校驗為：“1”10100111附加的第9位“1”使全部“1”的個數(shù)為偶數(shù)再如：5位數(shù)據(jù)10010奇校驗為：“1”10010偶校驗為：“0”100107.3.1數(shù)據(jù)奇偶校驗奇偶校驗分奇校驗和偶校驗。397.3.2累加和校驗和垂直異或校驗累加和校驗和垂直異或校驗比較簡單，基本算法如下：累加和DATA(N+1)=DATA(0)+DATA(1)+…+DATA(N)垂直異或DATA(N+1)=DATA(0)XorDATA(1)Xor…XorDATA(N)7.3.2累加和校驗和垂直異或校驗累加和校驗和垂直異或校驗407.3.2CRC校驗算法

一．?dāng)?shù)學(xué)模型CRC（CyclicRedundancyCheck）校驗常有8_CRC和16_CRC，校驗的數(shù)學(xué)模型為：8_CRC=X8+X5+X4+116_CRC=X16+X15+X2+17.3.2CRC校驗算法

一．?dāng)?shù)學(xué)模型41二．邏輯框圖

二．邏輯框圖42三．參考源程序BYTE_CRC:LDB AH,#08 ;AH=BITNUMOFONEBYTEBT_CRCL:ANDBAL,BHH,#00000001B ;AL=取BHH最低位

;(BHH=DATATOCRC) XORBAL,BL ;BL=CRCVALUE SHRBBL,#1 ;BL=CRCVALUE邏輯右移一位 ANDBAL,#00000001B ;取AL=ALXORBBHH的最低位 CMPBAL,R0 JE BT_CRCN XORBBL,#10001100B ;若AL.0=1(移出位=1)

;則BL=CRC.2.3.7XORB"1"BT_CRCN:DECBAH CMPBAH,R0 JE BT_CRCE SHRBBHH,#1 SJMPBT_CRCLBT_CRCE:RETBHH:D7D6…D0BL:CRCVALUE三．參考源程序BYTE_CRC:LDB AH,#043§7.4計算機控制網(wǎng)絡(luò)主要內(nèi)容7.4.1局部網(wǎng)絡(luò)7.4.2網(wǎng)絡(luò)的組成一、概述二．計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其層次結(jié)構(gòu)三．局部網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化（詳細(xì)）§7.4計算機控制網(wǎng)絡(luò)主要內(nèi)容44控制網(wǎng)絡(luò)概述一個較大規(guī)模的復(fù)雜的工業(yè)測控系統(tǒng)，常有幾十、幾百甚至更多的測量和控制對象，對系統(tǒng)有很多的可靠性、靈活性要求，即使一臺速度快、容量大、配置全、性能強的高檔計算機也難以滿足上述要求。為此，使控制系統(tǒng)分散化，即負(fù)載分散、危險分散、功能分散和地域分散就勢在必行。80年代以來，以微型機為核心的分布式計算機系統(tǒng)（又稱集散控制系統(tǒng)）順應(yīng)了工業(yè)測控系統(tǒng)分散化的發(fā)展趨勢，同以往的分散型儀器控制系統(tǒng)和集中計算機控制系統(tǒng)相比，它具有很大優(yōu)點。系統(tǒng)內(nèi)計算機、工作站互相連接網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信，是分散式測控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

控制網(wǎng)絡(luò)概述一個較大規(guī)模的復(fù)雜的工業(yè)測控系統(tǒng)，常有幾十、幾457.4.1局部網(wǎng)絡(luò)我們把以傳輸信息為主要目的，用通信線路連接起來的計算機群稱為計算機通信網(wǎng)絡(luò)。計算機網(wǎng)絡(luò)化是充分發(fā)揮計算機資源的利用率（資源共享）和便于使用計算機的有效途徑。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和通信技術(shù)。計算機網(wǎng)絡(luò)通常分為三大類：多機系統(tǒng)、局部網(wǎng)絡(luò)和廣域網(wǎng)絡(luò)（遠程網(wǎng)絡(luò)）。局部網(wǎng)絡(luò)是在遠程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機多機系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)展起來的。遠程網(wǎng)技術(shù)提供了計算機通信的經(jīng)驗，多機系統(tǒng)提供了計算機內(nèi)部各部件之間高速數(shù)據(jù)傳送和同步控制的經(jīng)驗。7.4.1局部網(wǎng)絡(luò)我們把以傳輸信息為主要目的，用通467.4.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與組成

圖7.12網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)星形;(b)總線形;(c)環(huán)形.

7.4.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與組成477.4.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與組成續(xù)

7.4.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與組成續(xù)481.

物理層物理層在信道上傳輸未經(jīng)過處理的信息。該層協(xié)議涉及通信雙方的機械、電氣和連接規(guī)程。如接插件的型號，每根線的作用，高低電平的電壓大小，一位占多寬，傳輸能否在兩個方向同時進行，如何進行初始的連接，如何拆除連接等。1.

物理層物理層在信道上傳輸未經(jīng)過處理的信息。該層協(xié)議涉492.鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是將可能有差錯的物理鏈路改造成對網(wǎng)絡(luò)層來說是無差誤的傳輸線路。它把輸入數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)幀，并在接收端檢驗傳輸?shù)恼_性。若正確則回送確認(rèn)信息，若不正確則拋棄該幀，等待發(fā)送端超時重發(fā)。同步數(shù)據(jù)鏈路控制（SDLC）高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）以及異步串行數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議都屬于此層范圍。2.鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是將可能有差錯的物理鏈路改造成對503.網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)是使網(wǎng)絡(luò)中傳輸分組。網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定了分組（第三層的信息單位）在網(wǎng)絡(luò)