第五章通信原理及接口电路设计_智能仪表原理与设计.ppt

第五章通信原理及接口电路设计 华东理工大学信息学院自动化系 5 1概述 本章主要内容 5 2串行总线通信 5 3并行通信及接口电路 5 4通用串行总线接口 USB 5 5蓝牙 Bluetooth 技术 5 6现场总线通信标准 控制系统的发展推动了智能仪表通信接口的发展 仪表之间要进行信息交换和传输 这是通过仪表的通信接口 按照一定的协议来实现的 通信接口是各台仪表之间或仪表与PC机之间进行信息交换和传输的联络装置 5 1概述 异步串行通信接口并行通信接口USB接口 通用串行总线 现场总线接口以太网接口电力网络蓝牙技术 无线通信网络 通信接口主要有以下类型 5 1概述 5 2串行总线通信 5 2 1串行总线介绍 5 2 2串行通信的基本概念 5 2 3串行通信接口标准 5 2 4典型的串行通信接口器件 5 2 5串行多机通信 传统的通信接口包括并行和串行通信接口 控制系统普遍使用串行通信方法 串行通信接口标准有RS 232C RS 422 RS 485等 5 2串行总线通信 5 2 1串行总线介绍 RS 232C以位串型方式传输数据 1位起始位 5 8位ASCII码数据及1 2位停止位 逻辑1的电平是 15 5V 逻辑0的电平 5 15V RS 232C的接口信号有 数据信号 控制信号和信号地等 通常使用9芯扁平插头座来连接串行通信线路 5 2 1串行总线介绍 工业上普遍使用RS 485串行接口标准 因采用平衡差分信号线 故其数据传送率较RS 232C高 传送距离也长 单片机有串行口UART 可以RS 232或RS 485标准传输数据 5 2 2串行通信的基本概念 串行通信的特点 主要适用于长距离 低速率的通信中 数据在单条1位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送 节省传输线 优点 数据传输率较低 缺点 通信线路工作方式 单工方式 Simplex 单行线 onewayroad 计算机在进行数据的发送和接收时 线上的数据流动只有一个方向 半双工方式 Half duplex 数据的流动为双向 但同一时刻只能一个方向传输 即交替地进行双向数据传送 全双工方式 Full duplex 同时可以进行双向数据传输 通信线路的连接方式 每秒传输的二进制位数 单位为bps bitpersecond 也称比特率 波特率 每秒传输的 符号 也称离散状态 的个数 例如 每秒传送1个符号 则波特率为1波特 在计算机中 一个 符号 的含义为高 低两种电平 分别代表逻辑值 1 和 0 所以每个符号的信息量为1比特 此时波特率与比特率刚好一致 但在其他一些场合 例如通信中采用的 相 幅 复合调制技术 一个 符号 的信息含量就不是一个比特 此时 波特率就不等于比特率 数据传输率 F 时钟频率 波特率因子 波特率波特率因子 数据传输率 波特率 与时钟频率之间的比例系数给定时钟频率 选择不同的波特率因子可得到不同的波特率 例如 f 19 2kHz 若选波特率因子为16 则波特率为1200bps 若选定波特率因子和波特率 则相应的确定了对时钟频率的要求 1200 16 19200 时钟频率 波特率因子 异步通信方式 Asynchronous 串行通信接收方式 同步通信方式 Synchronous 异步通信方式 也称 起止同步式 异步通信规程 一个字符 若干个字位 作为一个独立的信息单元 信息单元内是同步的 但信息单元之间是异步的 发送器和接收器可以没有共同的时钟 目前智能仪表与微机测控系统中大多采用异步通信方式 异步传输数据格式 同步通信规程 发送器和接收器使用同一时钟源来同步用二进制系列 同步字符 来表示开始发送有效数据如暂无数据发送 用同步字符填充成批发送的数据 成为数据流或数据场两类 面向字符型 BSC 面向比特 SDLC HDLC 传输速率高 适用于设备间工作速度比较接近的场合 同步通信方式 同步通信信息格式 校验 串行通信重要环节 衡量通信系统的指标奇偶校验 ParityCheck CRC校验 CyclicRedundancyCheck 差错校验 信号远距离传输时 利用普通电话线进行传输 现在的电话网是模拟通信系统 它是为传输话音信息而设计的 要在电话网上传送数字信号 必须经过调制和解调调制 Modulate 数字信号 模拟 音频 信号解调 Demodulate 模拟信号 数字信号 信号的调制与解调 方法 选取音频范围某一频率的正 余 弦模拟信号作为载波 用以运载所要传送的数字信号 要用传送的数字信号改变载波信号的幅值 频率或相位 使之在信道上传送 到达信道另一端 再将数字信号从载波中取出 调制技术FSKfrequencyshiftkeying PSKPhase Shift KeyingPAMPulseAmplitudeModulation 收发双方的同步方式传输控制步骤差错检验方式数据编码数据传输速度通信报文格式及控制字符的定义 5 2 3串行通信接口标准 1969年 EIA制定的适合于DTE和DCE之间相互连接与通信的串行通信规程 最初为解决利用电话网进行通信的问题而提出 DTE DataTerminalEquipment Computer 数据终端设备DCE DataCommunicationEquipment MODEM 数据通信设备 DataCircuit terminalEquipment数字电路终端设备 EIARS 232C标准 1 数据传送格式 RS232C总线上传输的异步通信典型数据格式 标志位 标识位 一个字符在开始传输前 输出线必须在逻辑上处于 1 状态 标识位起始位数据位校验位停止位 1 采用负逻辑 5V 15V 逻辑0 5V 15V 逻辑1 2 目的 补偿传输线上的损耗抗噪声干扰 2 电气信号特性 信号电平的规定 3 RS 232C电平与TTL电平之间的转换TTL 5V 10V 0RS 232 15V 3V 1 3V 15V 0TTL电平 RS 232C电平 MC1488RS 232C电平 TTL电平 MC1489 a MC1488 b MC1489 MC1488 1489是功能单一的发送 接受器 在双向数据传输中各端都要同时使用这两个器件 此外 又必须同时具备正负两组电源 因此在很多场合很不方便 现在有一些新型的RS 232C电平转换电路芯片 例如 美国MAXIM公司生产的MAXRS 232C收发器芯片系列十分丰富 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 标准最初制定时采用25根线25个功能引脚仅定义了22个 22个信号分成两个信道组 主信道组 第一信道 和辅信道组 第二信道 较少使用 3 接口信号 DB 9andDB 25RS 232PinDesignations 硬件握手使用DSR CTS DTR和RTS四条硬件线路 其中DTR和RTS指的是计算机上的RS 232端 而DSR和CTS则是指带有RS 232接口的智能设备 通过四条线的交互作用 计算机主控端与被控的设备端可以进行数据的交流 而在数据传输太快而无法处理时 可以通过这四条握手线的高低电位的变化来控制数据是继续发送还是暂停发送 右图描述了计算机向设备传输数据时的硬件流量控制 直接连接的最长距离为15米 50英尺 超过15米需连MODEM最高传输速率为20Kbps DB 9连接器DB 25连接器 4 机械接口特性 1 全双向标准电缆 2 三线经济方式 3 零调制解调器 NullModem 采用交叉 2 3 20 6 反馈 4 5 方式进行连接 5 通信系统结构 全双向标准电缆连接计算机与Modem相连 三线方式信号连接简单的应用场合 如双机通信等 三线方式信号连接 Nullmodem方式信号连接 零调制解调器 NullModem 采用交叉 2 3 20 6 反馈 4 5 方式进行连接 1 EIARS 422A 采用 平衡接口电路 输入差分电压 平衡驱动 全双工 传输率 10Mbps传输距离 10m 10Mbps 1000m 100kbps 2 EIARS 423A 采用 非平衡接口电路 传输率 300kbps传输距离 10m 300kbps 1000m 3kbps RS 422A RS 423A和RS 485 采用平衡式发送 差分式接收的数据收发器来驱动总线速度 最大10MB S 传送距离 90KB S下可传1200米 以差分平衡方式传输信号具有很强的抗共模干扰的能力降低传输线成本允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备当前自动控制系统中常用的网络 如现场总线CAN Profibus INTERBUS S以及ARCNet的物理层都是基于RS 485的总线进行总结和研究 3 EIARS 485A 采用 平衡接口电路 RS 232C RS 422和RS 485比较 RS232C 2条数据线 单端输入 全双工方式RS422 4条数据线 差动输入 全双工方式RS485 2条数据线 差动输入 半双工方式 串行通信是靠发送器 接收器 控制器和线缆等部分来实现的 在程序控制下它主要完成以下任务 数据的串 并及并 串转换 线路和MODEM的控制及状态检测 信号电平TTL与EIA电平的转换 发送和接收数据 5 2 4典型的串行通信接口器件 1 芯片类型 标准LSI芯片按功能分为 USART 通用同步异步接收器 发送器UniversalSynchronousAsynchronousReceiver TransmitterUART 通用异步收发报机UniversalAsynchronousReceiverTransmitterUSRT 通用同步收发报机UniversalSynchronousReceiverTransmitter典型芯片 Intel8251 ZilogSIO USART MotorolaMC6850 INS8250 UART MC6852 USRT Intel8251A通用同步异步接收器 发送器 主要引线信号说明RESET 复位信号 为高时强迫8251A进入空闲状态 等待接收模式字 CLK 时钟输入 内部定时用 大小高于通信速率 C D 命令 数据 参与对内部寄存器寻址 C D 为1时主机对8251A写入控制字 C D 为0时 写入数据 接收地址线最低位 RTS Requesttosend 请求发送 输出 CTS Cleartosend 允许发送 输出 DTR DataTerminalReady 本方准备好 输出DSR DataSetReady 对方准备好 输出 8251A与通信对方的另一对联络信号 TxD 串行数据发送 输出 串行通信线 RxD 串行数据接收 输入 串行通信线 TxRDY 发送器准备好 输出 表明8251的状态 TxEMPT 发送缓冲器空 输出 表明8251的状态 RxRDY 接收器准备好 输出 表明8251的状态 TxC RxC 接收发送的时钟 一般用同一脉冲源 在异步方式下 此频率为波特率的若干倍 波特率因子 在同步方式下 此频率与波特率相同 SYNDET BRKDET 同步检测 断路检测 双向 DATABUS BUFFER READ WRITE CONTROL LOGIC MODEM CONTROL TRANSMIT BUFFER P S TRANSMIT CONTROL RECEIVE BUFFER RECEIVE CONTROL S P I N T E R N A L D A D A B U S TxD D7 D0 RESET CLK C D RD WR CS DSR DTR CTS RTS TxRDY TxEMPT TxC RxD RxRDY RxC SYNDET BRKDET I O缓冲器 状态缓冲器 databusbuffer 用来存放8251内部的工作状态 供CPU查询 接收缓冲器 receiverbuffer 存放接收器已经装配完毕的字符 准备送给CPU 发送缓冲器 transmitbuffer 存放CPU送入8251的数据或命令 该缓冲器是发送数据和命令的共同寄存器 但必须分时使用 CPU向8251送入命令字是为了控制8251的内部操作 使它建立起所需要的工作方式 命令字一旦送入 8251立即执行 CPU向8251送入数据 目的是让8251通过发送器将数据以串行形式输出 并 串转换的时间较长 因此 一旦给发送数据 命令缓冲器送入发送数据 发送器的TXRDY信号就变低 表示发送器正将该数据输出 CPU不能向8251送入新的命令字或数据 只有当TXDRY 1 发送器完成数据输出后 才允许送入新的数据或命令字 因此 CPU向8251发送数据或命令时 要不断监视TXDRY信号 对TXDRY的监视通过查询8251的状态字来实现 RESET 复位信号 为高时强迫8251A进入空闲状态 等待接收模式字 CLK 时钟输入 内部定时用 大小高于通信速率 CS 片选信号 当CS 0时 允许CPU对8251进行读写 C D 命令 数据 参与对内部寄存器寻址 C D 为1时主机对8251A写入控制字 C D 为0时 写入数据 接收地址线最低位 RD RD 0时 CPU对8251进行读操作 WR WR 0时 CPU对8251进行写操作 读 写控制逻辑 8251A的读 写控制真值表 8251A方式选择控制字 8251操作命令控制字操作命令控制字直接让8251A实现某种操作或进入规定的工作状态 它只有在设定了方式选择控制字后 才能由CPU写入 8251A的操作命令控制字格式如下图所示 8251状态字CPU可在8251A工作过程中利用输入指令 IN指令 读取当前8251A的状态字 从而可以检测接口和数据传输的工作状态 8251A的状态字格式如下图所示 2 两台8031采用RS232C总线通信 两台8031采用RS232C总线通信 1 双机串行异步通信单片机与单片机间的串行异步通信接口设计 5 2 5串行多机通信 两台8031直接通信 错误连接图 正确连接图 单片机与PC系列微机间的异步串行通信接口设计 单片机与PC系列微机间的异步串行通信接口设计 多机串行异步通信 原理串行口控制寄存器SCON中的SM2为多机通信接口控制位 在方式2和方式3工作时 利用SCON中的SM2 可实现多机通信 例如 当主机要向某一个从机发送一组数据时 地址字节第9位是1 数据字节第9位是0 从机先置SM2为 1 主机向从机发送地址 因第9位为1 中断标志RI置 1 于是从机中断 执行中断服务程序 判断主机送来的地址是否与本系统地址相符 若为本机地址 则置SM2为 0 准备接收主机的数据 若地址不一致则保持SM2为 1 状态 接着主机发送数据 第9位为0 只有地址相符的从机 SM2已为0 才能接收数据 其余从机因SM2 1 不能进行中断处理 从而可实现主机与从机的一对一通信 单片机之间的通信 多机通信 从机置SM2 1 主机发地址码 第9位TB8为1 以便同某一从机沟通联络 所有从机判断此地址码是否与本机符合 相符者建立一标志 SM2 0 并向主机发回答信号 主机发数据 第9位TB8为0 沟通联络的从机可接收 并发数据给主机 PC机与单片机的通信接口 普通PC机要接入RS 485总线 可用MAX202E 232E等 RS232与TTL电平转换 和MAX488 491 1487等 TTL与RS485电平转换 通信双方所用的波特率必须相同 因波特率误差会引起偏移 异步通信在约定的波特率下 传送和接收的数据不需要严格保持同步 允许有相对的延迟 当频率差不大于1 16时 可以正确的完成通信 PC机的波特率是通过对8250内部寄存器初始化来实现的 即对8250的除数锁存器置值 该除数锁存器为16位 由高8位和低8位锁存器组成 若时钟输入为1 8432MHz 除数与波特率之间的关系为 除数 当对8250初始化并预置了除数之后 波特率发生器方可产生规定的波特率 bps 下表列出了可获得15种波特率所需设置的除数 表IBM PC波特率 通信采用主从方式 由PC机确定与哪个单片机进行通信 在通信软件中 应根据用户的要求和通信协定来对8250初始化 即设置通信参数 波特率 9600波特 数据位数 8位 奇偶校验类型和停止位数 1位 注意 这里的奇偶校验位用作发送地址码 通道号 或数据的特征位 1表示地址 而数据通信的校核采用累加和校验方法 数据传送可采用查询方式或中断方式 若采用查询方式 在发送地址或数据时 先用输入指令检查发送器的保持寄存器是否为空 若为空 则用输出指令将一个数据输出给8250即可 8250会自动地将数据一位一位地发送到串行通信线上 接收数据时 8250把串行数据转换成并行数据 并送入接收数据寄存器中 同时把 接收数据就绪 信号置于状态寄存器中 CPU读到这个信号后 就可以用输入指令从接收器中读入一个数据了 若采用中断方式 发送时 用输出指令输出一个数据给8250 若8250已将此数发送完毕 则发出一个中断信号 说明CPU可以继续发数 若8250接收到一个数据 则发一个中断信号 表明CPU可以取出数据 接收 采用查询方法发送和接收数据的程序框图如下图所示 通信软件 单片机的通信程序见讲义p122 PC通信软件可用C Delphi VB等编制 VB演示程序的通信设置 MSComm1 CommPort 1MSComm1 Settings 9600 n 8 1 MSComm1 PortOpen True 通信发送 接收程序 b b 1Ifb 20Thenb 0EndIfText1 Text Str b MSComm1 Output Str b 2 Fori 1To20000Nexti Text2 Text MSComm1 Input 单片机采用中断方式发送和接收数据 串行口设置为工作方式3 由第9位判断是地址码或数据 当某台单片机与PC机发出的地址码一致时 就发出应答信号给PC机 而其它几台则不发应答信号 这样 在某一时刻PC机只与一台单片机传输数据 单片机与PC机沟通联络后 先接收数据 再将机内数据发往PC机 定时器T1作为波特率发生器 将其设置为工作方式2 波特率同样为9600 单片机的通信程序框图见下图 单片机的通信程序如下 假设某单片机地址为03H COMMN MOVTMOD 20H 设置T1工作方式MOVTH1 0FDH 设置时间常数 确定波特率MOVTL1 0FDHSETBTR1SETBEASETBES 允许串行口中断MOVSCON 0F8H 设置串行口工作方式MOVPCON 80HMOV23H 0CH 设置接收数据指针MOV22H 00HMOV21H 08H 设置发送数据指针MOV20H 00HMOVR5 00H 累加和单元置零MOVR7 COUNT 设置字节长度INCR7 CINT JBCRI REV1 若接收 转REV1RETIREV1 JNBRB8 REV3MOVA SBUFCJNEA 03H REV2 若与本机地址不符 转REV2CLRSM2 0 SM2MOVSBUF 00H 与本机地址符合 回送 00 REV2 RETIREV3 DJNZR7 RT 若未完 继续接收和发送MOVA SBUF 接收校验码XRLA R5JZRIGHT 校验正确 转RIGHTMOVSBUF 0FFH 校验不正确 回送 FF SETBF0 置错误标志CLRES 关中断RETIRIGHT MOVSBUF 00H 回送 00 CLRF0 置正确标志CLRES 关中断RETI RT MOVA SBUF 接收数据MOVDPH 23HMOVDPL 22HMOVX DPTR A 存接收数据ADDA R5MOVR5 A 数据累加INCDPTRMOV23H DPHMOV22H DPLMOVDPH 21HMOVDPL 20HMOVXA DPTR 取发送数据INCDPTRMOV21H DPHMOV20H DPLMOVSBUF A 发送ADDA R5MOVR5 A 数据累加RETI 并行通信的主要特点 1 数据在多条并行传输线上各位同时传送 和串行传送相比 在同样的时钟速率下 并行传送的信息传输率较高 但所用信号线数量较多 2 适用于信息传输率要求较高 而传输距离较短的场合 如打印机 3 采用IEEE 488 GP IB HP IB 标准 5 3并行通信及接口电路 USB是英文UniversalSerialBus的缩写 中文含义是 通用串行总线 它是一种应用在PC领域的新型接口技术 早在1995年 就已经有PC机带有USB接口了 但由于缺乏软件及硬件设备的支持 这些PC机的USB接口都闲置未用 1998年后 随着微软在Windows98中内置了对USB接口的支持模块 加上USB设备的日渐增多 USB接口才逐步走进了实用阶段 这几年 随着大量支持USB的个人电脑的普及 USB逐步成为PC机的标准接口已经是大势所趋 在主机 host 端 最新推出的PC机几乎100 支持USB 而在外设 device 端 使用USB接口的设备也与日俱增 例如数码相机 扫描仪 游戏杆 磁带和软驱 图像设备 打印机 键盘 鼠标等等 USB的概念 5 4通用串行总线接口 USB 1 可以热插拔 这就让用户在使用外接设备时 不需要重复 关机 将并口或串口电缆接上 再开机 这样的动作 而是直接在PC开机时 就可以将USB电缆插上使用 2 携带方便 USB设备大多以 小 轻 薄 见长 对用户来说 同样20G的硬盘 USB硬盘比IDE硬盘要轻一半的重量 3 标准统一 大家常见的是IDE接口的硬盘 串口的鼠标键盘 并口的打印机扫描仪 可是有了USB之后 这些应用外设统统可以用同样的标准与PC连接 这时就有了USB硬盘 USB鼠标 USB打印机 等等 4 可以连接多个设备 USB在PC上往往具有多个接口 可以同时连接几个设备 如果接上一个有4个端口的USBHUB时 就可以再连上4个USB设备 许多设备都同时连在一台PC上而不会有任何问题 注 最高可连接至127个设备 优点 COMPAQ HewlettPackard Intel Lucent Microsoft NEC和PHILIPS这7家厂商联合制定了USB2 0接口标准 USB2 0将设备之间的数据传输速度增加到了480Mbps 比USB1 1标准快40倍左右 而且具有多种速度的周边设备都可以被连接到USB2 0的线路上 而且无需担心数据传输时发生瓶颈效应 如果用USB2 0的扫描仪 扫一张40M的图片只需半分钟左右的时间 USB接口标准 USB1 1接口 目前USB设备虽已被广泛应用 但比较普遍的是USB1 1接口 它的传输速度仅为12Mbps 例如 当用USB1 1的扫描仪扫一张大小为40M的图片 需要4分钟之久 USB2 0接口 USB2 0可以使用原来USB定义中同样规格的电缆 接头的规格也完全相同 在高速的前提下一样保持了USB1 1的优秀特色 并且 USB2 0的设备不会和USB1 X设备在共同使用的时候发生任何冲突 另外 在软件方面 Windows是完整的支持USB1 X 对于USB2 0 系统可以认出 而且能够正常工作 但是USB2 0并不能充分发挥其性能优势 系统检测到USB2 0的设备后 会提示说你的USB设备需要优化 LINUX MACOS BEOS到是走到了前面 都有了相关的软件支持或者系统程序包 现在WINDOWSXP已经完全支持USB2 0设备 USB2 0标准已成为下一代周边设备接口的重要趋势 USB设备之间的联接线有4根 2根是电源 5V 和地 另外两根是信号线 D 和D 目前 已推出USB单片机 与通用单片机兼容 内含USB收发器 用于计算机外设等智能设备 USB连接的拓扑结构 星型拓扑结构 一个USB系统包含三类硬件设备 USB主机 USBHOST USB设备 USBDEVICE USB集线器 USBHUB 管理USB系统 每毫秒产生一帧数据 发送配置请求对USB设备进行配置操作 对总线上的错误进行管理和恢复 1 USBHOST 各类设备的功能 2 USBDEVICE 在一个USB系统中 USBDEVICE和USBHUB总数不能超过127个 USBDEVICE接收USB总线上的所有数据包 通过数据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包 若地址不符 则简单地丢弃该数据包 若地址相符 则通过响应USBHOST的数据包与USBHOST进行数据传输 3 USBHUB USBHUB用于设备扩展连接 所有USBDEVICE都连接在USBHUB的端口上 一个USBHOST总与一个根HUB USBROOTHUB 相连 USBHUB为其每个端口提供100mA电流供设备使用 同时 USBHUB可以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作 并通过响应USBHOST的数据包把端口状态汇报给USBHOST 一般来说 USB设备与USBHUB间的连线长度不超过5m USB系统的级联不能超过5级 包括ROOTHUB USB星型拓扑结构 USB协议定义了在USB系统中主机与USB设备之间的连接和通信 其物理拓扑结构如图1所示 这种结构是星型的层层向上方式 也可以看成是一级与一级的级联方式 允许最多连接127个设备 最上层时USB主控器 由于USB不像其他总线一样采用存储转发技术 所以不会对下层的设备引起延迟 USB系统的典型应用 对PC微机而言 USB系统中的主机就是一台带USB主控制器的PC机 USB主控制器由硬件 软件 微代码组成 在USB系统中只有一台USB主机 主机是主设备 它控制USB总线上所有的信息传送 根集线器与主机相连 下层就是USB集线器和功能设备 PC微机的USB拓扑结构中 USB设备具体连接方式如下图所示 1 PC微机的USB拓扑结构 市场上现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 同时也有很多带USB接口的处理器 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 特点 遵从USB1 1标准 支持全速 低速传输 支持主机 设备端两种模式 3 3 5 0V供电 片内包含256个字节的SRAM 48MHz晶振输入 SL11HT接口硬件框图 蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范 1994年由爱立信公司首先提出 1998年联合诺基亚 英特尔 东芝 IBM成立蓝牙特殊利益集团 SIG 共同开发可替代电缆的低成本短距离无线通信技术 1999年底发布了蓝芽1 0b标准 蓝牙设备工作频段为全球通用的2 402 2 480GHzISM ISM频段是对所有无线电系统都开放的频带 数据速率为1Mbps 蓝牙1 1规范 第一代蓝牙技术模块的实现成本大约为20美元 2002年降至5美元左右 蓝牙技术适用于以下三个方面的短距离无线连接 话音 数据接入 外围设备互连和个人局域网 例如电脑 鼠标 打印机 移动电话 家用电器等 5 5蓝牙 Bluetooth 技术 5 6现场总线通信标准 现场智能仪表的通信协议 逐步采用由国际专业标准化组织 IEC等 制订的工业控制用现场总线标准 各厂商已推出具有PROFIBUS FF CAN LonWorks等现场总线标准的智能仪表 有的仪表还带有以太网接口 可连Ethernet网 现场总线是20世纪80年代中期在国际上开始出现 90年代初发展形成的 它是应用于生产现场 微机化测量设备之间以及现场与控制室 或控制设备 之间的一种双向串行 多节点的数字通信系统 也被称为开放式 数字化 多节点通信的底层控制网络 现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表 使它们各自都具有了一定的数字计算和数字通信能力 采用可进行简单连接的双绞线等作为总线 把多个测量控制仪表连接成网络系统 并按公开 规范的通信协议 在位于现场的多个微机化测量设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间 实现数据传输与信息交换 形成各种适应实际需要的自动控制系统 简而言之 现场总线控制系统就是把单个分散的测量控制设备变成网络节点 以现场总线为纽带 把它们连接成可以互通信息 共同完成自控任务的网络系统与控制系统 概述 现场总线控制系统的技术特点 1 系统的开放性开放是指总线标准 通信协议的一致性 公开性 强调对标准的共识与遵从 一个开放系统是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其它设备或系统连接 不同厂家的设备之间可实现信息交换 用户可按自己的实际需要 把来自不同供应商的产品组成规模大小随意的系统 因此 借助现场总线可以构筑自动化领域的开放互连系统 2 互可操作性与互换性互可操作性是指实现互连仪表间 设备间及系统间的信息传送与沟通 可实现点对点 一点对多点的数字通信 互换性则意味着不同生产厂家的性能类似的仪表 设备可实现相互替换 这样 用户可以不必考虑兼容性 从最小成本 最大效益出发 选择不同厂商的产品来构造自己的综合自动化系统 3 现场设备的智能化与功能自治性它将传感器测量 补偿计算 线性化处理 工程量变换与控制等功能分散到现场设备中完成 仅靠现场设备就可以完成自动控制的基本功能 并可随时诊断设备的运行状态 4 系统结构的高度分散性在FCS中 不再由一个控制器处理多个回路 而是每台现场仪表处理一个回路 构成了一种新的全分散性控制系统的体系结构 从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的体系 简化了系统结构 提高了可靠性 5 对现场环境的适应性作为工厂底层网络的现场总线 是专为现场环境而设计的 可支持双绞线 同轴电缆 光缆 射频 红外线 电力线等 具有较强的抗干扰能力 能采用两线制实现供电与通信 并可满足本质安全防爆要求等 现场总线国际标准 统一标准是现场总线的核心 所以从20世纪80年代开始 国际上出现了很多机构都致力于该问题的研究 但是 现场总线标准的制定不是一帆风顺的 由于行业与地域发展等多种原因 加之各企业 公司都从自己的利益考虑 所以出现了多种现场总线标准 其中不乏一些有影响的现场总线标准 比如 以美国Fisher Rosemount公司为首联合国际上80多家公司制定的FF总线 以Siemens公司为主的十几家德国公司 研究所共同制定的Profibus总线 德国Bosch公司推出的CAN ControlAreaNetwork 总线等 国际标准的形成 这些标准 它们的结构 特性各异 通信协议也不相同 都有自己特定的应用背景 但是现场总线既然是开放的 就应该有一个统一的国际标准 只有大家都遵守相同的标准