《总线接口技术》PPT课件.ppt

计算机控制技术 第5章总线接口技术 第5章总线接口技术 接口 计算机与外设之间相连接的部件 可以是电路板 元器件等 如显卡 网卡 并行接口 串行接口 A D转换器 D A转换器 MODEM等 接口的功能 寻址功能 输入 输出功能 数据转换功能 串转并 并转串 A D D A等 缓冲功能 以及联络功能 中断管理功能 复位功能 错误检测功能等 本章主要内容5 1并行接口总线5 2串行通信基本概念5 3串行通信标准总线5 4现场总线技术 5 1微机并行接口 1 本节内容 并行接口信号 寄存器与应用5 1 1微机并行接口信号1 连接器 25脚D型 插孔 2 信号 25条信号 分4类 5 1微机并行接口 2 5 1 2微机并行接口寄存器微机并行接口寄存器有三个 数据寄存器 状态寄存器和控制寄存器 其地址分别为378H 379H和37AH 1 数据寄存器地址为378H 为8位的 用于向外设传送数据 数据寄存器可以写 也可以读 但读出的是写入的数据 2 控制寄存器地址为37AH 为8位的 用于向外设发出控制信号 控制寄存器也是可以写 可以读 读出的是写入的控制字 IRQEN 为1使中断允许 使中断请求 ACK有效 INIT 为0使打印机进行初始化 持续50 s后应置位 AUTOLF 为1进行自动换行 SLCTIN 为1打印机联机 STOBE 为1使数据选通 持续0 5 s后应复位 5 1微机并行接口 3 3 状态寄存器地址为379H 为8位的 其内容为外设的工作状态 状态寄存器只能够读 状态寄存器格式如下 BUSY 为0示打印机忙 ACK 为0示打印机应答 就绪 可产生中断请求 PE 为1示缺纸SLCT 为1示联机状态 ERROR 为0示出错 包括脱机 缺纸等 注意区分 1 控制字位和控制信号 由前者产生后者 符号不一定相同 2 状态字位和状态信号 有后者产生前者 符号不一定相同 5 1 3微机并行接口应用1 控制打印机这是最经常应用的 5 1微机并行接口 4 2 控制其它设备如 烧录器等一些只需接收数据的设备 也可以自己开发的并行口设备 如显示设备 控制设备等 5 3串行通信标准总线 1 本节主要介绍RS 232 C RS 422和RS 485串行总线标准 主要特点 接口方法 传输介质及电平转换等 5 3 1RS 232 C串行总线一 RS 232 C的电气特性由于RS 232 C总线标准是在TTL电路出现之前研制的 其电平是对称的高电平 3V 15V 低电平 3V 15V并且RxD TxD使用负逻辑 即高电平表示逻辑0 低电平表示逻辑1 其它控制信号使用正逻辑 5 3串行通信标准总线 2 二 RS 232 C的连接器RS 232 C总线标准采用的是25芯D型连接器 但是现在计算机上保留使用的是9芯D型连接器 如下图 各个引脚信号如下 1 载波检测 DCD 入 2 接受数据 RXD 入 3 发送数据 TXD 出 4 数据终端准备好 DTR 出 5 信号地线 SGND 6 数据设备准备好 DSR 入 7 请求发送 RTS 出 8 清除请求发送 CTS 入 9 振铃指示 RI 入 1 4 6 7 8 9信号 均是要与MODEM联系 2 3 5信号就可以构成串行通信 5 3串行通信标准总线 3 三 RS 232 C电平转换电路现在最常用的RS 232 C电平转换电路是MAX232等 如下图所示 其特点是单5V供电 5 3串行通信标准总线 4 5 3 2RS 422 RS 485串行通信总线由于RS 232 C总线推出较早 因此在使用中暴露出了明显的缺点 主要表现在 1 传输速率不够快2 传输距离不够远3 非平衡接口 共用信号地 故电气性能不佳4 接口处各信号容易产生串扰5 未规定连接器一 RS 423 A RS 422 A串行通信总线1 RS 423 A RS 422 A的产生1977年EIA ElectronicIndustriesAssociation 美国 电子工业协会 制定了新标准RS 449 RS 423 A RS 422 A是RS 449标准的一个子集 RS 485是RS 422 A的一个变型 5 3串行通信标准总线 5 2 RS 422 A的主要特点 RS 423 A的传输性能差些 1 单端收 发 双极性电源 6V 6V 2 信号也是负逻辑3 抗干扰能力强 平衡传输 与驱动 差分接受4 传输距离远 速率高 最大距离为1200m 距离为1200m时速率为100Kbps 距离为120m时速率为1Mbps 距离为12m时速率为10Mbps 5 可连接多个接收器 并且可同时工作 5 3串行通信标准总线 6 3 RS 232 C RS 423 A RS 422 A的电气接口电路比较 2V 5 3串行通信标准总线 7 二 RS 485串行通信总线1 RS 485RS 485是RS 422 A的一个变型 二者的区别如下 1 RS 422为全双工 而RS485为半双工 2 RS 422采用两对平衡差分信号线 RS 485只需其中的一对 更适合多站互连 5 3串行通信标准总线 8 2 RS 422与RS 485比较 5 3串行通信标准总线 9 3 RS 485电平转换芯片常用的有MAX481E 483E 485E 487E 1487E SN76176等芯片 实现TTL电平到RS 485电平的转换 MAX488E 490E等芯片 实现TTL电平到RS 422电平的转换 这些芯片均为单5V电源供电 5 3串行通信标准总线 10 4 RS 485 RS 422连接电路 两点连接 传输介质为双绞线 如用计算机网络线 R1为匹配电阻 消除反射信号 双绞线的特性阻抗 一般要求节距比D d 10 D为节距 d为线外径 若使用12mm平方的双绞线 每米100匝时特性阻抗为123欧姆 每米40匝时特性阻抗为129欧姆 5 3串行通信标准总线 11 5 RS 485 RS 422连接电路 多点连接 RS 422 5 4现场总线技术 本节主要内容1 现场总线技术概述2 几种典型现场总线 5 4现场总线技术 1 5 4 1现场总线技术概述1 控制技术的三次飞跃发展在自动化 计算机控制技术的发展过程中 有三次技术进步起着重要作用 第一次是20世纪五六十年代 以模拟信号为主的电子装置和自动化仪表的监控系统 是以微电子技术的进步为基础 第二次是20世纪七八十年代出现的分布式控制系统 是以计算机 控制技术的发展为基础 分布式控制系统是用4 20mA模拟信号对系统设备互连 第三次是20世纪的八九十年代出现和发展的现场总线技术 5 4现场总线技术 2 2 什么是现场总线技术现场总线是一种工业数据总线 是自动化领域中计算机通信体系最底层的低成本网络 国际电工委员会 IEC 的标准和现场总线基金会 FF 将现场总线定义为 现场总线是连接现场智能设备和自动化系统的数字式 双向传输 多分支结构的通信网络 现场总线技术的基本内容包括 以串行通信方式取代传统的4 20mA的模拟信号 一条现场总线可为众多的可寻址现场设备实现多点连接 支持底层的现场智能设备与高层的系统利用公用传输介质交换信息 现场总线技术的核心是通信协议 这些协议是根据国际标准化组织 ISO 的计算机网络开放系统互连参考模型 OSI 七层网络协议 制定的 多数现场总线技术只使用其中的一 二和七层协议 5 4现场总线技术 3 3 现场总线技术的特点1 数字信号完全取代4 20mA模拟信号 2 使基本过程控制 报警和计算功能等完全分布在现场完成 3 使设备增加非控制信息 如自诊断信息 组态信息以及补偿信息等 4 实现现场管理和控制的统一 5 真正实现系统开放性 互操作性 现场总线控制系统 FCS 相对于分布控制系统 DCS 的优越性1 系统结构简单 成本低 2 现场设备自治性强 系统性能高 3 信号传输的可靠性高 精度高 4 真正的全分散 全数字化控制网络 5 用户可以随意集成 5 4现场总线技术 4 5 4 2几种典型现场总线目前世界上出现了多种现场总线的企业 集团或国家标准 主要的有五种 CAN LONWorks PROFIBUS HART FFCAN ControllerAreaNetwork 控制器局域网LONWorks LocalOpereatingNetwork 局域操作网络PROFIBUS ProcessFieldBus 过程现场总线HART HighwayAddressableRemoteTransducer 可寻址远程传感器数据通路通信协议FF FieldBusFund 现场总线基金会 5 4现场总线技术 5 LONWorks 局域操作网络 简介由美国Echelon公司研制 主要有如下特点 1 速率 78kb 2700m 1 25Mb 130m 节点达32000个 传输介质多种 2 协议 全部OSI七层模型 3 LONWorks的核心是NEURON 神经元 芯片MC143150 含3个8位CPU1个为访问控制器 2个为网络处理器 4 NEURON芯片编程语言为NEURONC 由ANSIC派生 5 其协议提供了5种基本的报文服务 确认 非确认 请求 响应 重复 非确认重复 6 其协议对介质访问控制层作了修改 使负载轻时延迟最小化 使负载重时冲突可能最小化 5 5现场总线CAN局域网 本节主要内容1 CAN的主要特性2 CAN节点结构与系统连接方式3 CAN控制器与数据收发器 5 5现场总线CAN局域网 CAN ControllerAreaNetwork 是控制器局域网CAN是由德国Bosch公司专门为汽车监测和控制而设计的 逐步发展到用于其它工业领域的现场控制 CAN已经成为国际标准化组织ISO11898标准 5 5 1CAN的主要特性 1 传输速率最高1Mbps 40m 距离最远10km 5kbps 2 节点数达110个 传输介质为双绞线或光纤 3 通信方式 CAN采用点对点 一点对多点及全局广播几种数据收发方式 4 CAN可实现全分布式多机系统 并且无主 从机之分 每个节点均主动发送报文 可方便地构成多机备份系统 5 CAN节点发送数据有冲突时 自动按优先级次序发送 6 具有可靠的错误检测和处理机制 CRC循环冗余校验 7 节点具有自动关闭功能 在错误严重时 8 CAN器件丰富 有带CAN的单片机 82C200 CAN控制器 SJA1000 收发器 TJA1050 CANI O器件 82C150 等 5 5现场总线CAN局域网 2 5 5 2CAN节点结构与系统连接方式一 CAN节点结构每一个CAN节点 必不可少的器件有 单片机 CAN控制器 CAN收发器和光电耦合器等 光电耦合器 隔离电源 CAN收发器 CAN控制器 单片机89C51等 5 5现场总线CAN局域网 隔离电源 CAN控制器 单片机如89C51等 5 5现场总线CAN局域网 CAN收发器 5 5现场总线CAN局域网 3 二 CAN系统连接方式 MCU 5 5现场总线CAN局域网 4 5 5 3CAN控制器与数据收发器一 CAN控制器SJA1000SJA1000是PHILIPS公司的产品 1 控制器的功能 1 实现CAN现场总线协议 2 设置通信波特率 3 进行发送和接收缓冲 4 进行校验和错误处理 5 产生中断请求等 2 引脚信号28引脚 DIP或SO封装AD0 AD7 地址 数据复用MODE CPU模式选择1 Intel模式 0 Motorola模式TX0 1 从SJA1000输出数据RX0 1 SJA1000接收数据 INT 中断请求输出 送给单片机 5 5现场总线CAN局域网 5 二 CAN高速数据收发器SJA1050SJA1050是PHILIPS公司的产品 1 数据收发器的功能