[预防医学]电子医疗仪器06-第六章-通信接口.ppt

第六章通信接口,第一节GP-IB通用接口总线,一、GP-IB标准接口系统概述GP-IB(GeneralPurposeInterfaceBus)-是国际通用的仪器接口标准。（一）GP-IB标准接口系统的基本特性该标准包括接口和总线两部分.接口部分：由各种逻辑电路组成，与各仪器装置安装在一起，用于对传送的信息进行发送、接收、编码和译码。总线部分：是一条无源的多芯电缆,用作传输各种消息。图1系统中，要进行联络至少有讲者、听者、控者三类装置。,讲者:是通过总线发送仪器消息的仪器装置。如测量仪器、数据采集器、计算机等。听者:是通过总线接收由讲者发出消息的装置。如打印机、信号源等。控者:是数据传输过程中的组织者和控制者。如计算机。对于系统中的某一台装置可以具有三要素(讲者、听者、控者)中的一个，二个或全部。GP-IB系统中的计算机一般同时具有讲者、听者、控者的功能。GP-IB标准接口系统的基本特性主要如下:系统装置有限、双向异步传送及负逻辑信息等。,GP-IB标准接口系统,图1,（二）GP-IB标准接口的总线结构,24芯电缆：其中16条被用做信号线，其余被用做逻辑地线及屏蔽线。总线上传递的各种信息通称为消息，见下图2：,接口总线,仪器消息,仪器功能,接口功能,接口功能,仪器功能,总线,接口消息和仪器消息,图2,接口消息:管理接口部分完成各种接口功能的信息，它由控者发出，只被接口部分所接收和利用。仪器消息:与仪器自身工作密切相关的信息，只被仪器部分接收和利用。GP-IB标准接口总线中的16条线按功能可分为三组：1、8条双向数据总线2、3条数据挂钩联络线(三线挂钩原理)控制数据总线的时序，保证数据总线正确、有节奏地传输数据，称为三线挂钩技术：DAV:数据有效线NRFD:数据未就绪线NDAC:数据未收到线,3、5条接口管理控制线作用是控制GP-IB总线接口的状态。ATN:注意线IFC:接口清除线REN:远程控制线SRQ:服务请求线EOI:结束或识别线（三）三线挂钩原理见下图3,3,2,1,4,6,5,DAV,NRFD,NDAC,三线挂钩简单时序,图3,二、接口功能和接口消息,（一）仪器功能与接口功能仪器功能:把收到的控制信息变成仪器设备的实际动作。接口功能:是指完成系统中各仪器设备之间正确通信,确保系统正常工作的能力。（二）接口消息及编码按用途分：总线上传递的消息可分为接口消息仪器消息按传递的途径分:本地消息远地消息按信号线的数目分:单线消息:无需编码。多线消息:需统一编码仪器消息也有明确的编码与格式.,计算机（控制）,扫描器（听着）,电桥（听讲着）,数字电压表（听讲着）,打印机（听着）,多路开关,GPIB总线,压力传感器,自动测试系统框图,三、GP-IB标准接口系统的运行,图4,第二节串行通信总线,一、串行通信基本方式构成字符的每个二进制数据位,依照一定的顺序逐位进行传送的通信方式。串行通信分为:同步通信和异步通信。同步通信:传输速度快,实用性差,容易出错。异步通信:传输速度较慢,出错率低。二、串行通信协议串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成：,图5,发送器,接收器,时钟发生器,发送器,时钟发生,接收器,时钟发生时钟同步,（b)异步通信,（a)同步通信,数据,数据,图6,在异步通信中,接收和发送双方必须保持相同的传送速率即波特率。波特率:每秒传送的二进制数(比特/秒)。典型:1200,2400,4800,9600,19200bit/s等。,CRT,调制解调器,调制解调器,远程主机,公共电话交换网,DTE,DCE,DCE,DTE,RS-232接口,RS-232接口,三、RS-232C标准,图7,25针的连接器,最常用的是9个通信信号基本数据传送信号；调制解调器控制信号。一、基本数据传送信号TXD:发送数据信号；RXD:接收数据信号；GND:地信号。二、Modem控制信号从计算机到Modem信号:DTS:数据终端就绪信号；RTS:请求发送信号；从Modem到计算机信号DSR:数据装置就绪信号；CTS:允许发送信号；DCD:数据载波检测信号；RI:振铃指令信号。,在实际的微机及微机化设备的通信中,不需要Modem.下图中“零调制解调器”只使用了TXD、RXD和GND三根线：,DTE,DTE,零调制解调器,TxD,TxD,GND,GND,RxD,RxD,“零调制解调器”联结图,图8,TTL,+5V,+12V,TTL,输入,输出,输出,RS-232C,RS-232C,-12V,RS-232C标准使用负逻辑“1”在-5V-15V;“0”在+5V+15V。不与TTL兼容，必须进行电平转换。传输线驱动器MC1488；接受器MC1489。见下图9,RS232C与TTL电平变换器,&,1,输入,图9,第三节串行通信接口电路的设计,一、智能仪器串行通信接口的结构（一）串行通信接口的扩展串行接口完成串并转换，它与CPU的数据接口是并行的，而与外界的数据接口应是串行的。（二）MCS-51串行通信接口结构及通信方式MCS-51内部有一个全双工的串行口。内部有两个独立的接收、发送缓冲器SBUF。公用一个地址99H，使用同一标号SBUF由SCON，PCON控制串行口的工作方式及波特率。定时器T1作为波特率发生器。,MCS-51,8250,74LS373,调制解调器,1,采用8250的串行接口扩展电路,图10,RXD,TXD,串行,中断,SUBF,发射控制,接收控制,SUBF,波特率控制,发送接口,接受接口,写SUBF,写SUBF,DB,DB,MCS-51串行口原理图,图11,SCON:包含串行口的方式选择位，接收发送控制位和串行口的状态标志,地址为98H，可位寻址。格式如下SM0、SM1：为串行口的方式选择位，见下表：,SM2:为允许方式2,3的多机通信控制位。REN:允许串行接收位。TB8:方式2,3为发送第9位数据，由软件置/复位。RB8:方式2,3为接收第9位数据；方式1，SM2置0为收到停止位；方式0不使用。TI:为发送中断标志.RI:为接收中断标志.PCON:波特率系数控制寄存器,地址为87H，格式如下SMOD=1,使波特率加倍.,MCS-51共有四种工作方式方式0:移位寄存器输入输出方式。方式1:8位异步通信接口。方式2:波特率固定的9位异步通信接口。方式3:波特率可变的9位异步通信接口。方式2,3利用SCON中的SM2位,可方便地实现双机通信。,TXDRXD,RXDTXD,二、MCS-51系统串行通信设计举例,（一）双机通信(图12)设甲机发送,乙机接收.对于单片机之间的通信,只要设定发送机和接收机处于相同的工作方式，即可保证数据传送格式相同。,双机通信示意图,8031甲机,8031乙机,图12,双机通信,设甲机为发送，其任务是把78H，77H内容为首地址；76H，75H内容为末地址的一段数据块通过串行口向乙机发送。乙机为接收，其任务是接收甲机发送的数据，并把接收到的数据存入由甲机规定的一段存储器单元中。,两机通信必须规定相同的数据传送格式和波特率。对于单片机之间的通信，只要设定发送机和接收机处于相同的工作方式，即可保证数据传送格式相同，本例采用方式1，即一位起始位，8位数据位和一位停止位。采用定时器T1作为波特率发生器，初始化T1为方式2，时间常数为F3H，若时钟为f06MHz串行口SMOD位置位，则波特率2400bs。由于乙机存放数据的地址是由甲机规定的，所以甲机在发送正式数据之前必须先发送存放数据的首地址和末地址。,（二）多机通信,主从机之间可相互通信，但从机之间不能直接通信。,主从式多机分布式系统,TXDRXD8031主机,TXDRXD8031主机,TXDRXD8031主机,TXDRXD8031主机,图13,MCS-51机串行口的方式2和方式3是为多机通信而设计的，其中串行口控制寄存器SCON中的SM2和TB8(即第9位数据)起着重要的作用。在传送数据时，置TB8为0，在传送地址时，置TB8为1。当一台MCS-51机在接收时，若SM2为1，它只能接收地址信号，即接收到的第9位数据为1(TB8为1)时，数据装入SBUF，并置RI为1向CPU发出中断请求；如果接收到的第9位数据为0(TB8为0)，则不产生中断标志，信息将抛弃。而当SM2为0时，则可以接收所有信息。根据这个功能，可以组成多机通信系统并能保证主机与所选从机交换信息，其他从机则不受影响。,三、PC机系统与MCS-51系统的通信,PC机,MCS-51系统,MCS-51系统,MCS-51系统,1488,1489,1488,1489,1488,1489,RS-232,IBM-PC与单片机接口,图14,数据的发送与接收采用查询方式，其程序框图见下页图15所示。在发送时，先用输入指令检查发送器的保持寄存器是否为空。若空，则用输出指令将一个数据输出给8250，8250会自动将数据一位一位地发送到串行通信线上。在接收时，8250把串行数据转换成并行数据，并送入到接收数据寄存器中，同时把“接收数据就绪”信号置于状态寄存器中，CPU读到这个信号后就用输入指令从接收器中读入一个数据。,图15,在从机通信软件中，首先也应根据要求对波特率和串行口进行设置。波特率发生器采用定时器T1，设置为工作方式2，使波特率同样为9600bs；设置串行口为方式3，由第九位判断地址码或数据。本例单片机采用中断方式发送和接收数据，其通信程序框图见图16所示。当PC机发出某台单片机的地址码时，所有的单片机都会引起中断，但只有地址与PC机发出地址一致的单片机发出应答信号。PC机与单片机沟通联络后，先接收数据，再将机内数据发往PC机。,图16,所谓累加和校验法，就是在接收端对接收的数据进行累加，最后将累加和与从发送端送来的累加和进行比较看是否相等，若相等，即表示发送过程中没有发生故障。,第四节RS-422总线与RS-485总线,RS-232C缺点：只能一对一地通信，不借助于Modem时数据传输距离仅15米；其接口电路是单端驱动，单端接收，如下图17所示。,&,1,TTL电平,TTL电平,MC1489,MC1488,ELA电平小于负3V表示1信号大于正3V表示0信号,图17,TXD,RXD,RXD,TXD,MC3487/75174,MC3487/75174,MC3486/75175,MC3486/75175,接收-,发送-,发送-,接收-,发送+,接收+,发送+,接收+,电位差+0.2V,电位差+0.2V,一、RS-422总线,图18,因为采用差动接收方法，起作用的是两个输入端的电位差，所以信号的电平幅度不必抬高，用TTL电平即可。也是由于双端输入(差动接收)，发送端和接收端不共地，所以有很强的抗干扰能力，直接相连时距离可达1200m。,计算机,计算机/设备,计算机/设备,主,从,从,T+T-R+R-,T+T-R+R-,T+T-R+R-,RS-422,RS-422,RS-422,这种接口电路形式还使得一个驱动器能同时接多个接收器，因此可利用RS-422实现多台计算机的互连，构成主、从式通信网络。如下图19所示。,图19,二、RS-485总线,RS-485是RS-422的变型，采用二线制；在发送端增加了使能控制。图20为两个RS-422接口改接成RS-485方式互连。区别：RS-422支持全双工方式通信；而RS-485只能用半双工方式通信。,使能,TXD,RXD,RXD,TXD,使能,+,-,-,+,图20,+,-,+,-,+,-,RS-485,RS-485,RS-485,计算机/设备,计算机/设备,计算机/设备,多个RS-485接口互连：,图21,三、RS-232CRS-422RS-485转换器简介,在用RS-422或RS-485连接的主、从式通信网络中，常常用一台PC系列机作主机，对整个网络的通信进行管理，同时在网络应用系统中起核心作用。PC系列机只配RS-232C接口，若要采用RS-422或RS-485，一种方法是采用专门设计的RS422或RS-485接口板，另一种方法是加转换电路，后者成本要低些。,光隔,光隔,1,MC1489,1,MC1489,光隔,&,DIRDSR,T+(+),T+(+),R+R-,75175,75174,RXD,TXD,RTSCTS,MC1489,RS-232CRS-422RS-485转换原理示意图,图22,第五节USB通用串行总线一、简介,USB(UniversalSerialBus)是由DEC、IBM、Intel、Microsoft以及NEC等7家高技术企业制定的串行接口总线标准。目前微机外设接口有多种，如键盘的插口是圆的，打印插口是D形等，利用USB可把这些不同的接口统一起来。使用一个4针的插头作为标准插头，可连接的外围设备数目最多达127个，支持热插入(HotPlugIn)和即插即用(Plug&Play)，最高传送速度可达12Mbs，既可用于低速的外围设备，如键盘、鼠标等，也可用于中速装置，如打印机、数码照相机、调制解调器、扫描仪等。,(1)USB连接外围设备时可使用集线器进行树形连接，连接的外围设备数目最多达127个，从主装置开始可以经由5层集线器进行菊花链连接。连接于USB上的装置都不是终点，而是能够利用集线器连接其他装置的分叉点。(2)USB允许2种数据传送速度规格，1.5Mbs叫做低速传送，12Mbs叫做全速传送。(3)USB有同步、中断、批量三种数据传送模式，同步传送主要用于数码相机、扫描仪等中速外围设备。中断传送用于键盘、鼠标等低速设备；而批量传送则供打印机、调制解调器、数字音响等不定期传送大量数据的中速设备使用。,二、特点,USB的HUB最多5级,图23,(4)USB采用NRZI(NonReturntoZerolnvert，不归零翻转)编码传送格式，试图减少误码率。(5)USB总线可以为低功耗装置提供电源。(6)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。,三、USB2.0规范,USB2.0技术规范是有由Compaq、HewlettPackard、Intel、Lucent、Microsoft、NEC、Philips共同制定、发布的，规范把外设数据传输速度提高到了480Mbps，是USB1.1设备的40倍！但按照原定计划新的USB2.0标准只是准备把这个标准定在240Mbps，后来，经过努力将它提高到了480Mbps。,由于当时制订的标准有了变化，USB规范就产生了三种速度选择：480Mbps、12Mbps、1.5Mbps。而2003年6月份，当USB2.0标准开始逐渐深入人心之后，USB协会重新命名了USB的规格和标准，也许当时USB协会的举措只是为了更好的统一标准而不至于混乱，但也许USB协会没想到这个标准给闪存盘和MP3市场造成一个混乱的局面。重新命名了USB标准将原先的USB1.1改成了USB2.0FullSpeed（全速版），同时将原有的USB2.0改成了USB2.0High-Speed（高速版），并同时公布了新的标识。不言而喻，高速版的USB2.0速度当然超过全速版的USB2.0（480Mbpsvs.12Mbps),四、IEEE1394接口IEEE1394接口是苹果公司开发的串行标准，中文译名为火线接口（firewire）。同USB一样，IEEE1394也支持外设热插拔，可为外设提供电源，省去了外设自带的电源，能连接多个不同设备，支持同步数据传输。,IEEE1394分为两种传输方式：Backplane