第二章--数字式保护的硬件系统

1、1第二章第二章 数字式保护硬件系统数字式保护硬件系统一、硬件系统概述一、硬件系统概述二、数据采集系统二、数据采集系统 三、数据处理系统三、数据处理系统四、开关量输入输出系统四、开关量输入输出系统五、通信模块与电源五、通信模块与电源2三、数据处理系统三、数据处理系统3三、数据处理系统三、数据处理系统电子计算机的组成电子计算机的组成微处理器微处理器4 数字式保护装置硬件的核心是微处理器。数字式保护装置硬件的核心是微处理器。微处理器的选择遵循以下原则：微处理器的选择遵循以下原则：1. 速度速度2. 功能功能3. 通用性通用性4. 工作环境的适应性工作环境的适应性51. 1. 往功能强的方向发展往功能

2、强的方向发展2. 2. 往功能全的方向发展往功能全的方向发展 在同样的集成度下，不集成高功在同样的集成度下，不集成高功能的快速的微处理器，而是把许能的快速的微处理器，而是把许多其它功能如多其它功能如A AD D转换、通信接转换、通信接口、定时器等集成在一个芯片上口、定时器等集成在一个芯片上6 继电保护对可靠性、安全性要求很高，继电保护对可靠性、安全性要求很高，且保护装置工作环境恶劣。为了便于购买且保护装置工作环境恶劣。为了便于购买和升级换代，一定要选择大公司的主流工和升级换代，一定要选择大公司的主流工业级芯片。目前，国内外数字式保护装置业级芯片。目前，国内外数字式保护装置所用的微处理器有两大类

3、：所用的微处理器有两大类：一类是单片机一类是单片机一类是数据处理芯片一类是数据处理芯片7单片机单片机CPU定时器计数器定时器计数器IO接口电路接口电路ROM或或EPROMRAM串行通讯接口串行通讯接口8单片机的发展阶段单片机的发展阶段第一阶段（第一阶段（1971-19741971-1974年）：年）：INTELINTEL公公司设计成集成度为每片上有司设计成集成度为每片上有20002000只晶体管只晶体管的的4 4位微处理器位微处理器 Intel 4004 Intel 4004。19721972年又研年又研制成了功能较强的制成了功能较强的 8 8位微处理器位微处理器Intel Intel 800

4、88008。9单片机的发展阶段单片机的发展阶段第二阶段（第二阶段（1974-19781974-1978年）：初级单片年）：初级单片机阶段。以机阶段。以INTELINTEL公司的公司的MCSMCS4848为代表：为代表：8 8位位CPUCPU、并行、并行I IO O口、口、8 8位定时器计数器，位定时器计数器，寻址范围不大于寻址范围不大于4K4K，且无串行口。，且无串行口。10第三阶段（第三阶段（1978-19831978-1983年）：高性能年）：高性能单片机阶段。串行口，多级中断处理系统、单片机阶段。串行口，多级中断处理系统、1616位定时器计数器、片内位定时器计数器、片内RAMRAM、RO

5、MROM容量容量大，且寻址范围可达大，且寻址范围可达64K64K字节，典型芯片有字节，典型芯片有MCS-51MCS-51。单片机的发展阶段单片机的发展阶段11单片机的发展阶段单片机的发展阶段第四阶段（第四阶段（19831983年以后）：年以后）：8 8位单片位单片机巩固发展及机巩固发展及1616位单片机推出阶段。此阶位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面发展段主要特征是一方面发展1616位单片机及专位单片机及专用单片机；另一方面不断完善高档用单片机；另一方面不断完善高档8 8位单片位单片机，改善其结构，典型芯片有机，改善其结构，典型芯片有MCS-96MCS-96。12单片机的应用单片机的应用

6、单机应用单机应用在一个应用系统中，只使用在一个应用系统中，只使用一片单片机，这是目前应用一片单片机，这是目前应用最多的方式。最多的方式。多机应用系统可分为功能集多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局散系统、并行多机处理及局部网络系统。部网络系统。多机应用多机应用13单机单机应用应用l l）测控系统：用单片机可以构成各种工业控制系统、）测控系统：用单片机可以构成各种工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等。自适应控制系统、数据采集系统等。2 2）智能仪表。单片机能促进仪表向数字化、智能化、）智能仪表。单片机能促进仪表向数字化、智能化、多功能化发展。通过采用单片机软件编程技术，使测量

7、多功能化发展。通过采用单片机软件编程技术，使测量仪表中的误差修正、线性化处理等难题迎刃而解。仪表中的误差修正、线性化处理等难题迎刃而解。3 3）机电一体化产品。单片机与传统的机械产品结合，）机电一体化产品。单片机与传统的机械产品结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化。使传统机械产品结构简化，控制智能化。4 4）智能接口。大型数据采集系统中用单片机对模数）智能接口。大型数据采集系统中用单片机对模数转换接口进行控制不仅可提高采集速度，还可对数据进转换接口进行控制不仅可提高采集速度，还可对数据进行预处理，如数字滤波、线性化处理、误差修正等。行预处理，如数字滤波、线性化处理、误差修正等。14多机多机

8、应用应用1 1）多功能集散系统。多功能集散系统是为了）多功能集散系统。多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能要求而设置的多机满足工程系统多种外围功能要求而设置的多机系统。系统。2 2）并行多机控制系统。并行数据采集、处理）并行多机控制系统。并行数据采集、处理系统、实时图像处理系统。系统、实时图像处理系统。3 3）局部网络系统。分布式测、控系统。）局部网络系统。分布式测、控系统。15举例举例 随着应用领域的扩展，随着应用领域的扩展，MCSMCS5151以及以及MCSMCS9696系列仍然是单片机中应用的主流产品。系列仍然是单片机中应用的主流产品。但但8 8位单片机在很多场合下已经不能满足工

9、业位单片机在很多场合下已经不能满足工业控制的需要。控制的需要。MCS-96MCS-96系列的系列的1616位单片机是功位单片机是功能较强，性能优良的单片机能较强，性能优良的单片机, ,它在一个芯片上它在一个芯片上集成了集成了1313万个晶体管，功能较强。尤其是该万个晶体管，功能较强。尤其是该系列系列MCS-80C196MCS-80C196性能更好。国内很多继电保性能更好。国内很多继电保护装置都采用此类单片机。护装置都采用此类单片机。16(1)16(1)16位的位的 CPU CPU（中央处理器）（中央处理器）该该CPUCPU在结构上最大特点是：没有采用老的在结构上最大特点是：没有采用老的累加器结

10、构，改用累加器结构，改用“寄存器寄存器寄存器寄存器”结构结构。消除了一般结构中存在的累加器的瓶颈问题，消除了一般结构中存在的累加器的瓶颈问题，提高了操作速度和数据吞吐能力。提高了操作速度和数据吞吐能力。1616位位CPUCPU支持位、字节和字操作，在部分指支持位、字节和字操作，在部分指令中还支持令中还支持3232位双字操作位双字操作，如，如3232位除以位除以1616位。位。单片机单片机(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特点的主要性能特点17(2)(2)高效的指令系统高效的指令系统典型指令有典型指令有1616位乘位乘1616位和位和3232位除以位除以1616位的乘除指令位的

11、乘除指令，有有数据规格化指令数据规格化指令（有利于浮点计算），很多指令既（有利于浮点计算），很多指令既可用可用双操作数，也可用双操作数，也可用3 3操作数操作数。后者包括。后者包括2 2个源操作数和个源操作数和 1 1个个目的操作数，这样就大大提高了编程的效率。目的操作数，这样就大大提高了编程的效率。单片机单片机(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特点的主要性能特点 当采用当采用 12MHz 12MHz外接晶振时，外接晶振时，一条指令的最短执行一条指令的最短执行时间为时间为 1s 1s，1616位乘位乘1616位乘法指令和位乘法指令和3232位除以位除以1616位除位除法指令的

12、执行时间只有法指令的执行时间只有6 625s25s。18(3)10(3)10位位A/DA/D转换器转换器 在在 96 96系列部分产品中，有一个系列部分产品中，有一个8 8通通道或道或4 4通道的通道的1010位位A AD D转换器转换器，使得这些，使得这些型号产品特别适用于多路数据采集系统、型号产品特别适用于多路数据采集系统、智能仪器等应用领域。智能仪器等应用领域。A/DA/D转换周期为转换周期为22s22s。单片机单片机(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特点的主要性能特点19(4)(4)脉宽调制输出脉宽调制输出 作为作为 D/A D/A转换器输出转换器输出，分辨率为，分辨

13、率为8 8位。位。9696单片机可以直接提供脉宽调制信号，某单片机可以直接提供脉宽调制信号，某些电机可以用它直接驱动。脉宽调制输出些电机可以用它直接驱动。脉宽调制输出信号经过积分就可以获得直流输出。信号经过积分就可以获得直流输出。单片机单片机(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特点的主要性能特点20(5)(5)全双工串行口全双工串行口 96 96系列单片机具有与系列单片机具有与MCS-5lMCS-5l兼容的兼容的全双工串行口全双工串行口。这个串行口可方便地用。这个串行口可方便地用于于I/OI/O扩展、与扩展、与CRTCRT终端等设备进行通信终端等设备进行通信以及以及多处理机通信

14、多处理机通信。(6)5(6)5个个8 8位标准输入位标准输入/ /输出口输出口 96 96系列单片机还有系列单片机还有5 5个个8 8位位I/OI/O口。口。单片机单片机(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特点的主要性能特点21(7)(7)高速输入高速输入/ /输出器输出器高速输入器可以相对于内部定时器产生高速输入器可以相对于内部定时器产生的实时时钟，记下某个外部事件发生的时间，的实时时钟，记下某个外部事件发生的时间，共可记下共可记下8 8个事件；而高速输出器可以按规定个事件；而高速输出器可以按规定的时刻去触发某一事件，任何时候都可以存的时刻去触发某一事件，任何时候都可以存储起

15、储起8 8个事件。个事件。“高速高速”意味着这些功能是意味着这些功能是自动地自动地（相（相对于定时器）实现的，无需对于定时器）实现的，无需CPUCPU的干预。的干预。 单片机单片机(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特点的主要性能特点22(8)8(8)8个中断源个中断源8 8个中断源个中断源对应有对应有8 8个中断矢量，个中断矢量，而有些中断矢量又对应着多个中断事而有些中断矢量又对应着多个中断事件，件，共对应共对应2020种中断事件。种中断事件。(9)(9)看门狗看门狗 软硬件发生故障时，监视定时器软硬件发生故障时，监视定时器（Watchdog timerWatchdog ti

16、mer）将系统复位，）将系统复位，提供了一种软硬件故障的自恢复能力提供了一种软硬件故障的自恢复能力。单片机单片机(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特点的主要性能特点23(10)(10)可动态配置的总线可动态配置的总线在运行过程中，在运行过程中，9696系列单片机的总线系列单片机的总线可以动态地配置成可以动态地配置成8 8位的或位的或1616位位的，以便适的，以便适应对外部寄存器进行字节操作或字操作的不应对外部寄存器进行字节操作或字操作的不同需求。同需求。单片机单片机(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特点的主要性能特点24(11)8K/16K(11)8K/16

17、K字节的内部字节的内部ROMROM9696系列单片机寄存器的空间为系列单片机寄存器的空间为64K64K字节，字节，在在带内部带内部ROMROM的芯片中，内部的芯片中，内部ROMROM的容量为的容量为8K8K字节或字节或16K16K字节。内部字节。内部ROM/EPROMROM/EPROM可以加密，可以加密，并并可在运行中对可在运行中对EPROMEPROM编程。编程。 单片机单片机(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特点的主要性能特点25单片机单片机(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特点的主要性能特点2627CPU扩展并口EPROMRAM译码器EEPROM28DS

18、PDSP（Digital Signal ProcessorDigital Signal Processor）数字信）数字信号微处理器。号微处理器。DSPDSP芯片专门用于完成各种实时数字芯片专门用于完成各种实时数字信息处理。信息处理。 它建立在数字信号处理的各种理论和算法的它建立在数字信号处理的各种理论和算法的基础上。基础上。 DSPDSP器件不仅使数字信号处理从理论研究发展器件不仅使数字信号处理从理论研究发展到实际应用，还从信号处理领域拓宽到系统控制领到实际应用，还从信号处理领域拓宽到系统控制领域，从而诞生了一大批新型的电子产品。域，从而诞生了一大批新型的电子产品。29DSPDSP的发展阶段

19、的发展阶段50506060年代：在通用计算机上进行算法的年代：在通用计算机上进行算法的研究和处理系统的模拟与仿真。研究和处理系统的模拟与仿真。7070年代：快速傅氏变换年代：快速傅氏变换FFTFFT、数字滤波、数字滤波、频谱分析，可采用通用计算机实现。频谱分析，可采用通用计算机实现。30DSPDSP的发展阶段的发展阶段8080年代：现代年代：现代DSPDSP采用哈佛结构，即将采用哈佛结构，即将程序指令与数据的存储空间分开，各有程序指令与数据的存储空间分开，各有自己的地址与数据总线。自己的地址与数据总线。9090年代：先进的流水线、并行指令。年代：先进的流水线、并行指令。31DSPDSP应用应用

20、(1)(1)通用数字信号处理。数字滤波通用数字信号处理。数字滤波 、卷积算法、卷积算法、FFTFFT、希、希尔伯特变换、自适应滤波、窗函数、波形生成。尔伯特变换、自适应滤波、窗函数、波形生成。(2)(2)通信。高速调制解调器、编通信。高速调制解调器、编/ /解码器、蜂房网移动电话、解码器、蜂房网移动电话、数字留言机。数字留言机。(3)(3)声音声音/ /语音信号处理。语音信号处理。(4)(4)图形图形/ /图象信号处理。三维图形变换处理、模式识别、图象信号处理。三维图形变换处理、模式识别、图象增强。图象增强。(5)(5)控制。控制。 磁盘磁盘/ /光盘伺服控制、激光打印机伺服控制、光盘伺服控制

21、、激光打印机伺服控制、机器人控制、发动机控制、电机调速、无刷直流电机。机器人控制、发动机控制、电机调速、无刷直流电机。(6)(6)仪器。仪器。 谱分析、函数发生、波形发生、数据采集、暂谱分析、函数发生、波形发生、数据采集、暂态分析、模态分析等。态分析、模态分析等。32DSPDSP性能性能特点特点1)1)在单个指令周期内完成乘法在单个指令周期内完成乘法/ /累加运算；累加运算；2)2)速度达到速度达到101101103MIPS(103MIPS(每秒百万指令每秒百万指令million million instruction per second)instruction per second)的定点

22、运算；的定点运算；3)3)指令中有循环寻址、位倒序等指令；指令中有循环寻址、位倒序等指令；4)4)数据交换达到每秒数百兆字节的传输速率，主要数据交换达到每秒数百兆字节的传输速率，主要是受片外存储器速度的限制；是受片外存储器速度的限制；5)5)并行性：并行性：DSPDSP可在每个周期内可以完成多个操作。可在每个周期内可以完成多个操作。33 DSP DSP在片上设置仿真模块或仿真调试接口。在片上设置仿真模块或仿真调试接口。TITI在在TMS320TMS320系列芯片上设置了符合系列芯片上设置了符合IEEE 1149IEEE 1149标标准的准的JTAGJTAG标准测试接口及相应的控制器。接通标准测

23、试接口及相应的控制器。接通JTAGJTAG接口，就可以在接口，就可以在PCPC上运行一个软件去控制它，上运行一个软件去控制它，不但能控制和观察多微处理器中每一个处理器的不但能控制和观察多微处理器中每一个处理器的运行，还可以用这个接口来装入程序。运行，还可以用这个接口来装入程序。34DSPDSP举例举例 目前国内已广泛采用目前国内已广泛采用DSPDSP为核心芯为核心芯片的数字式保护装置。以片的数字式保护装置。以TMS320F206TMS320F206为例介绍：为例介绍：3536(2)(2)存储器存储器192k192k1616bitbit可寻址存贮器空间（可寻址存贮器空间（64k64k的的程序，程

24、序，64k64k的数据，的数据，64k64k的的I/OI/O口空间）。口空间）。(3)(3)指令集指令集有单指令循环和块循环操作；有块存储器有单指令循环和块循环操作；有块存储器搬移指令，更便于程序和数据管理。搬移指令，更便于程序和数据管理。(4)(4)标准串行口标准串行口(5)16(5)16个中断源个中断源(6)(6)速度：单周期为速度：单周期为50ns50ns执行时间。执行时间。37DSP单片机单片机数字式保数字式保护硬件系护硬件系统统3839404142双口RAMDSP单片机4344数据处理单元数据处理单元 当单片机用于实现保护功能时，首先需要就是存储器当单片机用于实现保护功能时，首先需要

25、就是存储器的扩展。单片机内部虽然设置了一定容量的存储器，但这的扩展。单片机内部虽然设置了一定容量的存储器，但这种存储器一般容量较小，需要从外部进行扩展，配置外部种存储器一般容量较小，需要从外部进行扩展，配置外部存储器，包括程序存储器和数据存储器。存储器，包括程序存储器和数据存储器。为了满足继电保护定值设置的需求，还配置了电可擦为了满足继电保护定值设置的需求，还配置了电可擦除的可编程只读存储器（除的可编程只读存储器（EEPROMEEPROM）存储定值等。程序常驻）存储定值等。程序常驻于只读存储器（于只读存储器（EPROMEPROM）中，计算过程和故障数据记录所需）中，计算过程和故障数据记录所需要

26、的临时存储是由随机读写存储器（要的临时存储是由随机读写存储器（RAMRAM）实现。）实现。处理器通过其数据线、地址线、控制线及译码器来与处理器通过其数据线、地址线、控制线及译码器来与存储器部件进行通讯。根据不同保护功能的要求，一般还存储器部件进行通讯。根据不同保护功能的要求，一般还要扩展一些并行口等。要扩展一些并行口等。 45一、硬件系统概述一、硬件系统概述二、数据采集系统二、数据采集系统 三、数据处理系统三、数据处理系统四、开关量输入输出系统四、开关量输入输出系统五、通信模块与电源五、通信模块与电源第二章第二章 数字式保护硬件系统数字式保护硬件系统46（1 1）开关量输入回路）开关量输入回路

27、四、开关量输入输出系统四、开关量输入输出系统 数字式保护装置的开关量输入即接点状态数字式保护装置的开关量输入即接点状态（接通或断开）。（接通或断开）。 开光量输入包括断路器和隔离开关的辅助接开光量输入包括断路器和隔离开关的辅助接点或跳合闸位置继电器接点，外部装置闭锁接点，点或跳合闸位置继电器接点，外部装置闭锁接点，气体继电器接点。还包括某些装置上压板位置输气体继电器接点。还包括某些装置上压板位置输入等。入等。 47 当外部接点当外部接点K1K1接通时，有电流通过发光二接通时，有电流通过发光二极管回路，光敏三极管导通。因此三极管的导极管回路，光敏三极管导通。因此三极管的导通和截止反映了外部接点的

28、状态。通和截止反映了外部接点的状态。四、开关量输入输出系统四、开关量输入输出系统（1 1）开关量输入回路）开关量输入回路48光电耦合芯片的两个隔离光电耦合芯片的两个隔离部分间分布电容仅是几个部分间分布电容仅是几个微微法，大大削弱干扰。微微法，大大削弱干扰。四、开关量输入输出系统四、开关量输入输出系统（1 1）开关量输入回路）开关量输入回路由于一般光电耦合芯片发光二极管的反向击穿电压较低，由于一般光电耦合芯片发光二极管的反向击穿电压较低，为防止开关量输入回路电源极性接反时损坏光电耦合器，为防止开关量输入回路电源极性接反时损坏光电耦合器，图中二极管图中二极管V V对光隔芯片起保护作用。对光隔芯片起

29、保护作用。 49（2 2）开关量输出回路）开关量输出回路四、开关量输入输出系统四、开关量输入输出系统 开关量输出主要包括保护的跳闸出口信号开关量输出主要包括保护的跳闸出口信号以及本地和中央信号等。一般都采用并行接口以及本地和中央信号等。一般都采用并行接口的输出口来控制有接点继电器（干簧或密封小的输出口来控制有接点继电器（干簧或密封小中间继电器）的方法。中间继电器）的方法。 但为提高抗干扰能力，最好也经过一级光但为提高抗干扰能力，最好也经过一级光电隔离。电隔离。50（2 2）开关量输出回路）开关量输出回路四、开关量输入输出系统四、开关量输入输出系统软件使并行口的软件使并行口的PB0PB0输出输出

30、“0 0”，PB1PB1输出输出“1 1”，便可使与非门，便可使与非门输出低电平，光敏三极管输出低电平，光敏三极管导通。继电器导通。继电器K K被吸合。被吸合。设置反相器设置反相器B B及与非门及与非门H H而不是将发光二极管直接同并行口相连，一方而不是将发光二极管直接同并行口相连，一方面是因为并行口带负载能力有限，不足以驱动发光二级管，另一方面面是因为并行口带负载能力有限，不足以驱动发光二级管，另一方面采用与非门后要满足两个条件才能使采用与非门后要满足两个条件才能使K K动作，增加了抗干扰能力。动作，增加了抗干扰能力。51（2 2）开关量输出回路）开关量输出回路四、开关量输入输出系统四、开关

31、量输入输出系统图中的图中的PB0PB0经一反相器，而经一反相器，而PB1PB1却不却不经反相器，这样可防止拉合直流电经反相器，这样可防止拉合直流电源的过程中继电器源的过程中继电器K K的短时误动。的短时误动。在拉合直流电源过程中，当在拉合直流电源过程中，当5V5V电源处在中间某一临界电压值时，可能电源处在中间某一临界电压值时，可能由于逻辑电路的工作紊乱而造成保护误动作，特别是保护装置的电源由于逻辑电路的工作紊乱而造成保护误动作，特别是保护装置的电源往往接有大量的电容器，所以拉合直流电源时，无论是往往接有大量的电容器，所以拉合直流电源时，无论是5V5V电源还是驱电源还是驱动继电器用的电源动继电器

32、用的电源E E，都可能相当缓慢的上升或下降，从而完全可能，都可能相当缓慢的上升或下降，从而完全可能来得及使继电器来得及使继电器K K的接点短时闭合，采用图中的接法，两个相反的条的接点短时闭合，采用图中的接法，两个相反的条件的互相制约，防止继电器的误动作。件的互相制约，防止继电器的误动作。 52（3 3）打印机并行接口）打印机并行接口四、开关量输入输出系统四、开关量输入输出系统 打印机作为数字式保护装置的输出设备，打印机作为数字式保护装置的输出设备，在调试状态下，输入相应的键盘命令，数字式在调试状态下，输入相应的键盘命令，数字式保护装置可将执行结果通过打印机打印出来，保护装置可将执行结果通过打印

33、机打印出来，以了解装置是否正常。在运行状态下，系统发以了解装置是否正常。在运行状态下，系统发生故障后，可将有关故障信息，保护动作行为生故障后，可将有关故障信息，保护动作行为及采样报告打印出来，为分析事故提供依据。及采样报告打印出来，为分析事故提供依据。53（3 3）打印机并行接口）打印机并行接口四、开关量输入输出系统四、开关量输入输出系统 由于继电保护对可靠性要求特别高，而它由于继电保护对可靠性要求特别高，而它的工作环境电磁干扰比较严重，打印机引线可的工作环境电磁干扰比较严重，打印机引线可引入干扰，因此，数字式保护装置与打印机数引入干扰，因此，数字式保护装置与打印机数据线连接均经光电隔离。据线

34、连接均经光电隔离。 对显示器和键盘的控制，为调试、整定对显示器和键盘的控制，为调试、整定与运行提供简易的人机对话功能。与运行提供简易的人机对话功能。54一、硬件系统概述一、硬件系统概述二、数据采集系统二、数据采集系统 三、数据处理系统三、数据处理系统四、开关量输入输出系统四、开关量输入输出系统五、通信模块与电源五、通信模块与电源第二章第二章 数字式保护硬件系统数字式保护硬件系统55在微型计算机系统中，在微型计算机系统中，CPUCPU与外部的与外部的基本通信方式有两种：基本通信方式有两种：l并行通信并行通信数据各位同时传送数据各位同时传送l串行通信一数据一位一位顺序传送串行通信一数据一位一位顺序

35、传送 五、通信模块与电源五、通信模块与电源1. 1. 通信接口通信接口56五、通信模块与电源五、通信模块与电源57 在并行通信中，数据有多少位就需要多少根数据在并行通信中，数据有多少位就需要多少根数据传送线。串行通信只需要一对数据传送线，故串行传送线。串行通信只需要一对数据传送线，故串行通信能节省传送线，尤其是当数据位数很多和远距通信能节省传送线，尤其是当数据位数很多和远距离数据传送时，这离数据传送时，这一一优点更突出。串行通信的主要优点更突出。串行通信的主要缺点是传送速度比并行通信要慢。缺点是传送速度比并行通信要慢。 并行通信的硬件连接及数据传送比较简单。并行通信的硬件连接及数据传送比较简单

36、。基于串行通信的特点，它常用于保护与上位机之基于串行通信的特点，它常用于保护与上位机之间的数据传送。间的数据传送。五、通信模块与电源五、通信模块与电源58在串行通信中，有二种基本的通信方式：在串行通信中，有二种基本的通信方式：1 1）异步通信）异步通信异步串行通信规定了字符数据的传送格式，即异步串行通信规定了字符数据的传送格式，即每个数据以相同的帧格式传送。每一帧信息由起始每个数据以相同的帧格式传送。每一帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。五、通信模块与电源五、通信模块与电源59la. a. 起始位：在通信线上没有数据传送时处于逻辑起始位：在通信

37、线上没有数据传送时处于逻辑“ l l”状状态。当发送设备要发送一个字符数据时，首先发出一个态。当发送设备要发送一个字符数据时，首先发出一个逻辑逻辑“0 0”信号，这个逻辑低电平就是起始位。起始位所起信号，这个逻辑低电平就是起始位。起始位所起的作用就是表示字符传送开始。的作用就是表示字符传送开始。lb. b. 数据位：当接收设备收到起始位后，紧接着就会收到数据位：当接收设备收到起始位后，紧接着就会收到数据位。数据位的个数可以是数据位。数据位的个数可以是5 5、6 6、7 7或或8 8位的数据。在位的数据。在字符数据传送过程中，数据位从最小有效位（最低位）字符数据传送过程中，数据位从最小有效位（最

38、低位）开始传送。开始传送。lc. c. 奇偶校验位：数据位发送完之后，可以发送奇偶校验奇偶校验位：数据位发送完之后，可以发送奇偶校验位。位。ld. d. 停止位：在奇偶位或数据位（当无奇偶校验时）之后停止位：在奇偶位或数据位（当无奇偶校验时）之后发送的是停止位。可以是发送的是停止位。可以是1 1位或位或2 2位。停止位是一个字符位。停止位是一个字符数据的结束标志。数据的结束标志。五、通信模块与电源五、通信模块与电源602) 2) 同步通信同步通信 在异步通信中，每一个字符要用起始位和停止位作为字符在异步通信中，每一个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，以致占用了时间。所以在数据块传

39、送时，开始和结束的标志，以致占用了时间。所以在数据块传送时，为了提高通信速度，常去掉这些标志，而采用同步传送。同为了提高通信速度，常去掉这些标志，而采用同步传送。同步通信不像异步通信那样，靠起始位在每个字符数据开始时步通信不像异步通信那样，靠起始位在每个字符数据开始时使发送和接收同步，而是通过同步字符在每个数据块传送开使发送和接收同步，而是通过同步字符在每个数据块传送开始时使收发双方同步。始时使收发双方同步。 五、通信模块与电源五、通信模块与电源61同步通信的特点是：同步通信的特点是：l a a以同步字符作为传送的开始，从而以同步字符作为传送的开始，从而使收发双方取得同步；使收发双方取得同步；

40、l b b每位占用的时间都相等；每位占用的时间都相等；l c c字符数据之间不允许有空隙，当线字符数据之间不允许有空隙，当线路空闲或没有字符可发时，发送同步字符。路空闲或没有字符可发时，发送同步字符。五、通信模块与电源五、通信模块与电源62 同步字符可由用户选择一个或二个特殊同步字符可由用户选择一个或二个特殊的的8 8位二进制码作为同步字符。与异步通信位二进制码作为同步字符。与异步通信收收/ /发双方必须使用相同的字符格式一样，发双方必须使用相同的字符格式一样，同步通信的收发双方必须使用相同的同步同步通信的收发双方必须使用相同的同步字符。字符。 异步通信常用于传输信息量不太大、传异步通信常用于

41、传输信息量不太大、传输速度比较低的场合。在信息量很大，传输输速度比较低的场合。在信息量很大，传输速度要求较高的场合，常采用同步通信。速度要求较高的场合，常采用同步通信。五、通信模块与电源五、通信模块与电源63 波特率（波特率（Baud rateBaud rate）通信线上的字符数据是按位传送的，每一位通信线上的字符数据是按位传送的，每一位宽度（位信号持续时间）由数据传送速率确定。宽度（位信号持续时间）由数据传送速率确定。波特率即是对数据传送速率的规定：单位时间内波特率即是对数据传送速率的规定：单位时间内传送的信息量，以每秒传送的位（传送的信息量，以每秒传送的位（BitBit）表示，）表示，单位

42、为波特。单位为波特。 l l波特波特=1=1位秒（位秒（1bps1bps） 例如：电传打字机最快传送速率为例如：电传打字机最快传送速率为1010字符秒，字符秒，每个字符每个字符1111位，则波特率为：位，则波特率为： 11 11位位1010字符秒字符秒=110=110位秒位秒=110=110波特波特五、通信模块与电源五、通信模块与电源64在异步串行通信中，接收设备和发送设备在异步串行通信中，接收设备和发送设备保持相同的传送波特率，并使每个字符数据保持相同的传送波特率，并使每个字符数据的起始位与发送设备保持同步。起始位、数的起始位与发送设备保持同步。起始位、数据位、奇偶位和停止位的约定，在同一次

43、传据位、奇偶位和停止位的约定，在同一次传送过程中必须保持一致，这样才能成功地传送过程中必须保持一致，这样才能成功地传送数据。送数据。 实现串行通信方式的硬件电路称为串行通实现串行通信方式的硬件电路称为串行通信接口电路芯片。串行通讯接口电路至少包信接口电路芯片。串行通讯接口电路至少包括一个接收器和一个发送器。括一个接收器和一个发送器。五、通信模块与电源五、通信模块与电源65从本质上讲，所有的串行接口电路都是以并从本质上讲，所有的串行接口电路都是以并行数据形式与行数据形式与CPUCPU接口，而以串行数据形式与外部接口，而以串行数据形式与外部逻辑接口，它们的基本功能是从外部设备接收串逻辑接口，它们的基本功能是从外部设备接收串行数据，转换成并行数据后传送给行数据，转换成并行数据后传送给CPUCPU，或者从，或者从CPUCPU接收并行数据，转变成串行数据后输出给外部接收并行数据，转变成串行数据后输出给外部设备。过程为：数据的设备。过程为：数据的CPU CPU 输