第7章_多机与网络通信课件

1、 单片机的多机与网络系统在许多行业都得到了广泛的应用，如工业、农业、生物和医学领域。而在工业测试领域，多机与网络系统是大中型现代工程系统(如监测系统、综合实验系统、机器人、FMS、CIMS等)中的主要应用形式。单片机具有价格低廉、抗干扰能力强、结构灵活及多机通信功能，可通过单总线、I2C总线、CAN总线等方便的构成用户需要的通信网络系统。7.2 多机系统总线7.2.1 单总线（1） 概述1-wire单总线是Maxim全资子公司Dallas的一项专有技术。它采用单根信号线既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的。1-wire单总线适用于单个主机系统，能够控制一个或多个从机设备。（2） 硬件结构

2、单总线只有一根数据线，设备(主机或从机)通过一个漏极开路或三态端口连接至该数据线，这样允许设备在不发送数据时释放数据总线，以便总线被其他设备所使用。单总线端口为漏极开路。其内部等效电路如下图所示。单总线的硬件结构示意图 （3）命令序列典型的单总线命令序列如下：第一步，初始化。第二步，ROM命令跟随需要交换的数据。第三步，功能命令跟随需要交换的数据。（4）信号方式所有的单总线器件要求采用严格的通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。单总线初始化序列主机读/写时隙的时序示意图7.2.2 I2C总线I2C总线是一个多主站总线。总线上各节点的

3、主从关系只基于当时总线上数据流的方向，每个节点都可作为主站或从站。作为主站的节点产生时钟信号并控制数据传输的开始、方向及结束。总线由串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)组成。所有的节点通过“线与”的关系连接到总线上。 I2C总线系统构成（1）主器件与从器件当总线上进行数据传送时，一个器件既可以是主器件，也可以是从器件。启动传输并生成此次传输的时钟信号的就是主器件。此时，其他任何被寻址的器件都被当作从器件。需要注意的是，主器件既可以是发送器也可以是接收器。I2C是多主总线，在一个系统中可以有多个器件具有启动传输和控制总线的能力。（2）数据传送每个时钟脉冲期间传送一个数据位，在时钟脉冲高电平

4、期间SDA总线上数据必须保持稳定才能有效。在此期间数据线电平的变化将被译解为控制信号。（3）寻址总线中每个器件都有自己的独一无二的地址。传输任何数据之前，主器件都要往总线上发出此次处理要访问的从器件的地址。如果网络中存在与此地址匹配且工作正常的从器件，那么他应应答主器件的寻址。（4）I/O扩展I2C总线有很强的I/O扩展能力。例如：PCF8574芯片给总线提供高达64个可选用的能与之通信的I/O通道。I2C总线系列的各种功能芯片的串行口均为开路集电极(OC门)电路，只要直接挂在I2C总线上即可。I2C总线的I/O扩展（5） 多主能力分布式智能、分布式处理、资源共享以及为增加整个系统的信息吞吐量

5、都可以由分布式控制结构来实现。多主能力是I2C总线系统固有的，不仅多个主器件可以在同一条I2C总线系统中共存，而且可以去掉外部总线仲裁。7.2.3 lan总线利用单片机的串行接口构成多个单片机网络的一种典型例子是Intel公司推出的lan现场总线网络。现场总线(Field Bus)是当今分散式测控系统中的热门话题。现场总线的主要特点有：现场总线设备只处理一些简单、较低级的任务；只传送和接收小量数据的报文；价格相应低廉。 82510的结构如图所示，包括总线接口、串行、定时和Modem接口四个模块，支持高达288kbit/s的异步通信。 STD总线lan网适配器模板原理框图 7.2.4 CAN总线

6、CAN (Controller Area Network) 协议是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多测控仪器间的数据通信而开发的网络通信协议。7.2.5 以太网体系结构与网络协议计算机网络发展到今天，在实际应用中已相当普及。网络的发展都遵循“优胜劣汰”的规律，好的网络系统被保留下来，而且发展得更好网络标准，是指网络的通信标准、访问控制方式及传输媒介等符合某种公认的规则。网络市场上最常见的网络标准有Ethernet、ARCnet、Token Ring、FDDI、Fast Ethernet及ATM等。本书的重点便是介绍Ethernet (以太网)。 Ethernet基本网络有3种架线方法，即10Base5、10Base2、10Base-T三种。 10Base2网络连接示意图10Base-T网络连接示意图100Base-T与10Base-T混合组网根据以太网标准的定义，该协议由下面3个基本部分组成：1） 一系列物理层的指导原则，用于确定电缆的类型，布线的限制条件和用于以太网网络的信号