智能仪器的标准数据通信接口优选ppt资料

第章智能仪器(yíqì)的标准数据通信接口第一页，共59页。RS-485接口常用通信(tōngxìn)芯片：SN75176、MAX485左图：MAX485引脚图以下(yǐxià)图：典型连接电路第二页，共59页。RS-485方式构成(gòuchéng)的多机通信原理：第三页，共59页。RS-485/RS-232接口电路(diànlù)：实现RS-485电平和RS-232电平之间的切换第四页，共59页。表4几种(jǐzhǒnɡ)串行标准的比较

特性参数RS-232CRS-423RS-422RS-485工作模式单端发单端收单端发双端收双端发双端收双端发双端收在传输线上允许的驱动器和接收器的数目一个驱动器一个接收器一个驱动器10个接收器一个驱动器10个接收器32个驱动器32个接收器最大电缆长度15m1200m(1kbit/s)1200m(90kbit/s)1200m(100kbit/s)最大数据率20kbit/s100kbit/s(12m)10Mbit/s(12m)10Mbit/s(12m)驱动器输出（最大电压值）±25v±6v±6v-7v~+12v驱动器输出（信号电平）±5v（带负载）±15V（未带负载）±3.6v（带负载）±6v（未带负载）±2v（带负载）±6v（未带负载）±1.5v（带负载）±5v（未带负载）驱动器负载阻抗3k~7kΩ450Ω100Ω54Ω驱动器电源开路电流（高阻状态）Vmax/300ΩΩ（开路）±100μA（开路）±100μA（开路）±100μA（开路）接收器输入电压范围±15v±10v±12v-7v~+12v接收器输入灵敏度±3v±200mv±200mv±200mv接收器输入阻抗2kΩ~7kΩ4kΩmin4kΩmin12kΩmin第五页，共59页。“控者〞〔Controller〕CPLA第三十六页，共59页。SPI总线(zǒnɡxiàn)标准第三十六页，共59页。IEEE488.表4几种(jǐzhǒnɡ)串行标准的比较具有两个频道，特别满足需要多信道工作的特殊场合USB电源包括电源分配和电源管理两方面内容。第三十六页，共59页。SPI总线(zǒnɡxiàn)标准③发送X0100001，确定地址为1的仪器为听者第三十四页，共59页。SPI总线(zǒnɡxiàn)标准8291芯片(xīnpiàn)介绍I2C总线的数据(shùjù)传送字节格式图传输(chuánshū)距离与传输(chuánshū)速率的关系RS-422A与RS-485的传输(chuánshū)距离与传输(chuánshū)速率之间的关系如下图速率(sùlǜ)〔b/s〕×距离〔m〕≤100M第六页，共59页。隔离：将各站的串行通信接口电路与其他站进行电气(diànqì)隔离，如下图。图光电隔离(gélí)的RS-485总线第七页，共59页。抗静电(jìngdiàn)放电冲击：静电(jìngdiàn)放电会影响电路的正常工作或导致器件损坏，解决的方法是选用带静电(jìngdiàn)放电保护的RS-485接口器件，例如MAX1487E、MAX483E-491E、SN75LBC184等。另一个方法是在传输信号线上加箝位电路。传输线的铺设及屏蔽：〔1〕传输线单独铺设，不与交流动力线一起铺设在同一条电缆沟中；〔2〕强信号线与弱信号线防止(fángzhǐ)平行走向，尽量使两者正交；〔3〕尽量使信号线离干扰线远一些，一般为干扰导线内径的40倍以上；〔4〕尽量采用带有屏蔽层的双绞线，将屏蔽层良好地接地。第八页，共59页。完整(wánzhěng)的SPI系统的特性：一、SPI总线标准(biāozhǔn)介绍☆全双工、三线同步传送(chuánsònɡ)；☆主、从机工作方式；☆可程控的主机位传送(chuánsònɡ)频率、时钟极性和相位；☆发送完成中断标志；☆写冲突保护标志。SPI总线标准SPI外围扩展示意图SPI系统时钟的极性和相位关系第九页，共59页。二、利用模拟(mónǐ)SPI扩展串行E2PROMSPI总线(zǒnɡxiàn)标准93C46引脚排列(páiliè)第十页，共59页。指令起始位操作代码地址数据说明DIDO读110A5A4A3A2A1A0—D7~D0读地址为A7~A0写101A5A4A3A2A1A0D7~D0RDY/BSY写地址为A7~A0擦除111A5A4A3A2A1A0RDY/BSY擦除地址A7~A0擦写允许10011××××高阻擦写禁止10000××××高阻片写10010××××D7~D0RDY/BSY片擦除10001××××RDY/BSYSPI总线(zǒnɡxiàn)标准93C46指令表〔8位结构(jiégòu)〕第十一页，共59页。SPI总线(zǒnɡxiàn)标准读指令(zhǐlìng)〔READ〕读指令(zhǐlìng)的时序第十二页，共59页。SPI总线(zǒnɡxiàn)标准写指令(zhǐlìng)〔READ〕写指令(zhǐlìng)的时序第十三页，共59页。SPI总线(zǒnɡxiàn)标准90C46与80C51单片机的接口(jiēkǒu)与编程1)利用80C51单片机的串行口实现(shíxiàn)的接口第十四页，共59页。SPI总线(zǒnɡxiàn)标准2〕利用软件仿真(fǎnɡzhēn)SPI实现的接口第十五页，共59页。三、利用模拟(mónǐ)SPI扩展其它的串行接口芯片SPI总线(zǒnɡxiàn)标准1.串行时钟(shízhōng)芯片HT1380与单片机接口电路第十六页，共59页。SPI总线(zǒnɡxiàn)标准2.串行LED显示(xiǎnshì)接口MAX7219MAX7219与单片机接口(jiēkǒu)电路第十七页，共59页。SPI总线(zǒnɡxiàn)标准3.串行模拟量输入(shūrù)芯片MAX1458串行A/D芯片MAX1458与单片机接口(jiēkǒu)电路第十八页，共59页。一、I2C标准(biāozhǔn)总线介绍I2C总线(zǒnɡxiàn)标准I2C串行总线只有二根(èrɡēn)信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。I2C总线系统示意图I2C总线外围扩展示意图第十九页，共59页。I2C总线(zǒnɡxiàn)标准I2C数据传输协议(xiéyì)〔1〕总线不忙〔SCL和SDA保持高电平〕；〔2〕数据传送(chuánsònɡ)开始〔SCL保持高电平，SDA发生一个由高电平到低电平的变化决定起始条件〕；〔3〕数据传送(chuánsònɡ)停止〔SCL保持高电平，SDA发生一个由低电平到高电平的过程，称为停止条件〕；〔4〕数据有效。启动和停止信号在SCL为1时SDA1-->0代表startSDA0-->1代表stopI2C总线上一位数据的传送时序SDA变化时SCL一定为0第二十页，共59页。I2C总线(zǒnɡxiàn)标准主发送到从接收(jiēshōu)第二十一页，共59页。I2C总线的数据(shùjù)传送字节格式I2C总线(zǒnɡxiàn)标准第二十二页，共59页。I2C总线(zǒnɡxiàn)标准二、80C51单片机模拟I2C总线应用(yìngyòng)实例PCF8574引脚说明(shuōmíng)第二十三页，共59页。I2C总线(zǒnɡxiàn)标准PCF8574及PCF8574A控制字节(zìjié)的配置第二十四页，共59页。I2C总线(zǒnɡxiàn)标准读操作(cāozuò)第二十五页，共59页。I2C总线(zǒnɡxiàn)标准写操作(cāozuò)第二十六页，共59页。I2C总线(zǒnɡxiàn)标准PCF8574应用(yìngyòng)和编程第二十七页，共59页。START:ACALLSTA；开始条件MOVA，#41H；PCF8574为读方式ACALLWRBYT；发送地址信号(xìnhào)ACALLCACK；检查ACK信号(xìnhào)JBF0，$ACALLRDBYT；读数据SWAPACPLAMOV30H，AI2C总线(zǒnɡxiàn)标准程序(chéngxù)如下：第二十八页，共59页。ACALLSTOPACALLSTA；开始条件MOVA，#40H；PCF8574为写方式(fāngshì)ACALLWRBYTACALLCACK；检查ACK信号JBF0，$MOVA，30HACALLWRBYTACALLDELAY；延时子程序ACALLSTOP；停止条件LJMPSTAI2C总线(zǒnɡxiàn)标准第二十九页，共59页。

三线总线（SPI）二线总线（I2C）单电源，由2~5.5V单电源，由2~5.5V低电流,低功耗低电流,低功耗元件价格低廉元件价格低廉要求四端(除电源和地)工作要求两端(除电源和地)工作×8位和×16位数据宽度×8位数据宽度软件写保护硬件写保护时钟和信号用边沿触发时钟和信号用电平触发,具有高抗噪声输入浪涌滤波器时钟频率可达2MHz时钟包含100kHz和200kHz两种模式规程较简单规程较复杂I2C总线(zǒnɡxiàn)标准第三十页，共59页。USB概况：

主机与外设的通用接口，可用于不同的设备串行、打包传送2根数据线＋电源＋地线两个版本：1.1〔12Mb/s〕，2.0〔480Mb/s〕设备连线(liánxiàn)最长5米即插即用必须要有USB主机存在，设备不能独立工作USB总线(zǒnɡxiàn)标准第三十一页，共59页。USB总线的优点：

易于使用〔即插即用，可热插拔；具级联方式，并可智能识别链上外围设备的插拔；提供电源；节省硬件资源；易于连接，主板上提供2－6个USB接口，通过集线器最多可支持127个外设〕传送速率可满足大多数外设要求可靠性高〔能进行错误校验和控制，且由硬件实现(shíxiàn)〕低本钱〔主板已集成USB接口；设备端的USB接口控制芯片很廉价〕低功耗〔不工作时能够自动进入休眠状态，并能自动恢复〕USB总线(zǒnɡxiàn)标准第三十二页，共59页。USB采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游设备(shèbèi)提供电源。1、USB根本(gēnběn)特性图1USB电缆(diànlǎn)USB电源包括电源分配和电源管理两方面内容。电源分配是指USB如何分配主机所提供的能源〔总线供电设备、自供电设备〕。USB系统的主机有与USB相互独立的电源管理系统，系统软件可以与主机的能源管理系统结合，共同处理各种电源事件，如挂起、唤醒等。USB总线标准第三十三页，共59页。USB系统的根本构架可以分为三个主要的局部：USB主机(zhǔjī)控制器/根集线器；USB集线器；USB设备。主机根集线器Hub端口USB设备HubUSB总线(zǒnɡxiàn)标准第三十四页，共59页。图2USB集线器示意图USB总线(zǒnɡxiàn)标准第三十五页，共59页。USB总线(zǒnɡxiàn)标准USB通信模型客户(kèhù)USB主机(zhǔjī)USB接口功能模块USB设备USB接口主机设备消息数据包位流第三十六页，共59页。USB总线(zǒnɡxiàn)标准USB主机的软件(ruǎnjiàn)和硬件客户(kèhù)软件USB驱动程序〔USBD〕USB接口主控制器驱动程序〔HCD〕USB主机软件USB主机主机第三十七页，共59页。USB数据包格式(géshi)〔主要的〕PIDUSB地址(dìzhǐ)(7位)端点(duāndiǎn)号CRCPID数据(1-1023字节)CRC标识包数据包PID:包的类型编号PID应答D2H：ACK5AH：NAKC3H：偶数包4BH：奇数包USB总线标准第三十八页，共59页。2、USB的数据(shùjù)传输方式控制传输中断传输批量(pīliànɡ)传输同步传输3、USB总线(zǒnɡxiàn)协议USB是一种轮询方式的总线，主机控制器初始化所有的数据传送。USB协议反映了USB主机与USB设备进行交互时的语言结构和规那么。发送端和接收端之间的USB传输有两种类型的信道：流通道和消息信道。USB总线标准第三十九页，共59页。在可靠性传输方面，USB提供了多种数据传输机制，如使用差分驱动(qūdònɡ)、接收和防护，以保证信号的完整性；使用循环冗余码，以进行外设装卸的检测和系统资源的设置，对丧失和损坏的数据包暂停传输；利用协议自我恢复，以建立数据控制信道，从而使功能部件防止了相互影响。在错误检测方面，协议中对每个包的控制位都提供了循环冗余码，并提供了一系列的硬件和软件设施来保证数据的正确性。在错误处理方面，协议在硬件和软件上均有措施。硬件：汇报错误和重新进行一次传输，传输中假设再次遇到错误，由USB的主机控制器按照协议重新进行传输，最多可进行三次。假设错误依然存在，那么对客户端软件报告错误，使之按特定方式处理。4、USB的容错性能USB总线(zǒnɡxiàn)标准第四十页，共59页。一、GP-IB〔IEEE488〕总线(zǒnɡxiàn)GP-IB接口(jiēkǒu)总线

开展(kāizhǎn)：HP-IB、IEEE-488、IEC-625、ZBY207GP-IB标准接口总线系统要进行有效的通信联络，至少有三类仪器装置：“讲者〞〔Talker〕“听者〞〔Listener〕“控者〞〔Controller〕以下图中的自动测试系统由数字电压表、信号发生器、打印机和计算机〔安装GP-IB卡〕组成。第四十一页，共59页。图1GP-IB自动测试系统(xìtǒng)第四十二页，共59页。图224线连接器的引脚信号(xìnhào)根本(gēnběn)特性：24芯、负逻辑;最大传输速度1Mbps;系统中装置数不超过15,总线长度不超过20米;16根信号线、位并行(bìngxíng)/字串行31个讲地址,31个听地址;3线握手联络原理保证不同速度设备间的传输.第四十三页，共59页。(3)DAV〔DataValid，数据有效〕：指示数据线上的信号(xìnhào)是稳定〔有效〕的，并可由仪器平安接收。控制器在发送命令时发送此信号(xìnhào)，而讲者那么在发送数据消息时发送此信号(xìnhào)。1、3根挂钩(guà〃gōu)线的信号(1)NRFD〔NotReadyforData，接收数据未就绪〕：指示某仪器是否准备好接收一个消息字节。该信号线在接收命令时由所有(suǒyǒu)的仪器驱动，在接收数据消息时由听者驱动。(2)NDAC〔NotDataAccepted，未接收数据〕：指示某仪器是否接收到消息字节。该信号线在接受命令时由所有的仪器驱动，而在接收数据消息时由听者驱动。第四十四页，共59页。(3)REN〔RemoteEnable，远程允许〕：系统控制器驱动REN，用于将各仪器设置为远程〔Remote〕编程或本地(běndì)〔Local〕编程方式。2、5根管理(guǎnlǐ)信号线(1)ATN〔Attention，注意〕：控制器在使用数据线发送命令(mìnglìng)时将这根信号线设置为真，而在某一讲者可以发送数据消息时将其设置为假。(2)IFC〔InterfaceClear，接口去除〕：系统控制器驱动该信号线对总线初始化，并成功地执行控制器。第四十五页，共59页。(4)SRQ〔ServiceRequest，效劳请求〕：任何仪器均可以驱动该信号线，实现异步请求控制器效劳。(5)EOI〔EndorIdentify，结束或识别〕：讲者使用该信号线标记(biāojì)信息字符串的结束，而控制器那么使用该信号线要求各仪器在并行查询操作中识别各自的响应。第四十六页，共59页。3、控制器的操作(cāozuò)控制器加电后一般应发出IFC信号(xìnhào)，使所有的GP-IB设备初始化；设置ATN〔低电平有效〕，表示(biǎoshì)控制器将向总线上的听者和讲者发送命令，实现对系统的配置和调度。表1GP-IB总线命令地址组合码第四十七页，共59页。控制器的操作过程：①检测SRQ线，为低电平时，通过(tōngguò)查询确定请求效劳的仪器②设置ATN为有效〔低电平〕③发送X0100001，确定地址为1的仪器为听者④发送X1000010，确定地址为2的仪器为讲者⑤设置ATN为高电平⑥讲者与听者交换数据⑦发送X0111111，关闭听者⑧发送X1011111，关闭讲者第四十八页，共59页。4.三线挂钩(guà〃gōu)操作第四十九页，共59页。

GP-IB总线典型(diǎnxíng)应用系统第五十页，共59页。图38291A引脚及内部(nèibù)结构图5.8291芯片(xīnpiàn)介绍第五十一页，共59页。表28291A内部(nèibù)存放器一览表第五十二页，共59页。VXI总线仪器系统是模板插卡式结构的智能仪器系统，可将各种具有(jùyǒu)独立功能的模板式智能仪器连接在一起，构成自动测试系统或计算机测控系统。二、VXI总线(zǒnɡxiàn)〔VMEbusExtensionsforInstrumentation〕IAC可在本机〔Local〕方式下独立工作，也可通过背板总线进入远程〔Remote〕；VXI总线仪器系统具有信息吞吐量大、配置灵活(línɡhuó)、结构紧凑、仪器体积小等特点。卡式仪器〔IAC，InstrumentAtCard〕第五十三页，共59页。〔a〕VXI系统(xìtǒng)模板尺寸〔b〕VXI系统(xìtǒng)连接器的总线分布第五十四页，共59页。1、VXI总线(zǒnɡxiàn)装置的类型存放器基装置存储器装置消息(xiāoxi)基装置扩展装置图4VXI总线(zǒnɡxiàn)通信规程示意图2、VXI总线系统中采用的软件标准IEEE488.2可编程仪器标准命令SCPI第五十五页，共59页。3、VXI总线系统中两个特殊(tèshū)功能负责机箱背板管理的0号插槽功能——0号插槽处于每个VXI总线机箱中特定的