数字化仪器通信接口.ppt

数字化医疗仪器数字化医疗仪器第四章第四章 数字化仪数字化仪器通信接口器通信接口4.14.1 GP-IBGP-IB通用接口总线通用接口总线4.4.1 GP-IB4.4.1 GP-IB标准接口系统概述标准接口系统概述qGP-IB(General Purpose Interface Bus)---是国际通是国际通用的仪器用的仪器接口标准接口标准.一、一、GP-IB标准接口系统的基本特性标准接口系统的基本特性q该标准包括接口和总线两部分该标准包括接口和总线两部分. 接口部分接口部分:由各种逻辑电路组成由各种逻辑电路组成,与各仪器装置安装在与各仪器装置安装在一起一起,用于对传送的信息进行发送、接受、编码和译用于对传送的信息进行发送、接受、编码和译码码. 总线部分总线部分:是一条无源的多芯电缆是一条无源的多芯电缆,用作传输各种消息用作传输各种消息.q图图4-1系统中系统中,要进行联络至少有要进行联络至少有 讲者讲者,听者听者,控者控者三类三类装置装置.讲者讲者: 是通过总线发送仪器消息的仪器装置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。

如测量仪器、数据采集器、计算机等听者听者:是通过总线接受由讲者发出消息的装置是通过总线接受由讲者发出消息的装置如打印机、信号源等如打印机、信号源等.控者控者: 是数据传输过程中的组织者和控制者是数据传输过程中的组织者和控制者如计算机如计算机q对于系统中的某一台装置可以具有三要素对于系统中的某一台装置可以具有三要素(讲讲者者,听者听者,控者控者)中的一个，二个或全部中的一个，二个或全部GP-IB系统中的计算机一般同时具有讲者、听者、系统中的计算机一般同时具有讲者、听者、控者的功能控者的功能qGP-IB标准接口系统的基本特性如下标准接口系统的基本特性如下: P91~92GP-IBGP-IB标准接口系统标准接口系统二二.GP-IB标准接口的总线结构标准接口的总线结构l24芯电缆：芯电缆：其中其中16条被用做信号线，其余被用做逻辑条被用做信号线，其余被用做逻辑地线及屏蔽线地线及屏蔽线l总线上传递的各种信息通称为消息，总线上传递的各种信息通称为消息， 见下图：见下图：接口消息和仪器消息接口消息和仪器消息接口消息接口消息:管理接口部分完成各种接口功能的信息，它由管理接口部分完成各种接口功能的信息，它由控者发出，只被接口部分所接受和利用。

控者发出，只被接口部分所接受和利用仪器消息仪器消息:与仪器自身工作密切相关的信息，只被仪器部与仪器自身工作密切相关的信息，只被仪器部分接受和利用分接受和利用GP-IB标准接口总线标准接口总线中的中的16条线按功能可分为条线按功能可分为三组：三组：1、、8条双向数据总线条双向数据总线2、、3条数据挂钩联络线条数据挂钩联络线(三线挂钩原理三线挂钩原理) 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，称为三线挂钩技术地传输数据，称为三线挂钩技术 DAV:数据有效线数据有效线 NRFD:数据未就绪线数据未就绪线 NDAC:数据未收到线数据未收到线3、、5条接口管理控制线条接口管理控制线 作用是控制作用是控制GP-IB总线接口的状态总线接口的状态 ATN: 注意线注意线 IFC: 接口清除线接口清除线 REN:远程控制线远程控制线 SRQ:服务请求线服务请求线 EOI:结束或识别线结束或识别线三、三线挂钩原理三、三线挂钩原理见下图见下图三线挂钩简单时序三线挂钩简单时序4.1.24.1.2接口功能和接口消息接口功能和接口消息一、仪器功能与接口功能一、仪器功能与接口功能仪器功能仪器功能:把收到的控制信息变成仪器设备的实际动作。

把收到的控制信息变成仪器设备的实际动作接口功能接口功能:是指完成系统中各仪器设备之间正确通信是指完成系统中各仪器设备之间正确通信,确保确保 系统正常工作的能力系统正常工作的能力二、接口功能的配置二、接口功能的配置(十种接口功能十种接口功能)三、接口消息及编码三、接口消息及编码按用途分按用途分,总线上传递的消息可分为总线上传递的消息可分为①①接口消息接口消息②②仪器消息仪器消息按传递的途径分按传递的途径分: ①①本地消息本地消息②②远地消息远地消息按信号线的数目分按信号线的数目分: ①①单线消息单线消息:无需编码无需编码 ②②多线消息多线消息:需统一编码，表需统一编码，表4-1q仪器消息也有明确的编码与格式仪器消息也有明确的编码与格式.4.1.3GP-IB4.1.3GP-IB标准接口系统的运行标准接口系统的运行( (图图4-4)4-4)自动测试系统框图自动测试系统框图4.24.2 串行通信总线串行通信总线4.2.14.2.1串行通信基本方式串行通信基本方式l构成字符的每个二进制数据位构成字符的每个二进制数据位,依照一定的顺序逐位进行依照一定的顺序逐位进行传送的通信方式。

传送的通信方式l串行通信分为串行通信分为:同步通信和异步通信同步通信和异步通信 同步通信同步通信:传输速度快传输速度快,实用性差实用性差,容易出错容易出错异步通信异步通信:传输速度较慢传输速度较慢,出错率低出错率低4.2.24.2.2串行通信协议串行通信协议l串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成：串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成： 串行通信方式串行通信方式l在在异步通信中异步通信中,接受和发送双方必须保持相同的传送速接受和发送双方必须保持相同的传送速率即波特率率即波特率l波特率波特率:每秒传送的二进制数每秒传送的二进制数(比特比特/秒秒)典型典型:1200,2400,4800,9600,19200bit/s等4.2.34.2.3RS-232CRS-232C标准标准( (图图4-16)4-16)RS-232CRS-232C标准联结图标准联结图l25针的连接器针的连接器,最常用的是最常用的是9个通信信号个通信信号①①基本数据传送信号基本数据传送信号②②调制解调器控制信号调制解调器控制信号一一.基本数据传送信号基本数据传送信号TXD:发送数据信号发送数据信号.RXD:接受数据信号接受数据信号.GND:地信号地信号.二二.Modem控制信号控制信号l从计算机到从计算机到Modem信号信号:DTS:数据终端就绪信号数据终端就绪信号.RTS:请求发送信号请求发送信号.l从从Modem到计算机信号到计算机信号DSR:数据装置就绪信号数据装置就绪信号.CTS: 允许发送信号允许发送信号.DCD:数据载波检测信号数据载波检测信号.RI:振铃指令信号振铃指令信号.l在在实际的微机及微机化设备的通信中实际的微机及微机化设备的通信中,不需要不需要Modem.l下图中只使用了下图中只使用了TXD、、RXD和和GND三根线：三根线：“零调制解调器零调制解调器”联结图联结图lRS-232C标准使用负逻辑标准使用负逻辑 ‘1’ 在在-5V~-15V; ‘0’ 在在+5V~+15V. 不与不与TTL兼容兼容,必须进行电平转换必须进行电平转换.l传输线传输线驱动器驱动器MC1488;传输线传输线接受器接受器MC1489.图图4-18RS232C与与TTL电平变换器电平变换器4.34.3 串行通信接口电路的设计串行通信接口电路的设计4.3.14.3.1智能仪器串行通信接口的结构智能仪器串行通信接口的结构一、串行通信接口的扩展一、串行通信接口的扩展Ø串行接口完成串并转换，它与串行接口完成串并转换，它与CPU的数据接口是并行的数据接口是并行的，而与外界的数据接口应是串行的，图的，而与外界的数据接口应是串行的，图4-19。

二、二、MCS-51串行通信接口结构及通信方式串行通信接口结构及通信方式l图图4-20 MCS-51内部有一个全双工的串行口内部有一个全双工的串行口内部有两个独立的接受，发送缓冲器内部有两个独立的接受，发送缓冲器SBUF公用一公用一个地址个地址99H，，使用同一标号使用同一标号SBUFl由由SCON，，PCON控制串行口的工作方式及波特率控制串行口的工作方式及波特率定时器定时器T1作为波特率发生器作为波特率发生器采用采用8250的串行接口扩展电路的串行接口扩展电路MCS-51串行口原理图串行口原理图lSCON:包含串行口的方式选择位，接受发送控制位和包含串行口的方式选择位，接受发送控制位和串行口的状态标志串行口的状态标志,地址为地址为98H，，可位寻址格式如下可位寻址格式如下lSM0、、SM1：：为串行口的方式选择位，见下表：为串行口的方式选择位，见下表：位位功能功能SM0 SM1SM2RENTB8RB8TIRI位位地址地址9F9E9D9C9B9A9998lSM2:为允许方式为允许方式2,3的多机通信控制位的多机通信控制位.lREN:允许串行接受位允许串行接受位.lTB8:lRB8:lTI:为发送中断标志为发送中断标志.lRI:为接受中断标志为接受中断标志.lPCON:波特率系数控制寄存器波特率系数控制寄存器,地址为地址为87H，格，格式如下式如下lSMOD=1, 使波特率加倍使波特率加倍.SMOD MCS-51MCS-51共有四种工作方式共有四种工作方式l方式方式0: 移位寄存器输入输出方式。

移位寄存器输入输出方式l方式方式1: 8位异步通信接口位异步通信接口l方式方式2: 波特率固定的波特率固定的9位异步通信接口位异步通信接口l方式方式3: 波特率可变的波特率可变的9位异步通信接口位异步通信接口方式方式2,3利用利用SCON中的中的SM2位位,可方便地实现可方便地实现双机通信双机通信4.3.24.3.2MCS-51MCS-51系统串行通信设计举例系统串行通信设计举例一、双机通信一、双机通信 (图图4-21)l设甲机发送设甲机发送,乙机接受乙机接受.l对于单片机之间的通信对于单片机之间的通信,只要设定发送机和接受机处只要设定发送机和接受机处于相同的工作方式，即可保证数据传送格式相同于相同的工作方式，即可保证数据传送格式相同双机通信示意图双机通信示意图二二.多机通信多机通信l主从机之间可相互通信，但从机之间不能直接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主从式多机分布式系统4.3.34.3.3PCPC机系统与机系统与MCS-51MCS-51系统的通信系统的通信lPC机具有标准机具有标准RS-232C串口串口,而而MCS-51单片机本身具单片机本身具有全双工的串行口，只需配一些驱动隔离电路就可构有全双工的串行口，只需配一些驱动隔离电路就可构成一个分布式系统。

成一个分布式系统IBM-PCIBM-PC与单片机接口与单片机接口4.4 RS-4224.4 RS-422总线与总线与RS-485RS-485总线总线 RS-232C缺点：只能一对一地通信，不借助于缺点：只能一对一地通信，不借助于Modem时数据传输距离仅时数据传输距离仅15米；米； 其接口电路是单端驱动，单端接收，如下图所示其接口电路是单端驱动，单端接收，如下图所示 4 4．．4 4．．1 RS-4221 RS-422总线总线只有四根信号线，其接口采用平衡驱动差动接收电路只有四根信号线，其接口采用平衡驱动差动接收电路  这种接口电路形式还使得一个驱动器能同时接多个接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，因此可利用收器，因此可利用RS-422实现多台计算机的互连，构实现多台计算机的互连，构成主、从式通信网络成主、从式通信网络 如下图所示如下图所示4 4．．4 4．．2 RS-4852 RS-485总线总线 RS-485是是RS-422的变型，采用二线制；在发送端增加的变型，采用二线制；在发送端增加了使能控制。

下图为两个了使能控制下图为两个RS-422接口改接成接口改接成RS-485方式方式互连互连 区别：区别：RS-422支持全双工方式通信；而支持全双工方式通信；而RS-485只能用半双只能用半双工方式通信工方式通信 多个多个RS-485RS-485接口互连：接口互连：4 4．．4 4．．3 RS-232C3 RS-232C／／RS-422RS-422／／RS-485RS-485转换器转换器RS-232C／／RS-422／／RS-485转换原理示意图：转换原理示意图： 4.5 USB4.5 USB通用串行总线通用串行总线lUSB(UniversalSerialBus)是是 由由 DEC、、 IBM、、 Intel、、Microsoft以以及及NEC等等7家家高高技技术术企企业业制制定定的的串串行行接接口口总线标准总线标准l目前微机外设接口有多种，如键盘的插口是圆的，打目前微机外设接口有多种，如键盘的插口是圆的，打印插口是印插口是D形等，利用形等，利用USB可把这些不同的接口统一可把这些不同的接口统一起来l使用一个使用一个4针的插头作为标准插头，可连接的外围设备针的插头作为标准插头，可连接的外围设备数目最多达数目最多达127个，支持热插入个，支持热插入(Hot Plug In)和即插即和即插即用用(Plug&Play)，，最高传送速度可达最高传送速度可达12Mb／／s，，既可用既可用于低速的外围设备，如键盘、鼠标等，也可用于中速于低速的外围设备，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、扫描仪装置，如打印机、数码照相机、调制解调器、扫描仪等。

它的主要特点如下：等它的主要特点如下：  (1)USB连连接接外外围围设设备备时时可可使使用用集集线线器器进进行行树树形形连连接接，，连连接接的的外外围围设设备备数数目目最最多多达达127个个，，从从主主装装置置开开始始可可以以经经由由5层层集集线线器器进进行行菊菊花花链链连连接接连连接接于于USB上上的的装装置置都都不不是是终终点点，，而而是是能能够够利利用用集集线线器器连连接接其其他他装装置置的的分分叉叉点 (2)USB允许允许2种数据传送速度规格，种数据传送速度规格，1.5Mb／／s叫做低速叫做低速传送，传送，12Mb／／s叫做全速传送叫做全速传送 (3)USB有有同同步步、、中中断断、、批批量量三三种种数数据据传传送送模模式式，，同同步步传传送送主主要要用用于于数数码码相相机机、、扫扫描描仪仪等等中中速速外外围围设设备备中中断断传传送送用用于于键键盘盘、、鼠鼠标标等等低低速速设设备备；；而而批批量量传传送送则则供供打打印印机机、、调调制制解解调调器器、、数数字字音音响响等等不不定定期期传传送送大大量量数数据据的中速设备使用的中速设备使用(4)USB采用采用NRZI(Non Returnto Zero lnvert，，不归零翻不归零翻转转)编码传送格式，试图减少误码率。

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总线可以为低功耗装置提供电源l 另另一一种种串串行行接接口口标标准准IEEE 1394在在一一些些领领域域也也得得到到了了应应用用，，该该标标准准主主要要是是作作为为数数字字化化视视频频和和音音频频的的接接口口标标准。