第12章智能仪器中通信接口技术

第12章智能仪器中的通信接口技术本章内容12.1数据通信基础12.2串行通信接口智能仪器和智能仪器、计算机之间需要进行各种信息的交换和传输，这种信息的交换和传输通过仪器的通信接口按照一定的 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 实现。通信接口：各仪器之间或仪器与计算机之间进行信息交换和传输的联络装置12.1数据通信基础12.1.1数据通信的基础知识1.数据通信的基础知识通信系统是传递信息所需要的一切技术设备的总和。通信系统一般由信息源、信息接收者、发送、接收设备、传输媒介几部分组成。⑴信息源和信息接收者信息源（信源）和信息接收者（信宿）是信息的产生者和使用者。⑵发送设备其基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并转换为便于传输的信号形式，送往传输媒介。⑶传输媒介指发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介。⑷接收设备其基本功能与发送设备的功能相反，它对接收到的信号进行解调、译码、解密等。以上是单向系统，若是双向系统，则通信双方都要有发送设备和接收设备。2.信道的带宽和数据速率⑴信道的带宽任何信道所能传输的信号的频率都有一定的范围,称为信道的带宽。⑵数据的速率 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 征一个信道传输数字信号的能力的指标称为数据速率。3.数字调制技术所谓调制就是利用调制信号（携带有信息的基带信号）去改变高频振荡载波的某个（或某几个）参数的波形变换过程。4.多路复用技术在一条物理通道上同时传输多路信息的技术。12.1.2差错控制技术在通信系统中采用的发现误码并加以纠正，从而把差错控制在尽可能小的范围内的技术。1.奇偶校验码奇偶校验是通过增加冗余位使码字中“1”的个数保持奇数或偶数的校验方法。若冗余位使编码中“1”的个数为奇数则为奇校验，反之为偶校验。2.方块校验方块校验又叫报文校验。其方法是在一批字符（报文）传送之后，另外增加一个校验字符，该字符的编码方法是使每一位纵向代码中“1”的个数成为奇数或偶数。3.循环冗余校验方法是将要发送的二进制数据位序列当作一个二进制多项式f(x)系数，在发送方用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除，得到一个余数多项式，将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端，接收端将收到的f(x)除以G(x)，若余数多项式与接收到的相同，则表示传输正确。4.差错控制方法自动请求发送和前向纠错。12.1.3通信规程与同步技术1.异步通信方式每次传送1个字节的数据。通信时，1帧信息以起始位和停止位来完成收发同步。2.同步通信方式每次传送由n个字节构成的数据块。通信时，用1个或2个同步字符表示传送字符的开始，接着是n个字节的数据块，字符之间没有空隙，当无字符发送时，连续送出同步字符。12.2串行通信接口通信双方的数据沿一根或两根线实现二进制序列的传输称为串行通信。只要增加MODEM，利用现有的通信信道（如电话线）就可实现远程通信。数据的传送方式分为单工方式、半双工方式和全双工方式。⑴单工方式：通信双方一方固定为发送方、另一方固定为接收方，数据只能由发送方→接收方。⑵半双工方式：通信双方都具有发送和接收数据能力，发送或接收数据分时使用同一条传输线。⑶全双工方式：通信双方收发使用不同的传输线，在同一时刻，收发双方既可发送又可接收。图12.1串行通信传输方式按同步方式（时钟控制方式）分为同步串行通信和异步串行通信两种方式。⑴同步串行通信串行数据在发送端和接收端使用同步时钟，使发送和接收保持同步。图12.2同步通信方式同步通信将数据顺序连接起来，控制信息也以字符形式表示，以数据块为传送单位。数据块开始有1～2个同步字符（SYN），中间是数据，最后为1～2个校验字符。接收方接收到数据后用校验字符对接收到的数据进行校验，以判断传输是否正确。这样构成的一组数据块称为一帧信息，一帧信息的字符数可达成百上千个。同步通信传输速度较快，但要求准确时钟来实现收发双方的严格同步，适用于传送成批数据。一般用于高速通信。在低速通信时采用异步方式。⑵异步串行通信收发双方使用独立的时钟，在信息传输过程中不必与数据一起发送同步脉冲。通信双方以字符为通信单位，每个字符由1个起始位（0）、5～8个数据位、1个校验位、1位（1.5位或2位）停止位（逻辑1电平）组成。图12.3异步通信数据传输格式一帧数据可由10位、10.5位或11位组成，数据一帧一帧的传送。每帧数据的传送依靠起始位来同步，发送方发送完一个字符的停止位后，可立即发送下一个字符的起始位，继续发送下一个字符。12.2.1RS-232C串行总线标准RS-232C是美国电子工业协会EIA在1973年公布的一种串行数据通信标准。该标准定义了数据终端设备DTA和数据通信设备DCE之间的接口特性，提供了一个利用共用电话网络作为传输媒介、通过调制解调器将远程设备连接起来的技术规定。两个远程设备利用RS-232C进行数据传输的典型连接电路如下图。图12.4RS-232C在电路中的位置在通信设备的一端，调制解调器将一系列用“1”、“0”表示高、低电压的数字信号转换为相应的能与电话网相容的模拟频率信号；在通信设备的另一端，另一个调制解调器将模拟频率信号变回一系列用“1”、“0”表示高、低电平的数字信号。1.RS-232C的电气特性⑴逻辑电平RS-232C采用负逻辑电平，发送数据时，发送端输出的逻辑“0”表示正电平（+5～＋15V），输出的逻辑“1”表示负电平（-5V～-15V）。接收数据时，接收端接收的+3V～+15V高电平表示逻辑“0”，-3V～-15V低电平表示逻辑“1”。RS-232C的噪声容限是2V(因发送电平和接收电平的差为2V)，共模抑制能力较差。实际工作时，应保证电平的绝对值在3～15V之间。⑵传输距离和传输速率传输距离最大约为15m。通信介质可选同轴电缆，双绞线，光纤等。最高速率为20kbps。2.RS-232C的接口信号线定义RS-232C标准规定在进行连接时采用一对物理连接器。在实际应用中，有25针和9针两种D型连接器，由于9针连接器节省空间，应用较多。表12.1RS-232C信号定义 25针 9针 简称 各称（传输方向） 功能 1 1 保护地 保护地 连外壳  2 3 TXD 发送DTE→DCE DTE发送串行数据端  3 2 RXD 接收DTE←DCE DTE接受串行数据端  4 7 RTS 请求发送DTE→DCE DTE请求发送  5 8 CTS 清除发送DTE←DCE DCE已准备好接收（清除发送）  6 6 DSR 数据设备就绪DTE←DCE DCE准备就绪 7 5 SG 信号地 信号接地端  8 1 DCD 数据载波检测DTE←DCE DCE接收到远程载波信号  20 4 DTR 终端就绪DTE→DCE DTE准备就绪 22 9 RI 振铃指示DTE←DCE DCE与线路接通，出现振铃⑴状态线·DSR：数据装置准备就绪，输入信号，通常表示MODEM已接通电源连到通信线路上，并处于数据传送方式。可用作数据通信设备MODEM响应数据终端设备的联络信号。·DTR：数据终端准备就绪，输出信号，通常当数据终端加电时，该信号有效，表明数据终端准备就绪。可用作数据终端设备发给数据通信设备MODEM的联络信号。⑵联络线·RTS：请求发送端，当DTE准备好送出数据时，该信号有效，通知DCE准备接收数据。·CTS：允许发送，输入信号，当DCE已准备好接收DTE传来的数据时，该信号有效，响应RTS信号，通知DTE开始发送数据。RTS和CTS是一对用于发送数据的联络信号。⑶数据线·TXD：数据发送端，DTE发送数据到DCE。·RXD：数据接收端，DTE从DCE接收数据。⑷地线·SG：信号地·PG：保护地，起屏蔽保护作用的接地端，一般连到设备的外壳或机架上，必要时连接到大地。⑸其余·DCD：载波检测，用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。·RI：振铃指示，当DCE收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE，已被呼叫。3.RS-232C的连接⑴近程连接通常的应用系统中，往往是配有RS-232C串行接口的CPU和I/O设备之间传送信息。如PC和单片机之间的通信，在通信距离小于15m时，可直接用RS-232C信号线相连。如图12.5。(a)图为TXD和RXD交叉相连，不带握手信号，称三线方式，应用最为广泛。(b)图为带握手通信的连接方式，RTS和CTS互联，用请求发送RTS产生允许发送CTS，表明请求传送总是允许，满足全双工通信联络要求。DTR和DSR互联，用数据终端准备好产生数据装置准备好。(c)图是另一种直接互联的通信方式。图12.5RS-232C近程连接方式⑵远程连接当通信距离超过15m时需要采用远程连接方式，如图12.6，远距离通信靠两个MODEM之间的通信介质完成，通信距离取决于介质的性能和波特率的高低。若某设备（DTE1）要发送数据至对方（DTE2），DTE1首先通过接口电路发出RTS（请求发送）信号，此时，若DCE1（MODEM1）允许传送，则向DTE1回答CTS（允许发送）信号。当DTE1获得CTS信号后，通过TXD线向DCE1发出串行信号，DCE1将这些数字信号调制成模拟信号（又称载波信号），传向对方的DCE2（MODEM2）。当对方的DCE（MODEM2）收到载波信号后，向DTE2发出DCD信号（数据载波检出），通知DTE2准备接收，同时，将载波信号解调为数据信号，从RXD线上送给DTE2，DTE2通过串行接收移位寄存器对接收到的位流进行移位，当收到1个字符的全部位流后，把该字符的数据位送到数据输入寄存器，CPU可以从数据输入寄存器读取字符。图12.6RS-232C远程连接方式4.单片机与RS-232C接口当计算机和单片机通过RS-232C通信时必须进行电平转换。如下图。图12.7单片机与RS-232C的转换电路5.RS-232C的不足⑴接口信号电平值较高，易损坏接口电路芯片，且与TTL电平不兼容。⑵采用单端驱动、单端接收的单端双极性电路标准，一条线路传输一种信号。⑶传输速率较低，在异步传输时，波特率最大为19200bps。⑷传输距离有限，最大传输距离只有15米左右。12.2.2RS485通信接口标准RS-485采用平衡差动传输方式。一个发送器可驱动32个接收器，总线上可连接多至32个驱动器和接收器，可采用二线与四线工作方式。采用四线方式时，可实现全双工通信，实现点对多的通信。采用二线工作方式时，可有多个驱动器和接收器连接至总线，并且其中任何一个均可发送或接收数据。通信采用半双工工作方式。而且在总线上，同一时刻只有一个发送器发送数据，其他发送器处于关闭状态。RS-485的二线工作方式连线简单，成本低，在工业上使用普遍。MAX481/483/485/487是常见的RS-485收发器。图12.8MAX481/483/485/487引脚图下图为利用MAX481/483/485/487实现的半双工通信方式连接多个设备连线图。图12.9利用MAX485实现多个设备连线END