智能仪器第六章精.ppt

智能仪器第六章第1页，本讲稿共40页一、数据通信基础一、数据通信基础基础知识基础知识 通信系统的组成通信系统的组成 信道的带宽和数据速率信道的带宽和数据速率 数字调制技术数字调制技术 多路复用技术多路复用技术第2页，本讲稿共40页1 1、通信系统的组成、通信系统的组成组成：组成：信息源和信息接收者；发送设备；信息源和信息接收者；发送设备；传输介质；接收设备。传输介质；接收设备。数字通信系统的结构（单向）数字通信系统的结构（单向）第3页，本讲稿共40页2 2、通信的带宽和数据速率、通信的带宽和数据速率 信道的带宽：信道的带宽：是指信道所能传输的信号的频率是指信道所能传输的信号的频率 的范围。传输的介质、相关附加设的范围。传输的介质、相关附加设 备和电路的频率特性综合决定。备和电路的频率特性综合决定。数据速率：数据速率：是指表征一个信道传输数字信号能是指表征一个信道传输数字信号能 力的指标。以信号每秒所能传送的力的指标。以信号每秒所能传送的 二进制位为单位的，记作二进制位为单位的，记作Bit/sBit/s或或 bps bps。码元速率和数据速率的关系。码元速率和数据速率的关系。第4页，本讲稿共40页3 3、数字调制技术、数字调制技术调制：调制：利用带有信息的基带信号去改变高频振荡 载波的某个参数的波形变换过程。分为正正 弦波调制（模拟调制和弦波调制（模拟调制和数字调制数字调制）和脉冲）和脉冲 调制调制。调制方式：调制方式：调幅、调频和调相。第5页，本讲稿共40页3 3、数字调制技术、数字调制技术数字调制波形数字调制波形第6页，本讲稿共40页4 4、多路复用技术、多路复用技术多路复用技术：多路复用技术：在一条物理通道上同时传送多路 信息的技术。FDM和TDM。频分多路复用（频分多路复用（FDMFDM）：）：物理通道可提供的带宽很宽，允许将物理信道的总带宽分割成若干个和传输单个信号带宽相同的子信道，每个信道传输一路子信号。在频分多路复用前，进行频谱搬移。时分多路复用（时分多路复用（TDMTDM）：）：将一条物理传输线路按时间分成若干时间片轮换地为多个信号所使用，每个时间片由一个信号占用。适合数字信号的传输。第7页，本讲稿共40页一、数据通信基础一、数据通信基础差错控制技术差错控制技术 奇偶校验码奇偶校验码 方块校验方块校验 循环冗余校验（循环冗余校验（CRCCRC）差错控制方法差错控制方法误码的产生：发送端和接收端数据的不一致。差错控制技术将差错控制在尽可能小的范围内，利用差错控制编码（检错码和纠错码），在发送数据之前按某种关系编码，形成了冗余位。编码效率编码效率R R衡量编码性能的好坏。第8页，本讲稿共40页1 1、奇偶校验码、奇偶校验码奇偶校验：通过增加冗余位使码字中奇偶校验：通过增加冗余位使码字中“1”“1”的个数保的个数保 持奇数或偶数的校验方法。分为奇校持奇数或偶数的校验方法。分为奇校 验和偶检验。验和偶检验。优优 点：编码效率高，容易实现；点：编码效率高，容易实现；缺缺 点：漏检率高，且不具备纠错能力。点：漏检率高，且不具备纠错能力。第9页，本讲稿共40页2 2、方块校验、方块校验方块校验：报文校验或水平冗余校验。方块校验：报文校验或水平冗余校验。设计思想：在一批报文传送之后，另外增加一个设计思想：在一批报文传送之后，另外增加一个 校验字符，该字符的编码方法是使每校验字符，该字符的编码方法是使每 一位纵向代码中一位纵向代码中“1”“1”的个数成为奇数或的个数成为奇数或 偶数。偶数。优优 点：能够纠正错码，降低了误码率。点：能够纠正错码，降低了误码率。缺缺 点点:冗余校验位的编码和检测都比较复杂。冗余校验位的编码和检测都比较复杂。第10页，本讲稿共40页3 3、差错控制方法、差错控制方法 自动请求重发（自动请求重发（ARQARQ）接收端查出错误后设法通知发送方重发，直至接接收端查出错误后设法通知发送方重发，直至接收正确。要求发送方有数据缓冲区存放已发送的收正确。要求发送方有数据缓冲区存放已发送的数据，并具有双向通道。数据，并具有双向通道。前向纠错（前向纠错（FECFEC）可以前向纠错，必须采用纠错编码，使用冗余位可以前向纠错，必须采用纠错编码，使用冗余位更多，编码效率低，而且纠错的设备要比检错的更多，编码效率低，而且纠错的设备要比检错的设备复杂得多。设备复杂得多。第11页，本讲稿共40页一、数据通信基础一、数据通信基础通信规程与同步技术通信规程与同步技术 异步通信方式异步通信方式 同步通信方式同步通信方式 数据通信中，传输的一组二进制数位串可以代表数据通信中，传输的一组二进制数位串可以代表同步字符、通信双方的地址、通信数据或为了差错检同步字符、通信双方的地址、通信数据或为了差错检验与控制而加入的冗余位。所有这些都是按照通信协验与控制而加入的冗余位。所有这些都是按照通信协议规定的。通信协议分异步协议和同步协议。议规定的。通信协议分异步协议和同步协议。第12页，本讲稿共40页1 1、异步通信方式、异步通信方式 异步协议把字符看作一个独立的信息，在每个字异步协议把字符看作一个独立的信息，在每个字符的起止处同步，各字符间的相对时间可以变化。与符的起止处同步，各字符间的相对时间可以变化。与之对应的通信方式称为异步通信方式。之对应的通信方式称为异步通信方式。异步通信时每个字符都要用起始位和停止位作为字符异步通信时每个字符都要用起始位和停止位作为字符的开始和结束标志，因此数据的传送效率低。的开始和结束标志，因此数据的传送效率低。第13页，本讲稿共40页2 2、同步通信方式、同步通信方式 同步协议则把许多字符组成一个数据块，在该同步协议则把许多字符组成一个数据块，在该数据块的起始处用数据块的起始处用8 8位或位或1616位特定的字符进行同步。位特定的字符进行同步。收发两端维持固定的时钟。与之对应的通信方式称收发两端维持固定的时钟。与之对应的通信方式称为同步通信方式。为同步通信方式。第14页，本讲稿共40页一、串行通信几种常用的总线标准及应用一、串行通信几种常用的总线标准及应用 RS-232 RS-232标准标准 RS-422 RS-422标准标准 RS-485 RS-485标准标准 串行通信是智能仪器中常用的通信方式，并被广泛串行通信是智能仪器中常用的通信方式，并被广泛应用与数据通信、计算机网络及分布式工业系统中。为应用与数据通信、计算机网络及分布式工业系统中。为使不同厂商生产和开发的各种型号的智能仪器在通信时使不同厂商生产和开发的各种型号的智能仪器在通信时能方便地用一条标准的总线电缆连接起来，仪器的串行能方便地用一条标准的总线电缆连接起来，仪器的串行通信接口应该是标准化的。以下是通信接口应该是标准化的。以下是EIAEIA制定的常用的串制定的常用的串行通信标准：行通信标准：第15页，本讲稿共40页一、串行通信一、串行通信 RS-232RS-232标准及应用标准及应用 RS-232RS-232接口信号定义及主要接口信号简介接口信号定义及主要接口信号简介 RS-232RS-232电气特性电气特性 用用RS-232RS-232标准总线连接系统标准总线连接系统 RS-232 RS-232接口的构成方式接口的构成方式 RS-232 RS-232标准的缺陷标准的缺陷第16页，本讲稿共40页1 1、RS-232RS-232接口信号定义及主要接口信号简介接口信号定义及主要接口信号简介RS-232RS-232标准的标准的2525根信号线的插头根信号线的插头第17页，本讲稿共40页1 1、RS-232RS-232接口信号定义及主要接口信号简介接口信号定义及主要接口信号简介第18页，本讲稿共40页 数据信号（数据信号（4 4根）根）TxDTxD、RxDRxD 控制信号（控制信号（1111根）根）RTSRTS、CTSCTS、DTRDTR、DSRDSR 定时信号（定时信号（3 3根）根）地线（地线（2 2根）保护地、信号地根）保护地、信号地1 1、RS-232RS-232接口信号定义及主要接口信号简介接口信号定义及主要接口信号简介第19页，本讲稿共40页2 2、电气特性、电气特性 RS232RS232标准采用标准采用负逻辑负逻辑 “1”“1”5 515V15V “0”“0”5 515V15V 与与TTLTTL逻辑电平不同，为了便逻辑电平不同，为了便于连接，需要进行于连接，需要进行电平转换电平转换。第20页，本讲稿共40页2 2、电气特性、电气特性第21页，本讲稿共40页2 2、电气特性、电气特性第22页，本讲稿共40页3 3、用、用RS-232RS-232标准总线连接系统标准总线连接系统DTEDTE方式与方式与DCEDCE方式接口方式接口第23页，本讲稿共40页3 3、用、用RS-232RS-232标准总线连接系统标准总线连接系统DTEDTE间连接的最简单方式间连接的最简单方式第24页，本讲稿共40页4 4、RS-232RS-232标准的缺陷标准的缺陷（1 1）传输线附近的干扰波）传输线附近的干扰波 en （2 2）驱动器和接收器地电平之间的压差）驱动器和接收器地电平之间的压差AA、B B第25页，本讲稿共40页二、串行通信二、串行通信RS-422RS-422 RS-422 RS-422标准简介标准简介 RS-422 RS-422标准的实现标准的实现 主从式多机通信的原理（主从式多机通信的原理（RS422RS422）RS-422/485RS-422/485标准在主从式多机通信的应用标准在主从式多机通信的应用第26页，本讲稿共40页1 1、RS-422RS-422标准简介标准简介采用平衡驱动器和差分接收器的采用平衡驱动器和差分接收器的RS-422RS-422标准标准第27页，本讲稿共40页 电平转换：电平转换：与与RS232RS232类似，类似，RS422RS422采用串采用串 行通信接口芯片，无论发送行通信接口芯片，无论发送 还是接收，需要电平转换芯片。还是接收，需要电平转换芯片。常用电平芯片：常用电平芯片：MC3487(MC3487(驱动器驱动器)MC3486(MC3486(接收器接收器)2 2、RS-422RS-422标准的实现标准的实现第28页，本讲稿共40页3 3、主从式多机通信的原理、主从式多机通信的原理主从分布式计算机测控系统的结构框图主从分布式计算机测控系统的结构框图第29页，本讲稿共40页3 3、主从式多机通信的原理、主从式多机通信的原理从机的串行口工作方式（从机的串行口工作方式（SCONSCON，SM0,SM1SM0,SM1）：）：（1 1）方式）方式0 0：同步移位寄存器，：同步移位寄存器，fosc/12 （2 2）方式）方式1 1：1010位异步收发，定时器控制波特率位异步收发，定时器控制波特率（3 3）方式）方式2 2：1111位异步收发，位异步收发，fosc/32 或或fosc/64（4 4）方式）方式3 3：1111位异步收发，定时器控制波特率位异步收发，定时器控制波特率 TB8:TB8:发送的可编程位发送的可编程位(SCON.3)(SCON.3)RB8:RB8:接收可编程位接收可编程位(SCON.2)(SCON.2)第30页，本讲稿共40页3 3、主从式多机通信的原理、主从式多机通信的原理从机通信时的地址从机通信时的地址/数据识别功能：数据识别功能：SM2:SM2:多机通信控制位多机通信控制位(SCON.5)(SCON.5)多机通信过程：多机通信过程：1 1、所有从机的、所有从机的SM2SM2置置1 1，处于只接收地址帧的状态，处于只接收地址帧的状态2 2、主机发送一帧地址信息，第、主机发送一帧地址信息，第9 9位为位为1 1。3 3、比较地址。相符，接收主机数据信息；、比较地址。相符，接收主机数据信息；不相符，等待主机发送新的地址帧。不相符，等待主机发送新的地址帧。第31页，本讲稿共40页4 4、RS-422/485RS-422/485在主从式多机通信的应用在主从式多机通信的应用采用采用RS-485RS-485标准进行多机通信的线路原理标准进行多机通信的线路原理第32页，本讲稿共40页三、智能仪器中数据的并行通信三、智能仪器中数据的并行通信通过通过8255A8255A实现的主从式多机系统实现的主从式多机系统第33页，本讲稿共40页1 1、通过、通过8255A8255A实现实现CPUCPU间并行通信的线路间并行通信的线路第34页，本讲稿共40页2 2、通过、通过8255A8255A实现实现CPUCPU间并行通信的工作原理间并行通信的工作原理 数据从数据从80318031到到8255A8255A通道通道A A 数据从数据从8255A8255A通道通道A A到到80318031 数据从数据从PCPC机到机到8255A8255A通道通道A A 数据从数据从8255A8255A通道通道A A到到PCPC机机第35页，本讲稿共40页3 3、通过双口、通过双口RAMRAM实现实现CPUCPU间数据并行通信间数据并行通信双口双口RAMRAM实现实现CPUCPU数据并行通信的结构图数据并行通信的结构图第36页，本讲稿共40页3 3、双口、双口RAMRAM实现实现CPUCPU间并行通信间并行通信有等待状态的有等待状态的CPUCPU典型的双端口存储器方框图典型的双端口存储器方框图第37页，本讲稿共40页3 3、通过双口、通过双口RAMRAM实现实现CPUCPU间数据并行通信间数据并行通信 IDT71321IDT71321具有两套完全独立的数据线、地址线、具有两套完全独立的数据线、地址线、读读/写控制线。写控制线。当访问当访问RAMRAM产生竞争时，由于其内部具有两套独立的产生竞争时，由于其内部具有两套独立的仲裁电路，能保证仲裁电路，能保证CPUCPU读读/写的正确性。写的正确性。具有两套完全独立的中断逻辑，用于完成两侧具有两套完全独立的中断逻辑，用于完成两侧CPUCPU间间的握手控制。的握手控制。IDT71321IDT71321还具有从属配套芯片还具有从属配套芯片IDT71421IDT71421。第38页，本讲稿共40页3 3、双口、双口RAMRAM实现实现CPUCPU间并行通信间并行通信无等待状态的无等待状态的CPUCPU IDT7134IDT7134具有两套独立的数据线、地址线和读具有两套独立的数据线、地址线和读/写写控制线。片内无仲裁电路。控制线。片内无仲裁电路。产生竞争时的解决办法：将集成单片双口产生竞争时的解决办法：将集成单片双口RAMRAM分分区使用。将双口区使用。将双口RAMRAM分成若干个存储区域，使用分成若干个存储区域，使用中，通过一定的时序控制，确保两侧中，通过一定的时序控制，确保两侧CPUCPU不同时不同时使用同一个存储区域。使用同一个存储区域。这种办法是通过牺牲存储器容量为代价来避免竞争这种办法是通过牺牲存储器容量为代价来避免竞争的。的。第39页，本讲稿共40页四、现场总线技术四、现场总线技术 出现在出现在2020世纪世纪8080年代中期一种新的现场控制技术。年代中期一种新的现场控制技术。将专用微处理器置入传统的测量控制仪表中。将专用微处理器置入传统的测量控制仪表中。以现场总线为纽带，把单个分散的测量控制设备以现场总线为纽带，把单个分散的测量控制设备连接成网络系统与控制系统。连接成网络系统与控制系统。有有LonWorksLonWorks、ProfibusProfibus、CANCAN等各具特色的现场等各具特色的现场总线类型。总线类型。第40页，本讲稿共40页