1、 2010年9月,http:/ 从页面右上方进入“教学共享”，然后在“计算机测控技术” 可下载最新课件,1.0 通信,1.0.1 并行通信,一组数据的各数据位在多条线上同时被传输，这种传输方式称为并行通信,1.0.1 并行通信,1.0.2 串行通信,串行通信指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。,数据传输的同步方式：,异步串行通信,Asynchronous Transmission 异步传输方式又称起止式同步方式，它是以字符为单位进行同步，即每个字符都独立传输
2、，且每一个字符的起始时刻可以是任意，每个字符在传输时都前后分别加上起始位和结束位，以表示一个字符的开始和结束。 起始位和结束位的作用是实现字符同步，字符之间的间距是任意的，但发送一个字符时，每个字符包含的位数都是相同的，且每一位占用的时间长度是双方约定好的，而且保持各位都恒定不变。,在异步传输方式中，当不传字符时，不要求收发时钟同步，而仅在传输字符时，收发时钟才需在字符的每一位上都同步。 优点是每一个字符本身就包括了本字符的同步信息，不需要在线路两端设置专门的同步设备，使收发同步简单。 缺点是每发一个字符就要添加一对起止信号，造成线路的附加开销，降低了传输效率。,同步串行通信,Synchron
3、ous Transmission 同步传输方式是以固定的时钟节拍来发送数据信号，数据各位的宽度相同，且字符顺序相连，字符之间没有间隙。为使接收方能够从连续不断的数据流中正确区分出每一位（比特），则需首先建立收发双方的同步时钟。 在同步传输中，数据的发送一般是以一组数据或比特流为单位。在每组数据的前后加上特定字符作为起始和结束标志，同时还可以用这些标志来区分和隔离连续传输的数据。 同步传输克服了异步传输方式中的每一个字符都要附加起止信号的缺点，具有较高的效率，但实现较为复杂，常用于高速数据传输。,1.0.3 串行通信与并行通信的比较, 1.1 异步串行通信,RS232 个人计算机上的通讯接口之一
4、，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个引脚 (DB-9) 或是25个引脚 (DB-25) 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。,EIA RS-232C 接口标准,是由美国电子工业协会 EIA（Electronic Industry Association）在1969年颁布的一种串行物理接口标准。 RS（Recommended Standard）是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。 RS-232C 总线标准
5、设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。 在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。,RS-232C 协议简介,规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程 1.电气特性EIA-RS-232C 对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。 在TxD和RxD上： 逻辑1(MARK)=-3V-15V 逻辑0(SPACE)=+3+15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）+3V+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V-15V,EIA RS-232C 与T
6、TL转换：,EIA RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。 电平变换的方法: 可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如: MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换， MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换 MAX232芯片可完成TTLEIA双向电平转换。,RS-232C 协议简介,2、连接器的机械特性： 连接器：由于RS-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。,DB-9,电缆长度：在通
7、信速率低于20kb/s时，RS-232C 所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。,RS-485,RS485采用差分信号负逻辑 2V6V表示“0”，- 6V- 2V表示“1”。 RS-485的数据最高传输速率为10Mbps RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线 RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。 RS-485用于多点互连时非常
8、方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。,MAX481、MAX483、MAX485、MAX487-MAX491以及MAX1487是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器。 MAX483、MAX487、MAX488以及MAX489具有限摆率驱动器，可以减小EMI，并降低由不恰当的终端匹配电缆引起的反射，实现最高250kbps的无差错数据传输。 MAX481、MAX485、MAX490、MAX491、MAX1487的驱动器摆率不受限制，可以实现最高2.5Mbps的传输速率。,MA
9、X481/MAX483/MAX485/MAX487/MAX1487组成的RS-485半双工网络,MAX488MAX491组成的RS-485全双工网络,RS-422,RS-422,1.2 SPI接口,SPI(Serial Peripheral Interface-串行外设接口)总线系统：是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。 SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线： MOSI 主器件数据输出,从器件数据输入 MISO 主器件数据输入,从器件数据输出 SCLK 时钟信号,由主器件产生 /SS 从器件使能信号,由
10、主器件控制,1.2 SPI接口,SPI接口是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。主要应用在EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。 SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输,在主器件的移位脉冲下,数据按位传输,高位在前,低位在后,为全双工通信,数据传输速度总体来说比I2C总线要快,速度可达到几Mbps。 SPI接口是以主从方式工作的,这种模式通常有一个主器件和一个或多个从器件, 国产的STC12系列单片机就有SPI接口。,STC12C2052AD,STC12C2052AD,X25043 Programma
11、ble Watchdog Supervisory E2PROM,SPI接口时序（ X25043 ） Read Status Register Operation Sequence,SPI接口时序（ X25043 ） Write Status Register Operation Sequence,X25043 Programmable Watchdog Supervisory E2PROM,SPI Serial Output Timing,X25043 Programmable Watchdog Supervisory E2PROM,SPI Serial Input Timing,X25043
12、 Programmable Watchdog Supervisory E2PROM,SPI总线程序设计,参见教材P13,1.3 I2C总线,I2C(InterIntegrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。 版本2.1-2000 购买Philips 的I2C 总线元件 购买Philips 的I2C 元件同时传递了一个在Philips 的I2C 专利下在I2C 系统使用元件使系统符合由Philips 定义的I2C 规范的许可证,I2C总线特点,I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占
13、用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。 总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。 I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。,I2C 总线的一些特征,只要求两条总线线路：串行数据线SDA，串行时钟线SCL； 每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机/从机关系软件设定地址，主机可以作为主机发送器或主机接收器； 它是一个真正的多主机总线，如果两个或更多主机
14、同时初始化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏； 串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s ，快速模式下可达400kbit/s ，高速模式下可达3.4Mbit/s； 片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波，保证数据完整； 连接到相同总线的IC 数量只受到总线的最大电容400pF 限制,I2C 应用的两个例子 a：高性能的高度集成电视 b：DECT 无绳电话基站,使用两个微控制器的I2C 总线配置举例,起始和停止条件,I2C 总线的位传输,I2C 总线的数据传输,I2C 总线的数据传输,I2C总线程序设计,1.4 USB总线,通用串行总线USB（univers
15、al serial bus）是由Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。 USB基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。,USB优点：,可以热插拔：这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机将并口或串口电缆接上再开机”这样的动作，而是直接在PC开机时，就可以将USB电缆插上使用。 携带方便：USB设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，
16、同样20G的硬盘，USB硬盘比IDE硬盘要轻一半的重量，在想要随身携带大量数据时，当然USB硬盘会是首要之选了。 标准统一：大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与PC连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机，等等。 可以连接多个设备：USB在PC上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有4个端口的USB HUB时，就可以再连上4个USB设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台PC上而不会有任何问题(注：最高可连接至127个设备)。,USB包含四种基本的数据传输类型:,控制
17、传输:设备连接时用来对设备进行设置，还可对指定设备进行控制。 批量传输:大批量产生并使用的数据，在传输约束下，具有很广的动态范围。 中断传输:用来描述或匹配人的感觉或对特征反应的回馈。 同步传输:由预先确定的传送延迟来填满预定的USB带宽。,USB 2.0,USB 2.0将设备之间的数据传输速度增加到了480Mbps，比USB 1.1标准快40倍左右； 市面上USB 2.0的规格有全速（Full-Speed）和高速（High-Speed）： 高速理论传输速率是480Mbps，即60MB/s； 全速理论传输速率是12Mbps，即1.5MB/s。,P19,USB 2.0引脚定义,USB 3.0,U
18、SB 3.0 具有后向兼容标准，并兼具传统USB技术的易用性和即插即用功能。该技术的目标是推出比目前连接水平快10倍以上的产品，采用与有线USB相同的架构。 USB 3.0简要规范如下： 提供了更高的每秒4.8Gb传输速度 对需要更大电力支持的设备提供了更好的支撑，最大化了总线的电力供应 增加了新的电源管理职能 全双工数据通信，提供了更快的传输速度 向下兼容USB 2.0设备,USB 3.0 Comparing SuperSpeed to USB 2.0,USB 3.0 Cable,Illustration of a USB 3.0 Cable Cross-Section,USB 3.0 St
19、andard-A to USB 3.0 Standard-B Cable Assembly,USB 3.0 Micro-A to USB 3.0 Micro-B,Micro-B Plug,Micro-A Plug,Micro-B receptacle,Micro-AB receptacle,插头,插座,USB 总线接口芯片CH374,CH374 是一个USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-EVICE/SLAVE 设备方式，内置3 端口HUB 根集线器，支持低速和全速的控制传输、批量传输、中断传输以及同步/等时传输。 在本地端，CH374 具有8 位数据总线和读、写、片
20、选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP /MCU /MPU 等控制器的系统总线上。 CH374提供了节约I/O引脚的SPI串行通讯方式，通过3 线或者4 线SPI 串行接口以及中断输出与单片机/DSP/MCU/MPU 等相连接。,并口方式 内置HUB连接3个设备 （右图）,SPI串口方式 （左图）,1.6 CAN总线,CAN：全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。 CAN总线是德国BOSCH公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通讯协议,是交通运载工具电气系统中应用较广的总线
21、。现在向过程工业，机械工业，机器人，数控机床，传感器等方面发展。 由于技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理，CAN-bus 已被广泛应用到各个自动化控制系统中。例如，在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等各领域。,1.6 CAN总线,1993年11月，ISO正式颁布CAN为国际标准ISO11898。 支持CAN协议的公司有Intel、Motorola、Philips、Siemens、NEC、Honeywell等公司。 1993年11月，ISO正式颁布CAN为国际标准ISO11898。 支持CAN协议的公司有Intel、Motorola、Philips、Siemens、NEC、H
22、oneywell等公司。,CAN-bus 的主要特性：,低成本的现场总线； 极高的总线利用率； 很远的数据传输距离(长达10Km)； 高速的数据传输速率(高达1Mbps)； 多主结构依据优先权进行总线访问； 可根据报文的ID 决定接收或屏蔽该报文； 可靠的错误处理和检错机制； 发送的信息遭到破坏后，可自动重发； 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能； 报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息；,CAN总线的主要技术指标,传输速率： 可达到1Mbps（40米以内） 传输距离： 10千米（5kbps以下） 支持的介质：铜线，光纤 媒体访问控制方式：CSMA/冲突按优
23、先权解决 可挂接的最大节点数：110,CAN总线的信号传送,信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L” “CAN_H”和“CAN_L”，静态时均是2.5V左右，此时状态表示为逻辑“1”，也可以叫做“隐性” （“Recessive”） 。 CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”，称为“显性” ”（“Daminant”） ，此时，通常电压值为：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V。,CAN总线的数据通信,CAN属于总线式串行通信网络 可实现点对点、一点对多点及全网广播几种方式发送接收数据 为多主方式工作，通信方式灵活 CAN网络按节点类型分成不同的优先级
24、CAN采用非破坏性总线优先级仲裁技术 每帧信息都有循环冗余校验CRC及其它检错措施 CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输出功能 CAN总线以报文为单位进行数据传递(P25,P33)每个标准报文起始部分有一个11位的标志符ID数据域为0-8个字节，每个字节8位。,载波侦听多路访问/冲突检测,利用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）访问总线，可对总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时，才允许发送。 利用这种方法，可以允许多个节点挂接到同一网络上。当检测到一个冲突位时，所有节点重新回到监听总线状态，直到
25、该冲突时间过后，才开始发送。 在总线超载的情况下，这种技术可能会造成发送信号经过许多延迟。为了避免发送时延，可利用CSMA/CD方式访问总线。当总线上有两个节点同时进行发送时，必须通过“无损的逐位仲裁”方法来使有最高优先权的的报文优先发送。,载波侦听多路访问/冲突检测,在CAN总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11位或29位数字的ID。 CAN总线状态取决于二进制数0而不是1，所以ID号越小，则该报文拥有越高的优先权。因此一个为全0标志符的报文具有总线上的最高级优先权。 可用另外的方法来解释：在消息冲突的位置，第一个节点发送0而另外的节点发送1，那么发送0的节点将取得总线的控制权，并且能够成功的发送出它的信息。,RS485/CAN-bus 特性比较,CAN 总线门禁系统网络拓扑,电梯控制,CAN总线控制器,独立CAN控制器： 如：SJA1000、AT7908E、MCP2510 （P27） 带CAN控制器的微处理器 各类微控制器,信号隔离电路及长距离通信,P32 P34-36 转换电路设计P40-44,
