计算机测控技术与系统于微波电子课件第7章计算机测控系统的总线技术幻灯片.ppt

* * * （4） USB总线 USB（Universal Serial Bus)是一种通用串行总线，是由Conpaq，DEC，IBM，Inter，Microsoft，NEC和Northen Telecom等公司为简化PC与外设之间的互连而共同研究开发的一种免费的标准化连接器，它支持各种PC与外设之间的连接，还可实现数字多媒体集成。 USB主要特点是：即插即用，可热插拔。USB连接器将各种各样的外设I/O端口合而为一，使之可热插拔，具有自动配置能力，用户只要简单地将外设插入到PC以外的总线中，PC就能自动识别和配置USB设备。 USB技术的另一个特点是传输速度快。USB2.0标准的最高传输率可达480Mbps。对于高速且需要高带宽的外设，USB以全速12Mb/s的速率传输数据；对于低速外设，USB则以1.5Mb/s的速率传输数据。USB总线会根据外设情况在两种传输模式中自动地动态转换。 * * USB总线结构简单，采用4线电缆，其中2根是用来传送数据的串行通道，另外2根为下游设备提供电源。 USB是基于令牌的总线，USB主控制器广播令牌，总线上设备检测令牌中的地址是否与自身相符，通过接收或发送数据给主机来响应。 * * USB系统采用级联星型拓扑结构，由主机（Host）、集线器（Hub）和功能设备三个基本部分组成。 主机，也称为根、根结或根Hub，它做在主板上或作为适配卡安装在计算机上，主机包含有主控制器和根集线器（Root Hub），控制着USB总线上的数据和控制信息的流动，每个USB系统只能有一个根集线器，它连接在主控制器上。 集线器是USB结构中的特定组成部分，它提供端口将设备连接到USB总线上，同时检测连接在总线上的设备，并为这些设备提供电源管理，负责总线的故障检测和恢复。 * * USB连接设备和主机的连接方法 USB 集线器和设备的电阻连接 * * USB连接设备和主机的连接方法 USB集线器通过监视差分数据线来检测设备是否已连接到集线器的端口上. 当没有设备连接到USB端口时，D+和D-通过下拉电阻Rpd电平是近地的。 USB设备必须至少在D+和D-线的任意一条上有一个上拉电阻Rpu 由于Rpu=1.5KΩ,Rpd=15K Ω,所以数据线上会有90%的Vcc电压 集线器通过检测不同的数据线电压接近Vcc来判别是哪一类USB设备连接到其端口上 如D+电平接近Vcc，D-近地，则所连设备为全速设备 如D-电平接近Vcc，D+近地，则所连设备为低速设备 当D+和D-的电压都降到0.8V以下，并持续2.5微妙以上的话，就认为该设备断开连接了。 * * 7.4 现场总线技术 1. 现场总线概述 （1）现场总线的定义 现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。 按照国际电工委员会IEC61158的标准和FF(Fieldbus Foundation，现场总线基金会)的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。简单地说就是从控制室连接到现场设备的双向全数字通信总线。它是应用在生产现场，在微机化测控设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统。 * * （2）现场总线的特点 简单地概括现场总线技术的特点是：信号传输全数字，控制功能全分散，标准统一全开放。 系统的开放性 开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 互可操作性与互用性 这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 * * 它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。 智能化与功能自治性 由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。 系统结构的高度分散性 工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足