第2章 智能仪器的标准数据通信接口.ppt

USB总线的优点： 易于使用（即插即用，可热插拔；具级联方式，并可智能识别链上外围设备的插拔；提供电源；节省硬件资源；易于连接，主板上提供2－6个USB接口，通过集线器最多可支持127个外设） 传送速率可满足大多数外设要求 可靠性高（能进行错误校验和控制，且由硬件实现） 低成本（主板已集成USB接口；设备端的USB接口控制芯片很便宜） 低功耗（不工作时能够自动进入休眠状态，并能自动恢复） USB总线标准 USB采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游设备提供电源。 1、USB基本特性 图1 USB电缆 　　USB电源包括电源分配和电源管理两方面内容。电源分配是指USB如何分配主机所提供的能源（总线供电设备、自供电设备）。USB系统的主机有与USB相互独立的电源管理系统，系统软件可以与主机的能源管理系统结合，共同处理各种电源事件，如挂起、 唤醒等。 USB总线标准 USB系统的基本构架可以分为三个主要的部分：USB主机控制器/根集线器；USB集线器；USB设备。 主机 根集线器 Hub端口 USB设备 Hub USB总线标准 图2 USB集线器示意图 USB总线标准 USB总线标准 USB通信模型 客户 USB主机 USB接口 功能模块 USB设备 USB接口 主机 设备 消息 数据包 位流 USB总线标准 USB主机的软件和硬件 客户软件 USB驱动程序 （USBD） USB接口 主控制器驱动程序（HCD） USB主机软件 USB主机 主机 USB数据包格式（主要的） PID USB地址(7位) 端点号 CRC PID 数据(1-1023字节) CRC 标识包 数据包 PID: 包的类型编号 PID 应答 D2H：ACK 5AH：NAK C3H：偶数包 4BH：奇数包 USB总线标准 2、USB的数据传输方式 控制传输 中断传输 批量传输 同步传输 3、USB总线协议 　　USB是一种轮询方式的总线，主机控制器初始化所有的数据传送。USB协议反映了USB主机与USB设备进行交互时的语言结构和规则。发送端和接收端之间的USB传输有两种类型的信道：流通道和消息信道。 USB总线标准 在可靠性传输方面，USB提供了多种数据传输机制，如使用差分驱动、接收和防护，以保证信号的完整性；使用循环冗余码，以进行外设装卸的检测和系统资源的设置，对丢失和损坏的数据包暂停传输；利用协议自我恢复，以建立数据控制信道， 从而使功能部件避免了相互影响。 在错误检测方面，协议中对每个包的控制位都提供了循环冗余码，并提供了一系列的硬件和软件设施来保证数据的正确性。 在错误处理方面，协议在硬件和软件上均有措施。硬件：汇报错误和重新进行一次传输，传输中若再次遇到错误，由USB的主机控制器按照协议重新进行传输，最多可进行三次。若错误依然存在，则对客户端软件报告错误，使之按特定方式处理。 4、USB的容错性能 USB总线标准 一、GP-IB（IEEE 488）总线 GP-IB接口总线 发展：HP-IB、IEEE-488、IEC-625、ZBY207 GP-IB标准接口总线系统要进行有效的通信联络，至少有三类仪器装置： “讲者”（Talker） “听者”（Listener） “控者”（Controller） 下图中的自动测试系统由数字电压表、 信号发生器、 打印机和计算机（安装GP-IB 卡）组成。 图 1 GP-IB自动测试系统 文华学院机电学部 第2章 智能仪器的标准数据通信接口 引言 2.1 RS-232标准串行接口总线 2.2 SPI总线标准 2.3 I2C标准总线 2.4 USB总线标准 2.5 CAN总线 2.6 GP-IB接口总线 2.7 PTR2000无线数据传输 RS-485接口常用通信芯片：SN75176、MAX485 左图：MAX485引脚图 下图：典型连接电路 RS-485方式构成的多机通信原理： RS-485/RS-232接口电路：实现RS-485电平和RS-232电平之间的切换 表4 几种串行标准的比较 特性参数 RS-232C RS-423 RS-422 RS-485 工作模式 单端发 单端收 单端发 双端收 双端发 双端收 双端发 双端收 在传输线上允许的驱动器和接收器的数目 一个驱动器 一个接收器 一个驱动器 10个接收器 一个驱动器 10个接收器 32个驱动器 32个接收器 最大电缆长度 15m 1200m(1kbit/s) 1200m(90kbit/s) 1200m(100kbit/s) 最大数据率 20kbit