1、第第7 7章章 总线和数据通信技术总线和数据通信技术概述概述7.1内总线内总线7.2通用总线通用总线7.3串行通信接口串行通信接口7.4首页首页本章内容本章内容86 短距离无线通短距离无线通信技术信技术7.6现场总线现场总线7.5工业工业4.0相关的数据相关的数据通信技术通信技术7.7主要有并行通信接口、串行通信主要有并行通信接口、串行通信接口、现场总线接口和以太网接接口、现场总线接口和以太网接口等。为方便各种仪器之间的通口等。为方便各种仪器之间的通信，一般采用标准通信接口。信，一般采用标准通信接口。下 页上 页主要接口方式主要接口方式返 回在实际的测量和控制过程中，智能仪器和智在实际的测量和
2、控制过程中，智能仪器和智能仪器之间、智能仪器与计算机之间需要进行各能仪器之间、智能仪器与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实现。过仪器的通信接口按照一定的协议实现。是各仪器之间或仪器与计算机之间是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进行信息交换和传输的联络装置 通信接口通信接口第第7 7章章 总线和数据通信技术总线和数据通信技术下 页上 页返 回注意：本章介绍智能仪器较常用的标本章介绍智能仪器较常用的标准总线，主要有总线、准总线，主要有总线、GP-IBGP-IB通用通用接口总
3、线、接口总线、RSRS232C232C串行总线、串行总线、RS422/485RS422/485串行总线、串行总线、USBUSB通用串行通用串行总线、总线、CANCAN总线等总线等 。第第7 7章章 总线和数据通信技术总线和数据通信技术下 页上 页返 回7.1 7.1 概述概述智能仪器中的公共数字传输通道称为智能仪器中的公共数字传输通道称为总线（总线（Bus）总线总线按连接范围按连接范围划分划分片内总线（局部总线）片内总线（局部总线）内部总线（系统总线）内部总线（系统总线）外部总线（通信总线）外部总线（通信总线）主要用于芯主要用于芯片级的互连片级的互连 用以实现系统与用以实现系统与各种扩展插件板
4、各种扩展插件板之间的相互连接之间的相互连接 主要用于仪主要用于仪器间的互连器间的互连 下 页上 页返 回 一般由芯片制造厂商定义，对外提供的连线一般由芯片制造厂商定义，对外提供的连线均通过芯片的管脚实现，对智能仪器设计的影响均通过芯片的管脚实现，对智能仪器设计的影响不大。内部总线的种类相对较为统一，下节介绍不大。内部总线的种类相对较为统一，下节介绍的的 总线是其中的典型代表总线是其中的典型代表。片内总线片内总线CI2CI2外部总线的种类则比较广泛，由于涉及智能外部总线的种类则比较广泛，由于涉及智能仪器与智能仪器之间，智能仪器和通用计算机之仪器与智能仪器之间，智能仪器和通用计算机之间通信的问题，
5、根据通信性质、通信技术和通信间通信的问题，根据通信性质、通信技术和通信距离的不同，有多种多样的总线可供选择距离的不同，有多种多样的总线可供选择GP-IB通用并行总线、通用并行总线、RS-232C、RS-485和和USB(Universal Serial Bus)等串行总线、等串行总线、CAN现场总线。总线在多个领域应用广泛。现场总线。总线在多个领域应用广泛。举例：举例：7.1 7.1 概述概述下 页上 页返 回总线总线 按数据传输特点按数据传输特点划分划分并行总线并行总线 串行总线串行总线 指多个数据位同时传输或接收，可指多个数据位同时传输或接收，可分为不同位数（宽度）的并行总线（如分为不同位
6、数（宽度）的并行总线（如8位、位、16位等），当距离较近而且要求位等），当距离较近而且要求传输速率较高时通常采用此总线传输方传输速率较高时通常采用此总线传输方式式 数据逐位传输，发送或接收数据最多只需两根数据逐位传输，发送或接收数据最多只需两根导线，其一用于发送，另一用于接收；串行通信采导线，其一用于发送，另一用于接收；串行通信采用不同的工作方式，还可将发送和接收二线合一，用不同的工作方式，还可将发送和接收二线合一，具有经济实用的特点，当设备距离较远时通常采用具有经济实用的特点，当设备距离较远时通常采用串行总线方式。串行总线方式。7.1 7.1 概述概述下 页上 页返 回相同条件下：相同条件下
7、：串行传输速度并行传输速度串行传输速度并行传输速度注意：7.1 7.1 概述概述下 页上 页返 回上述的各种外部总线都有很多厂商推出了上述的各种外部总线都有很多厂商推出了相应的通信接口，有些接口已经直接在芯片级相应的通信接口，有些接口已经直接在芯片级予以实现，使用非常方便。除了这些标准总线予以实现，使用非常方便。除了这些标准总线接口之外，在无线通信领域，蓝牙技术正逐步接口之外，在无线通信领域，蓝牙技术正逐步为人们所采用；借助分布广阔的电力传输线进为人们所采用；借助分布广阔的电力传输线进行载波通信的方式仍在继续发展；借鉴通用计行载波通信的方式仍在继续发展；借鉴通用计算机构建局域网中占主导地位的以
8、太网技术，算机构建局域网中占主导地位的以太网技术，工业以太网也出于蓬勃发展阶段。随着新技术、工业以太网也出于蓬勃发展阶段。随着新技术、新的通信手段的发展，新的通信接口还会不断新的通信手段的发展，新的通信接口还会不断涌现。涌现。综述：综述：7.1 7.1 概述概述下 页上 页返 回7.7.内总线内总线内总线内总线（System Bus）又称局部总线，是系统内部又称局部总线，是系统内部各模块的公共信息通道各模块的公共信息通道 各模块的设计可通用化；各模块的设计可通用化；具有互换性，损坏一部分只须更换该部分即可；具有互换性，损坏一部分只须更换该部分即可；只要留有足够的插口，随时可扩展系统的功能；只要
9、留有足够的插口，随时可扩展系统的功能；改变其中一些模块可以改变仪器的功能改变其中一些模块可以改变仪器的功能采用内总线的优点：采用内总线的优点：目目前前常常用用的的内内总总线线SPI SCI 广泛应用于系统内部模块或芯片之间的广泛应用于系统内部模块或芯片之间的内总线，在单片机系统中应用广泛内总线，在单片机系统中应用广泛下 页上 页返 回7.7.内总线内总线SCI（serial communication interface，串行通信接口）由串行通信接口）由Motorola公司推出的，公司推出的，是一种通用异步通信接口（是一种通用异步通信接口（UART），），与与MCS-51的异步通信功能基本相同
10、。的异步通信功能基本相同。SPI（serial peripheral interface，串，串行外围设备接口）总线行外围设备接口）总线，Motorola 公公司推出的一种三线同步串行接口总线。司推出的一种三线同步串行接口总线。Motorola公司生产的绝大多数公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有（微控制器）都配有SPI硬件接口硬件接口。下 页上 页返 回总线概述总线概述 7.2.17.2.1（InterIntegrated Circuit）总线是由）总线是由CI2 Philips公司于公司于80年代推出的二线串行通信总线，通过年代推出的二线串行通信总线，通过串行数据线串行数据线SDA（
11、Serial Data）和串行时钟线）和串行时钟线SCL（Serial Clock）两根线将多个具有）两根线将多个具有CI2总线接口的器件总线接口的器件连到总线上连到总线上,使信息在使信息在 CI2器件之间传递。总线上数据器件之间传递。总线上数据 的传输速率在标准模式下可达的传输速率在标准模式下可达100kbit/s，在快速模式，在快速模式下可达下可达400kbit/s，在高速模式下可达，在高速模式下可达3.4Mbit/s。总线。总线长度可达长度可达25英尺，并且能支持英尺，并且能支持40个组件。由于接口嵌个组件。由于接口嵌入组件，所以占用空间小，减少了电路板的空间，降低入组件，所以占用空间小
12、，减少了电路板的空间，降低了互联成本。了互联成本。CI2下 页上 页返 回(1)二线制总线，通过二线制总线，通过SDA及及SCL两线在连接到总线两线在连接到总线上上 的的器件之间传送信息，根据地址识别各器件器件之间传送信息，根据地址识别各器件。(2)无中心主机的多主机总线，可在主机和分机之间无中心主机的多主机总线，可在主机和分机之间双向双向传送数据。各主机可任意同时发送而不破坏总传送数据。各主机可任意同时发送而不破坏总线线 的的数据数据。(3)同步通信总线，同步时钟允许器件通过总线以同步通信总线，同步时钟允许器件通过总线以不不同波特率同波特率通信，同时还可用作开始和停止串行口的通信，同时还可用
13、作开始和停止串行口的应答信号应答信号。总线特点总线特点：CI27.2.1 总线概述总线概述 7.2.17.2.1 CI2下 页上 页返 回(4)系统中所有外围器件及模块采用器件地址及引脚系统中所有外围器件及模块采用器件地址及引脚 地址的编址方式。地址的编址方式。(5)器件间总线简单，结构紧凑，总线上增加器件不器件间总线简单，结构紧凑，总线上增加器件不 影响系统的正常工作，系统可修改和可扩展性影响系统的正常工作，系统可修改和可扩展性 好。即使有不同时钟速度的器件连接到总线上，好。即使有不同时钟速度的器件连接到总线上，也能很方便地确定总线的时钟。也能很方便地确定总线的时钟。(6)支持支持NMOS、
14、COMS、HCMOS等多种制造工等多种制造工 艺，并可用于测试和错误诊断。艺，并可用于测试和错误诊断。7.2.1 总线特点总线特点：总线概述总线概述 7.2.17.2.1 CI2CI2下 页上 页返 回总线的术语总线的术语 7.2.2 CI2CI2构成构成 SDA（串行数据线）（串行数据线）SCL（串行时钟线）（串行时钟线）注意：总线上可以接若干个单片微机和外围器总线上可以接若干个单片微机和外围器件，每个器件可由唯一的地址确定，件，每个器件可由唯一的地址确定，CI2总线根据地址识别各器件。总线根据地址识别各器件。下 页上 页返 回发发 送送&接接 收收 当某个器件向总线上发送信息时，它是发送器
15、，当某个器件向总线上发送信息时，它是发送器，而当它从总线上接收信息时，又成为接收器。而当它从总线上接收信息时，又成为接收器。CI2工作于发送或接收方式。发送或接收可根据数据的工作于发送或接收方式。发送或接收可根据数据的传送方向而改变。传送方向而改变。总线根据器件的功能通过软件编程使器件总线根据器件的功能通过软件编程使器件例如：例如：有些器件既可做接收器又可做发送器，如存储器有些器件既可做接收器又可做发送器，如存储器 有些器件只能做接收器，如有些器件只能做接收器，如LCD驱动器驱动器 7.2.2 下 页上 页返 回 当某个器件在当某个器件在SCL上产生时钟脉冲，在上产生时钟脉冲，在SDA上产生寻
16、址信号、开始条件、停止条件、上产生寻址信号、开始条件、停止条件、建立数据传输时，该器件为建立数据传输时，该器件为主器件（主机）主器件（主机），此时任何被寻址选中的器件为此时任何被寻址选中的器件为从器件（从从器件（从机）机）。主主 机机&从从 机机 单片微机在单片微机在 CI2总线上既可做主器件总线上既可做主器件（主发送或主接受），也可做从器件（从发送（主发送或主接受），也可做从器件（从发送 或或 从接受），外围器件一般只能做从器件。从接受），外围器件一般只能做从器件。注意：7.2.2 下 页上 页返 回表表7.1 总线术语的定义总线术语的定义 CI27.2.2 下 页上 页返 回7.2.3 器
17、件与器件与 总线的连接总线的连接CI2 器件之间通过器件之间通过SDA及及SCL两根线进行通信。连接两根线进行通信。连接到总线的器件的输出级必须是集电极或漏极开路，通到总线的器件的输出级必须是集电极或漏极开路，通过上拉电阻接正电源，以便完成过上拉电阻接正电源，以便完成“线与线与”功能。功能。图图7.1所示所示 器件与器件与 总线的连接总线的连接 CI2 SDA和和SCL均为双向均为双向I/O线，当线，当总线空闲时，两条线均为高电平。总线空闲时，两条线均为高电平。注意：下 页上 页返 回数据数据的传送的传送 在数据传送过程中，必须确认数据传送的在数据传送过程中，必须确认数据传送的开开始（启动）始
18、（启动）和和结束（停止）结束（停止）。开始和结束信号由。开始和结束信号由主器件产生。主器件产生。开始信号以后，总线被认为处于忙态；结束开始信号以后，总线被认为处于忙态；结束信号以后，总线被认为处于闲态。信号以后，总线被认为处于闲态。下 页上 页返 回CI27.2.4 下 页上 页返 回 当当SCL线为高电平、线为高电平、SDA线由低电平跳线由低电平跳变为高电平时为变为高电平时为“结束结束”条件条件7.2.4 下 页上 页返 回 总线上每次发送的数据字节数不受限制，总线上每次发送的数据字节数不受限制，但每个字节必须为但每个字节必须为8位，而且每个字节后面必须跟位，而且每个字节后面必须跟一个应答位
19、（一个应答位（ACK）（第）（第9位），也叫认可位。位），也叫认可位。CI2注意：7.2.4 下 页上 页返 回数据的传送过程数据的传送过程:数据传送时由主器件发出启动信号，即数据传送时由主器件发出启动信号，即SCL为高为高电平的状态下，数据线电平的状态下，数据线SDA发生由高电平到低电平的发生由高电平到低电平的跳变。然后主器件发送第一个字节数据用于选择从器跳变。然后主器件发送第一个字节数据用于选择从器件的地址。件的地址。前前7位为从器件的地址，由固定和可编程两部分组成，位为从器件的地址，由固定和可编程两部分组成，固定部分为器件的名称，由生产公司规定；固定部分为器件的名称，由生产公司规定；7.
20、2.4 下 页上 页返 回可编程部分决定系统中最多可连接的此种器件的个数，可编程部分决定系统中最多可连接的此种器件的个数，假设某种器件的假设某种器件的7位地址中有位地址中有4位固定、位固定、3位可编程，位可编程，则同一个则同一个CI2总线上最多可连接总线上最多可连接8个该种器件。个该种器件。第第8位位(R/W)为方向位，规定从器件的数据传送方向。当方向位为为方向位，规定从器件的数据传送方向。当方向位为“0”时，表示发送（写），即主器件作为发送器，从器件作为接时，表示发送（写），即主器件作为发送器，从器件作为接收器，第一个字节之后主器件继续将数据发送到所选择的从器件；收器，第一个字节之后主器件继
21、续将数据发送到所选择的从器件；当方向位为当方向位为“1”时，表示接收（读），此时，主器件由发送器变时，表示接收（读），此时，主器件由发送器变成接收器，从器件由接收器变成发送器，主器件将从选择的从器成接收器，从器件由接收器变成发送器，主器件将从选择的从器件读数据。件读数据。7.2.4 下 页上 页返 回 主机发送地址后，系统中的其他器件都将自己的主机发送地址后，系统中的其他器件都将自己的地址和主器件送到总线上的地址进行比较，如果与主地址和主器件送到总线上的地址进行比较，如果与主器件发送到总线上的地址一致，则该器件即为被主器器件发送到总线上的地址一致，则该器件即为被主器件寻址的器件。件寻址的器件。
22、注意：7.2.4 下 页上 页返 回 数据在数据在SDA上传送时，在上传送时，在SCL为高电平期间必须为高电平期间必须保持稳定，只有在保持稳定，只有在SCL线为低电平期间才允许改变，线为低电平期间才允许改变，如如图图7.4所示。所示。传送数据时，首先传输数据的最高有效位，主器传送数据时，首先传输数据的最高有效位，主器件在传送每个字节后（包括第一个地址字节）都传送件在传送每个字节后（包括第一个地址字节）都传送一个应答位，通常接收器件在接收到每个字节后都会一个应答位，通常接收器件在接收到每个字节后都会做出响应，即释放串行时钟线做出响应，即释放串行时钟线SCL，使，使SCL线返回高线返回高电平，准备
23、接收下一个数据字节。电平，准备接收下一个数据字节。7.2.4 下 页上 页返 回如果接收器件正在处理一个实时事件而不能接收如果接收器件正在处理一个实时事件而不能接收数据时，（例如正在处理一个内部中断，在这个数据时，（例如正在处理一个内部中断，在这个中断处理完之前就不能接收中断处理完之前就不能接收 CI2字节）将使字节）将使SCL保持低电平，迫使发送器件处于保持低电平，迫使发送器件处于等待等待状态。状态。总线上的数据总线上的数据当接收器件处理完毕，为下一个数据字节做好当接收器件处理完毕，为下一个数据字节做好准备时，释放准备时，释放SCL线，发送器件继续发送。线，发送器件继续发送。7.2.4 下
24、页上 页返 回 当数据传送结束时，由主器件产生一个通信结束条当数据传送结束时，由主器件产生一个通信结束条件，即在件，即在SCL线为高电平时，线为高电平时，SDA产生正跳变。一次数产生正跳变。一次数据传送结束，释放总线，使总线处于空闲状态。主机只据传送结束，释放总线，使总线处于空闲状态。主机只能在总线空闲的时侯启动传输能在总线空闲的时侯启动传输。7.2.4 下 页上 页返 回7.2.4 应答信号应答信号(A)：接收数据的：接收数据的IC在接收到在接收到8位数据后，位数据后，向发送数据的向发送数据的IC发出的特定的低电平脉冲。每一个发出的特定的低电平脉冲。每一个数据字节后面都要跟一位应答信号，表示
25、已收到数数据字节后面都要跟一位应答信号，表示已收到数据。据。下 页上 页返 回7.2.4 应答信号在第应答信号在第9个时钟周期出现，这时发送器必须个时钟周期出现，这时发送器必须在这一时钟位上释放数据线，由接收设备拉低在这一时钟位上释放数据线，由接收设备拉低SDA电平来产生应答信号，由接收设备保持电平来产生应答信号，由接收设备保持SDA的高电平来产生非的高电平来产生非应答信号，应答信号，一个完整的字节数据一个完整的字节数据传输需要传输需要9个时钟脉冲。个时钟脉冲。下 页上 页返 回7.2.4 如果从机作为接收如果从机作为接收方，向方，向主机发送非应答信号主机发送非应答信号，主机主机方就认为此次数
26、据传输失败方就认为此次数据传输失败；如果如果是主机作为接收方，在从机发送器发送完一是主机作为接收方，在从机发送器发送完一个字节数据后，发送了非应答信号，从机就认为数个字节数据后，发送了非应答信号，从机就认为数据传输结束，并释放据传输结束，并释放SDA线线。不论不论是以上哪种情况都会终止数据传输是以上哪种情况都会终止数据传输，主机，主机或或是产生停止信号释放总线，或是产生重新开始信号，是产生停止信号释放总线，或是产生重新开始信号，开始一次新的通信开始一次新的通信。开始开始信号、重新开始信号和停止信号都是由主控信号、重新开始信号和停止信号都是由主控制器产生，应答信号由接收器产生，总线上带有制器产生
27、，应答信号由接收器产生，总线上带有IIC总线接口的器件很容易检测到这些信号。总线接口的器件很容易检测到这些信号。下 页上 页返 回例如：例如：CI2 总线上的器件总线上的器件1（主器件）要与器件（主器件）要与器件2通信，包含下面几个步骤：通信，包含下面几个步骤：（1）器件等待总线处于）器件等待总线处于“闲态闲态”，即，即SDA和和SCL 处于高电平；处于高电平；（2）器件）器件1发送开始信号，即发送开始信号，即SCL高电平期间，高电平期间，SDA发生由高电平到低电平的跳变，使总线发生由高电平到低电平的跳变，使总线 处于忙态处于忙态;总线上的其他器件处于听的状态，总线上的其他器件处于听的状态，查
28、看自己是否被寻址查看自己是否被寻址；（3）器件）器件1以串行形式发送器件以串行形式发送器件2的地址；的地址；7.2.4 下 页上 页返 回(4)器件器件1发送方向位，告诉器件发送方向位，告诉器件2是发送还是接收是发送还是接收 数据；数据；(5)器件器件2发送应答位，表示其是否识别出地址，发送应答位，表示其是否识别出地址，是否准备好；是否准备好；(6)若器件若器件2准备好，器件准备好，器件1发送发送/接收数据；每发接收数据；每发 送一个字节数据后，接收器件发送一个应答送一个字节数据后，接收器件发送一个应答 位位,表示正常；表示正常；(7)当所有数据传送完成后，器件当所有数据传送完成后，器件1发出
29、一位停止发出一位停止 信号，即信号，即SCL线高电平、线高电平、SDA线由低电平跳变线由低电平跳变 到高电平，释放总线。使总线再次处于空闲状到高电平，释放总线。使总线再次处于空闲状 态。态。7.2.4 总线总线上的器件上的器件1（主器件）要与器件（主器件）要与器件2通信，包含下面几个步骤：通信，包含下面几个步骤：CI2下 页上 页返 回总线的竞争:总线接有多个微处理器时，多个微处理器可能在起始条件的最小持续时间内同时产生起始条件，致使总线上产生一个规定的起始条件，即在SCL线高电平期间，有多个主器件在SDA线上发生由高到低的跳变，使多个主机发生争用总线问题，多个微处理器可能会同时开始数据传输，
30、发生竞争。CI27.2.4 下 页上 页返 回 在在SCL为高电平期间，器件为高电平期间，器件1的的SDA1和器和器件件2的的SDA2都发生了高到低的跳变，使总线的都发生了高到低的跳变，使总线的SDA发生高到低的跳变，满足启动条件，器件发生高到低的跳变，满足启动条件，器件1和器件和器件2可能同时开始数据传输，造成数据传输可能同时开始数据传输，造成数据传输混乱。混乱。7.2.4 下 页上 页返 回竞争裁决竞争裁决:发生竞争时，发生竞争时，SDA线上的信号由所有主器件产生线上的信号由所有主器件产生的数据信号进行的数据信号进行“线与线与”裁决。裁决。一个主机发送高电平而在另一个主机发送低一个主机发送
31、高电平而在另一个主机发送低电平时，发送高电平的主机因为总线上的电平与自电平时，发送高电平的主机因为总线上的电平与自己的电平不相同，将断开它的数据输出级，发送低己的电平不相同，将断开它的数据输出级，发送低电平的主机取胜。竞争可以持续多位。器件竞争首电平的主机取胜。竞争可以持续多位。器件竞争首先比较地址位。先比较地址位。多个主器件同时选中同一个从器件时，竞争多个主器件同时选中同一个从器件时，竞争继续比较数据位（如果主机是发送器），或者比较继续比较数据位（如果主机是发送器），或者比较响应位（如果主机是接收器）。响应位（如果主机是接收器）。当当当当7.2.4 下 页上 页返 回主机主机1和主机和主机2
32、在第一次出现不同电平时，主机在第一次出现不同电平时，主机1的的SDA1=1，主机，主机2的的SDA2=0，“线与线与”后，主机后，主机1的的DATA1电平与总线的电平与总线的SDA状态不同，断开其数据输状态不同，断开其数据输出级，使主机出级，使主机1在竞争裁决中失去总线的控制权，主在竞争裁决中失去总线的控制权，主机机2取胜。取胜。7.2.4 下 页上 页返 回注意：总线的地址和数据信息由取胜的主机总线的地址和数据信息由取胜的主机决定，所以在竞争过程中地址和数据信息不决定，所以在竞争过程中地址和数据信息不会丢失。而且总线上的主器件既没有中心主会丢失。而且总线上的主器件既没有中心主机，也没有任何优
33、先级别。机，也没有任何优先级别。CI27.2.4 下 页上 页返 回竞争时的同步时钟机制竞争时的同步时钟机制:器件器件1的时钟信号（的时钟信号（CLK1）由高电平变为低电平，）由高电平变为低电平，将使时钟线将使时钟线SCL由高变低，由高变低，SCL线的电平变化会使连接线的电平变化会使连接在其上的器件在其上的器件2的时钟线（的时钟线（CLK2）发生由高到低的变化。）发生由高到低的变化。当当CLK1由低变高时，由低变高时，CLK2还处于低电平，还处于低电平，CLK1由低由低到高的状态变化不改变到高的状态变化不改变SCL的低电平状态。即低电平周的低电平状态。即低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变不
34、影响期短的器件的时钟由低至高的跳变不影响SCL线的状态，线的状态，器件器件1将进入高电平等待状态。将进入高电平等待状态。7.2.4 下 页上 页返 回 当当CLK2上跳为高电平时，上跳为高电平时，SCL结束低电平期，被结束低电平期，被释放返回高电平。此时器件释放返回高电平。此时器件1和器件和器件2同时开始高电平同时开始高电平期。之后，第一个由高电平变为低电平的器件又将期。之后，第一个由高电平变为低电平的器件又将SCL线拉成低电平，重复前面的过程。多个器件与此线拉成低电平，重复前面的过程。多个器件与此类同。类同。7.2.4 下 页上 页返 回注意：所有能在所有能在 CI2产生自己的时钟信号，并传
35、送到时钟线产生自己的时钟信号，并传送到时钟线SCL上。上。总线上传输信息的主器件都能总线上传输信息的主器件都能 上述连接方式能在上述连接方式能在SCL线上产生一个同步时钟，线上产生一个同步时钟，同步时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确同步时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定，而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件定，而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定。发生竞争时，确定。发生竞争时，SCL线上的时钟信号由所有主线上的时钟信号由所有主器件产生的时钟信号器件产生的时钟信号“线与线与”决定。决定。7.2.4 下 页上 页返 回 通信中，通信中，CPU可对相关的特殊功能寄存器进可对
36、相关的特殊功能寄存器进行操作，通过指令将行操作，通过指令将 CI2总线，还可对其工作状况进行检测。总线，还可对其工作状况进行检测。接口电路挂靠或摘离接口电路挂靠或摘离CI2硬件硬件接口电路可完成数据的移位、发送或接收及总线接口电路可完成数据的移位、发送或接收及总线的盲、闲状态检测。对不带的盲、闲状态检测。对不带 CI2接口的微处理器接口的微处理器 只得以每个时钟周期只得以每个时钟周期2次的速率对次的速率对SDA线采样，以线采样，以 了解总线的忙、闲变化情况。了解总线的忙、闲变化情况。CI2具有自动寻址，多主机时钟同步和仲裁等功能很强具有自动寻址，多主机时钟同步和仲裁等功能很强的总线，用带有的总
37、线，用带有 总线是各种总线中使用信号线最少，并总线是各种总线中使用信号线最少，并CI2EEPROM、各种传感器、变送器及微处理器等设、各种传感器、变送器及微处理器等设计智能仪器系统十分方便、灵活，体积也小，在实计智能仪器系统十分方便、灵活，体积也小，在实际中得到广泛应用。际中得到广泛应用。总线的器件如总线的器件如A/D、D/A、7.2.4 CI2CI2CI2CI2CI2CI2CI2图7.7 总线器件与CPU的连接CI2CI2CI2CI224LC16BA0A1A2VSSVCCWPSCLSDA1234567824LC16B引脚图Y30P30P22uF1KS11.0592MHZVCCVCCVCCGN
38、D5.1K*256784321VCCSDASCLGNDA0A1A2EA/VP31X119X218RESET9P3717P3616P3212P3313P3414P3515P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30P3111P301089C52WP24LC16B24LC16B与单片机连接图 目前大多数智能检测仪器带有通用接口总线目前大多数智能检测仪器带有通用接口总线GPIB（General P
39、urpose Interface Bus，通用接口总线），通用接口总线）最早由美国最早由美国HP公司研制，称公司研制，称:HP-IB标准标准。19751975年年IEEEIEEE将其改进，规范化为将其改进，规范化为IEEE-488IEEE-488标准，标准，19771977年年IECIEC又将其命名为又将其命名为IEC-625IEC-625国际标准，国际标准，目前多称其为目前多称其为:GP-IBGP-IB。适应于轻微干扰的试验室或现场，可用于智能检适应于轻微干扰的试验室或现场，可用于智能检测、计算机、导航、通信等领域。测、计算机、导航、通信等领域。下 页上 页返 回7.3 GPIBGPIB总线
40、总线1、可通过一条总线将多台仪器互联，组成自动测试、可通过一条总线将多台仪器互联，组成自动测试系统。系统中可以连接的仪器不超过系统。系统中可以连接的仪器不超过15台，互连台，互连总线的长度不超过总线的长度不超过20米。米。GPIB基本特性基本特性:7.37.32、数据传送采用位并行、字节串行的双向异步传输、数据传送采用位并行、字节串行的双向异步传输方式，最大传输速率不超过方式，最大传输速率不超过1兆字节兆字节/每秒。每秒。3、总线上传输的消息采用负逻辑、总线上传输的消息采用负逻辑，低，低电平（电平（0.8V）为逻辑为逻辑“1”，高电平（，高电平（2.0V）为逻辑）为逻辑“0”。4、采用单字节地
41、址时可有、采用单字节地址时可有31个讲地址和个讲地址和31个听地址；个听地址；采用双字节地址时可有采用双字节地址时可有961个讲地址和个讲地址和961个听地个听地址。址。l串行通信串行通信 通信双方的数据沿一根或两根线实现二进通信双方的数据沿一根或两根线实现二进制序列的传输。制序列的传输。下 页上 页返 回7.4 7.4 串行通信接口串行通信接口 在串行通信中，将传输的数据分解成二进制位，在串行通信中，将传输的数据分解成二进制位，用一条信号线将多个二进制数据位按一定的顺序用一条信号线将多个二进制数据位按一定的顺序逐位由发送端传到接收端，连线数量少，成本低，逐位由发送端传到接收端，连线数量少，成
42、本低，而且只要增加调制解调器而且只要增加调制解调器(MODEM)，利用现有，利用现有的通信信道（如电话线）可实现远程通信。的通信信道（如电话线）可实现远程通信。下 页上 页返 回串行通信中，数据和联络信号使用同一根信号线传送，为了可靠传送数据，收发双方必须事先约定发送和接收数据的速率、传输数据的格式、收发出错时的处理方式等。7.47.4下 页上 页返 回7.47.4根据数据的传送方向和发送/接收是否能同时进行，传送方式分为单工方式、半双工方式和全双工方式。下 页上 页返 回1）单工方式（）单工方式（Simplex）通信双方一方固定为发送方、另一方固定为接通信双方一方固定为发送方、另一方固定为接
43、收方，数据只能由发送方传送到接收方收方，数据只能由发送方传送到接收方。2）半双工方式（）半双工方式（Half-Duplex）通信双方都具有发送和接收数据的能力，发送或通信双方都具有发送和接收数据的能力，发送或接收数据分时使用同一条传输线，发送和接收不接收数据分时使用同一条传输线，发送和接收不能在同一个时刻进行。能在同一个时刻进行。7.47.4传送方式：3）全双工方式（）全双工方式（Full-Duplex）通信双方收发使用不同的传输线，在同一时刻，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收发双方既可发送又可接收。下 页上 页返 回 根据同步方式（时钟控制方式）的不同，串
44、行数根据同步方式（时钟控制方式）的不同，串行数据通信分为据通信分为同步串行通信同步串行通信和和异步串行通信异步串行通信两种方两种方式。式。1）同步串行通信）同步串行通信（Synchronous Data Communication）串行数据在发送串行数据在发送端和接收端使用端和接收端使用同步时钟，使发同步时钟，使发送和接收保持同送和接收保持同步。步。7.47.4下 页上 页返 回 同步通信将数据顺序连接起来，控制信息也以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。字符形式表示，以数据块为传送单位。数据块开始有一个或两个同步字符（数据块开始有一个或两个同步字符（SY
45、N），），中间中间是需要传送的数据，最后为一个或两个校验是需要传送的数据，最后为一个或两个校验字符。接收方接收到数据后用校验字符对接收到字符。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。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，一帧信这样构成的一组数据块称为一帧信息，一帧信息的字符个数可包含成百上千个字符，具体可由息的字符个数可包含成百上千个字符，具体可由用户设置。用户设置。7.47.41）同步）同步串行串行通信通信:下 页上 页返 回 同步通信同步通信数据块内数据与数据之间不需要插入数据块内数据与数据之间不需要插入同步字符，没有间隙同步
46、字符，没有间隙，而，而传输速度较传输速度较快快收发双方要求时钟严格收发双方要求时钟严格同步，对硬件要求较高，同步，对硬件要求较高，适用于传送成批数据。一般用于高速通信方式。适用于传送成批数据。一般用于高速通信方式。在低速通信时采用异步方式在低速通信时采用异步方式。通常在近距离（几百米至几千米）传输时，在传通常在近距离（几百米至几千米）传输时，在传输线中增加一根时钟信号线，用同一时钟发生器输线中增加一根时钟信号线，用同一时钟发生器驱动收发设备；传输距离更远时，时钟信息包含驱动收发设备；传输距离更远时，时钟信息包含在信息块中，通过调制解调器从数据流中提取同在信息块中，通过调制解调器从数据流中提取同
47、步信号，用锁相技术得到与发送时钟频率相同的步信号，用锁相技术得到与发送时钟频率相同的接收时钟信号。接收时钟信号。7.47.41）同步）同步串行串行通信通信:下 页上 页返 回2）异步串行通信）异步串行通信 （Asynchronous Data Communication）收发双方使用独立的收发双方使用独立的时钟，时钟，在信息传输过程中不在信息传输过程中不必与数据一起发送同步脉冲。必与数据一起发送同步脉冲。7.47.4下 页上 页返 回 通信双方以字符为通信单位，每个字符由通信双方以字符为通信单位，每个字符由1个起始位（约定为逻辑个起始位（约定为逻辑0电平）、电平）、58个数据位个数据位（先传送
48、低位后传送高位）、（先传送低位后传送高位）、1个校验位（用于个校验位（用于校验传送的数据是否正确）、校验传送的数据是否正确）、1位（位（1.5位或位或2位）位）停止位（逻辑停止位（逻辑1电平）组成。电平）组成。7.47.4一一个字符可由个字符可由10位、位、10.5位或位或11位组成位组成，一，一组字符组字符称为一帧，字符一帧一帧的传送。称为一帧，字符一帧一帧的传送。2）异步串行）异步串行通信通信下 页上 页返 回 每帧数据的传送依靠起始每帧数据的传送依靠起始位同步位同步，发送方，发送方发送完一个字符的停止位后发送完一个字符的停止位后，立即，立即发送下一个字发送下一个字符的起始位，继续发送下一
49、个字符；也可发送空符的起始位，继续发送下一个字符；也可发送空闲位（逻辑闲位（逻辑1电平），表示不发送数据，通信双电平），表示不发送数据，通信双方不进行数据通信。方不进行数据通信。7.47.4 当需要发送字符时，再用起始位进行同步。当需要发送字符时，再用起始位进行同步。通信中，为保证传输正确，线路上传输的所有位通信中，为保证传输正确，线路上传输的所有位信号都保持一致的信号持续时间，收发双方必须信号都保持一致的信号持续时间，收发双方必须保持相同的传输速率。串行通信方式对硬件要求保持相同的传输速率。串行通信方式对硬件要求较低，实现起来比较简单、灵活。但传送速率较较低，实现起来比较简单、灵活。但传送速
50、率较同步通信低。同步通信低。下 页上 页返 回7.4.1 7.4.1 RS-232CRS-232C串行总线标准串行总线标准 美国电子工业协会美国电子工业协会EIA（Electronic Industries Association）1973年公布的一种串行数据通信标准。年公布的一种串行数据通信标准。RS是推荐标准（是推荐标准（Recommended Standard）的缩写，的缩写，232是识别代号，是识别代号，C是标准的版本号。是标准的版本号。7.4.17.4.1定义定义了数据终端设备了数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）和数据通信设备）和数据通信设备DCE（
