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1、数字化医疗仪器,第四章 数字化仪器通信接口,4.1 GP-IB通用接口总线,4.4.1 GP-IB标准接口系统概述 GP-IB(General Purpose Interface Bus)-是国际通用的仪器接口标准. 一、GP-IB标准接口系统的基本特性 该标准包括接口和总线两部分. 接口部分:由各种逻辑电路组成,与各仪器装置安装在一起,用于对传送的信息进行发送、接受、编码和译码. 总线部分:是一条无源的多芯电缆,用作传输各种消息. 图4-1系统中,要进行联络至少有 讲者,听者,控者三类装置.,讲者: 是通过总线发送仪器消息的仪器装置。如测量仪器、数据采集器、计算机等。 听者:是通过总线接受由
2、讲者发出消息的装置。如打印机、信号源等. 控者: 是数据传输过程中的组织者和控制者。如计算机。 对于系统中的某一台装置可以具有三要素(讲者,听者,控者)中的一个，二个或全部。GP-IB系统中的计算机一般同时具有讲者、听者、控者的功能。 GP-IB标准接口系统的基本特性如下: P9192,GP-IB标准接口系统,二. GP-IB标准接口的总线结构,24芯电缆：其中16条被用做信号线，其余被用做逻辑地线及屏蔽线。 总线上传递的各种信息通称为消息， 见下图：,接口消息和仪器消息,接口消息:管理接口部分完成各种接口功能的信息，它由控者发出，只被接口部分所接受和利用。 仪器消息:与仪器自身工作密切相关的
3、信息，只被仪器部分接受和利用。 GP-IB标准接口总线中的16条线按功能可分为三组： 1、8条双向数据总线 2、3条数据挂钩联络线(三线挂钩原理) 控制数据总线的时序，保证数据总线正确、有节奏地传输数据，称为三线挂钩技术 DAV:数据有效线 NRFD:数据未就绪线 NDAC:数据未收到线,3、5条接口管理控制线 作用是控制GP-IB总线接口的状态。 ATN: 注意线 IFC: 接口清除线 REN:远程控制线 SRQ:服务请求线 EOI:结束或识别线 三、三线挂钩原理 见下图,三线挂钩简单时序,4.1.2 接口功能和接口消息,一、仪器功能与接口功能 仪器功能:把收到的控制信息变成仪器设备的实际动
4、作。 接口功能:是指完成系统中各仪器设备之间正确通信,确保 系统正常工作的能力。 二、接口功能的配置(十种接口功能) 三、接口消息及编码 按用途分,总线上传递的消息可分为接口消息仪器消息 按传递的途径分: 本地消息远地消息 按信号线的数目分: 单线消息:无需编码。 多线消息:需统一编码，表4-1 仪器消息也有明确的编码与格式.,4.1.3GP-IB标准接口系统的运行(图4-4),自动测试系统框图,4.2 串行通信总线,4.2.1 串行通信基本方式 构成字符的每个二进制数据位,依照一定的顺序逐位进行传送的通信方式。 串行通信分为:同步通信和异步通信。 同步通信:传输速度快,实用性差,容易出错。
5、异步通信:传输速度较慢,出错率低。 4.2.2 串行通信协议 串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成：,串行通信方式,在异步通信中,接受和发送双方必须保持相同的传送速率即波特率。 波特率:每秒传送的二进制数(比特/秒)。 典型:1200,2400,4800,9600,19200bit/s等。 4.2.3 RS-232C标准(图4-16),RS-232C标准联结图,25针的连接器,最常用的是9个通信信号 基本数据传送信号调制解调器控制信号 基本数据传送信号 TXD:发送数据信号. RXD:接受数据信号. GND:地信号. Modem控制信号 从计算机到Modem信号: DTS:数据终端
6、就绪信号. RTS:请求发送信号. 从Modem到计算机信号 DSR:数据装置就绪信号. CTS: 允许发送信号. DCD:数据载波检测信号. RI:振铃指令信号.,在实际的微机及微机化设备的通信中,不需要Modem. 下图中只使用了TXD、RXD和GND三根线：,“零调制解调器”联结图,RS-232C标准使用负逻辑 1 在-5V-15V; 0 在+5V+15V. 不与TTL兼容,必须进行电平转换. 传输线驱动器MC1488;传输线接受器MC1489.图4-18,RS232C与TTL电平变换器,4.3 串行通信接口电路的设计,4.3.1 智能仪器串行通信接口的结构 一、串行通信接口的扩展 串行
7、接口完成串并转换，它与CPU的数据接口是并行的，而与外界的数据接口应是串行的，图4-19。 二、MCS-51串行通信接口结构及通信方式 图4-20 MCS-51内部有一个全双工的串行口。 内部有两个独立的接受，发送缓冲器SBUF。公用一个地址99H，使用同一标号SBUF 由SCON，PCON控制串行口的工作方式及波特率。定时器T1作为波特率发生器。,采用8250的串行接口扩展电路,MCS-51串行口原理图,SCON:包含串行口的方式选择位，接受发送控制位和串行口的状态标志,地址为98H，可位寻址。格式如下 SM0、SM1：为串行口的方式选择位，见下表：,SM2:为允许方式2,3的多机通信控制位
8、. REN:允许串行接受位. TB8: RB8: TI:为发送中断标志. RI:为接受中断标志. PCON:波特率系数控制寄存器,地址为87H，格式如下 SMOD=1, 使波特率加倍.,MCS-51共有四种工作方式 方式0: 移位寄存器输入输出方式。 方式1: 8位异步通信接口。 方式2: 波特率固定的9位异步通信接口。 方式3: 波特率可变的9位异步通信接口。 方式2,3利用SCON中的SM2位,可方便地实现双机通信。,4.3.2 MCS-51系统串行通信设计举例,一、双机通信 (图4-21) 设甲机发送,乙机接受. 对于单片机之间的通信,只要设定发送机和接受机处于相同的工作方式，即可保证数
9、据传送格式相同。,双机通信示意图,二. 多机通信,主从机之间可相互通信，但从机之间不能直接通信。,主从式多机分布式系统,4.3.3 PC机系统与MCS-51系统的通信,PC机具有标准RS-232C串口,而MCS-51单片机本身具有全双工的串行口，只需配一些驱动隔离电路就可构成一个分布式系统。,IBM-PC与单片机接口,4.4 RS-422总线与RS-485总线,RS-232C缺点：只能一对一地通信，不借助于Modem时数据传输距离仅15米； 其接口电路是单端驱动，单端接收，如下图所示。,441 RS-422总线,只有四根信号线，其接口采用平衡驱动差动接收电路,这种接口电路形式还使得一个驱动器能
10、同时接多个接收器，因此可利用RS-422实现多台计算机的互连，构成主、从式通信网络 。 如下图所示。,442 RS-485总线,RS-485是RS-422的变型，采用二线制；在发送端增加了使能控制。下图为两个RS-422接口改接成RS-485方式互连 区别：RS-422支持全双工方式通信；而RS-485只能用半双工方式通信。,多个RS-485接口互连：,443 RS-232CRS-422RS-485转换器,RS-232CRS-422RS-485转换原理示意图：,4.5 USB通用串行总线,USB(UniversalSerialBus)是由DEC、IBM、Intel、Microsoft以及NEC
11、等7家高技术企业制定的串行接口总线标准。 目前微机外设接口有多种，如键盘的插口是圆的，打印插口是D形等，利用USB可把这些不同的接口统一起来。 使用一个4针的插头作为标准插头，可连接的外围设备数目最多达127个，支持热插入(Hot Plug In)和即插即用(Plug&Play)，最高传送速度可达12Mbs，既可用于低速的外围设备，如键盘、鼠标等，也可用于中速装置，如打印机、数码照相机、调制解调器、扫描仪等。它的主要特点如下：,(1)USB连接外围设备时可使用集线器进行树形连接，连接的外围设备数目最多达127个，从主装置开始可以经由5层集线器进行菊花链连接。连接于USB上的装置都不是终点，而是
12、能够利用集线器连接其他装置的分叉点。 (2)USB允许2种数据传送速度规格，1.5Mbs叫做低速传送，12Mbs叫做全速传送。 (3)USB有同步、中断、批量三种数据传送模式，同步传送主要用于数码相机、扫描仪等中速外围设备。中断传送用于键盘、鼠标等低速设备；而批量传送则供打印机、调制解调器、数字音响等不定期传送大量数据的中速设备使用。,(4)USB采用NRZI(Non Returnto Zero lnvert，不归零翻转)编码传送格式，试图减少误码率。 (5)USB总线可以为低功耗装置提供电源。 另一种串行接口标准IEEE 1394在一些领域也得到了应用，该标准主要是作为数字化视频和音频的接口标准。,