《总线接口技术》PPT课件.ppt

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1、计算机控制技术,第5章 总线接口技术,第5章 总线接口技术,接口：计算机与外设之间相连接的部件。可以是电路板、元器件等。如显卡、网卡、并行接口、串行接口、A/D转换器、D/A转换器、MODEM等。接口的功能：寻址功能、输入/输出功能、数据转换功能（串转并、并转串、A/D、D/A等）、缓冲功能、以及联络功能、中断管理功能、复位功能、错误检测功能等。,本章主要内容51 并行接口总线52 串行通信基本概念53 串行通信标准总线54 现场总线技术,5.1 微机并行接口（1）,本节内容：并行接口信号、寄存器与应用5.1.1 微机并行接口信号 1、连接器：25脚D型（插孔）。2、信号：25条信号，分4类,

2、5.1 微机并行接口（2）,5.1.2 微机并行接口寄存器微机并行接口寄存器有三个，数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器，其地址分别为378H、379H和37AH。1、数据寄存器地址为378H。为8位的，用于向外设传送数据。数据寄存器可以写、也可以读，但读出的是写入的数据。2、控制寄存器地址为37AH。为8位的，用于向外设发出控制信号。控制寄存器也是可以写、可以读，读出的是写入的控制字。IRQ EN：为1使中断允许，使中断请求/ACK有效；/INIT：为0使打印机进行初始化，持续50s后应置位；AUTO LF：为1进行自动换行；SLCTIN：为1打印机联机；STOBE：为1使数据选通，持续0.5

3、s后应复位,5.1 微机并行接口（3）,3、状态寄存器地址为379H。为8位的，其内容为外设的工作状态，状态寄存器只能够读。状态寄存器格式如下。/BUSY：为0示打印机忙；/ACK：为0示打印机应答（就绪），可产生中断请求；PE：为1示缺纸 SLCT：为1示联机状态；/ERROR：为0示出错（包括脱机、缺纸等）注意区分：（1）控制字位和控制信号，由前者产生后者，符号不一定相同；（2）状态字位和状态信号，有后者产生前者，符号不一定相同。,5.1.3 微机并行接口应用1、控制打印机这是最经常应用的。,5.1 微机并行接口（4）,2、控制其它设备如：烧录器等一些只需接收数据的设备。也可以自己开发的并

4、行口设备，如显示设备、控制设备等。,5.3 串行通信标准总线（1）,本节主要介绍RS-232-C、RS-422和RS-485串行总线标准、主要特点、接口方法、传输介质及电平转换等。5.3.1 RS-232-C串行总线一、RS-232-C的电气特性由于RS-232-C总线标准是在TTL电路出现之前研制的，其电平是对称的高电平：+3V+15V，低电平：-3V-15V并且RxD、TxD使用负逻辑，即高电平表示逻辑0、低电平表示逻辑1。其它控制信号使用正逻辑。,5.3 串行通信标准总线（2）,二、RS-232-C的连接器RS-232-C总线标准采用的是25芯D型连接器，但是现在计算机上保留使用的是9芯

5、D型连接器（如下图），各个引脚信号如下。1、载波检测(DCD、入)2、接受数据(RXD、入)3、发送数据(TXD、出)4、数据终端准备好(DTR、出)5、信号地线(SGND)6、数据设备准备好(DSR、入)7、请求发送(RTS、出)8、清除请求发送(CTS、入)9、振铃指示(RI、入)1、4、6、7、8、9信号，均是要与MODEM联系，2、3、5信号就可以构成串行通信。,5.3 串行通信标准总线（3）,三、RS-232-C电平转换电路现在最常用的RS-232-C电平转换电路是MAX232等（如下图所示），其特点是单5V供电。,5.3 串行通信标准总线（4）,5.3.2 RS-422/RS-48

6、5串行通信总线由于RS-232-C总线推出较早，因此在使用中暴露出了明显的缺点，主要表现在：1）传输速率不够快2）传输距离不够远3）非平衡接口、共用信号地，故电气性能不佳4）接口处各信号容易产生串扰5）未规定连接器一、RS-423-A/RS-422-A串行通信总线1、RS-423-A/RS-422-A 的产生1977年EIA（Electronic Industries Association,（美国）电子工业协会）制定了新标准RS-449，RS-423-A/RS-422-A 是RS-449标准的一个子集，RS-485是RS-422-A 的一个变型。,5.3 串行通信标准总线（5）,2、RS-4

7、22-A 的主要特点（RS-423-A的传输性能差些）1）单端收、发，双极性电源（-6V+6V）2）信号也是负逻辑3）抗干扰能力强：平衡传输（与驱动），差分接受4）传输距离远、速率高。最大距离为1200m。距离为1200m时速率为100Kbps；距离为120m时速率为1Mbps；距离为12m时速率为10Mbps。5）可连接多个接收器，并且可同时工作。,5.3 串行通信标准总线（6）,3、RS-232-C/RS-423-A/RS-422-A的电气接口电路比较,2V,5.3 串行通信标准总线（7）,二、RS-485串行通信总线 1、RS-485RS-485是RS-422-A 的一个变型，二者的区别

8、如下：1）RS-422为全双工，而RS485为半双工；2）RS-422采用两对平衡差分信号线，RS-485只需其中的一对，更适合多站互连。,5.3 串行通信标准总线（8）,2、RS-422与RS-485比较,5.3 串行通信标准总线（9）,3、RS-485电平转换芯片常用的有MAX481E/483E/485E/487E/1487E、SN76176等芯片，实现TTL电平到RS-485电平的转换；MAX488E/490E等芯片，实现TTL电平到RS-422电平的转换。这些芯片均为单5V电源供电。,5.3 串行通信标准总线（10）,4、RS-485/RS-422连接电路（两点连接）传输介质为双绞线，

9、如用计算机网络线。R1为匹配电阻，消除反射信号。双绞线的特性阻抗。一般要求节距比D/d=10，D为节距、d为线外径；若使用12mm平方的双绞线，每米100匝时特性阻抗为123欧姆，每米40匝时特性阻抗为129欧姆。,5.3 串行通信标准总线（11）,5、RS-485/RS-422连接电路（多点连接）,RS-422,5.4 现场总线技术,本节主要内容1、现场总线技术概述2、几种典型现场总线,5.4 现场总线技术（1）,5.4.1 现场总线技术概述 1、控制技术的三次飞跃发展 在自动化、计算机控制技术的发展过程中，有三次技术进步起着重要作用。第一次是20世纪五六十年代，以模拟信号为主的电子装置和自

10、动化仪表的监控系统，是以微电子技术的进步为基础。第二次是20世纪七八十年代出现的分布式控制系统，是以计算机、控制技术的发展为基础。分布式控制系统是用420mA模拟信号对系统设备互连。第三次是20世纪的八九十年代出现和发展的现场总线技术。,5.4 现场总线技术（2）,2、什么是现场总线技术 现场总线是一种工业数据总线，是自动化领域中计算机通信体系最底层的低成本网络。国际电工委员会（IEC）的标准和现场总线基金会（FF）将现场总线定义为；“现场总线是连接现场智能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”。现场总线技术的基本内容包括：以串行通信方式取代传统的420mA的模拟信号，一条

11、现场总线可为众多的可寻址现场设备实现多点连接，支持底层的现场智能设备与高层的系统利用公用传输介质交换信息。现场总线技术的核心是通信协议，这些协议是根据国际标准化组织（ISO）的计算机网络开放系统互连参考模型（OSI，七层网络协议）制定的，多数现场总线技术只使用其中的一、二和七层协议。,5.4 现场总线技术（3）,3、现场总线技术的特点 1）数字信号完全取代420mA模拟信号；2）使基本过程控制、报警和计算功能等完全分布在现场完成；3）使设备增加非控制信息，如自诊断信息、组态信息以及补偿信息等；4）实现现场管理和控制的统一；5）真正实现系统开放性、互操作性。现场总线控制系统（FCS）相对于分布控

12、制系统（DCS）的优越性 1）系统结构简单、成本低；2）现场设备自治性强，系统性能高；3）信号传输的可靠性高、精度高；4）真正的全分散、全数字化控制网络；5）用户可以随意集成。,5.4 现场总线技术（4）,5.4.2 几种典型现场总线目前世界上出现了多种现场总线的企业、集团或国家标准。主要的有五种：CAN、LONWorks、PROFIBUS、HART、FFCAN（Controller Area Network），控制器局域网LONWorks（Local Opereating Network），局域操作网络PROFIBUS（Process Field Bus），过程现场总线HART（Highwa

13、y Addressable Remote Transducer），可寻址远程传感器数据通路通信协议FF（FieldBus Fund），现场总线基金会,5.4 现场总线技术（5）,LONWorks（局域操作网络）简介由美国Echelon公司研制。主要有如下特点。1）速率：78kb/2700m、1.25Mb/130m；节点达32000个，传输介质多种。2）协议：全部OSI七层模型。3）LONWorks的核心是NEURON（神经元）芯片MC143150，含3个8位CPU1个为访问控制器，2个为网络处理器。4）NEURON芯片编程语言为NEURON C，由ANSI C派生。5）其协议提供了5种基本的报

14、文服务：确认、非确认、请求/响应、重复、非确认重复。6）其协议对介质访问控制层作了修改，使负载轻时延迟最小化，使负载重时冲突可能最小化。,5.5 现场总线CAN局域网,本节主要内容1、CAN的主要特性2、CAN节点结构与系统连接方式3、CAN控制器与数据收发器,5.5 现场总线CAN局域网,CAN（Controller Area Network）是控制器局域网CAN是由德国Bosch公司专门为汽车监测和控制而设计的，逐步发展到用于其它工业领域的现场控制。CAN已经成为国际标准化组织ISO11898标准。5.5.1 CAN的主要特性（1）传输速率最高1Mbps/40m，距离最远10km/5kbp

15、s。（2）节点数达110个，传输介质为双绞线或光纤。（3）通信方式，CAN采用点对点、一点对多点及全局广播几种数据收发方式。（4）CAN可实现全分布式多机系统，并且无主、从机之分，每个节点均主动发送报文，可方便地构成多机备份系统。（5）CAN节点发送数据有冲突时，自动按优先级次序发送。（6）具有可靠的错误检测和处理机制（CRC循环冗余校验）。（7）节点具有自动关闭功能（在错误严重时）。（8）CAN器件丰富，有带CAN的单片机（82C200）、CAN控制器(SJA1000)、收发器(TJA1050)、CAN I/O器件(82C150)等。,5.5 现场总线CAN局域网（2）,5.5.2 CAN节

16、点结构与系统连接方式一、CAN节点结构每一个CAN节点，必不可少的器件有：单片机、CAN控制器、CAN收发器和光电耦合器等。,光电耦合器,隔离电源,CAN收发器,CAN控制器,单片机89C51等,5.5 现场总线CAN局域网,隔离电源,CAN控制器,单片机如89C51等,5.5 现场总线CAN局域网,CAN收发器,5.5 现场总线CAN局域网（3）,二、CAN系统连接方式,MCU,5.5 现场总线CAN局域网（4）,5.5.3 CAN控制器与数据收发器一、CAN控制器SJA1000SJA1000是PHILIPS公司的产品。1、控制器的功能（1）实现CAN现场总线协议；（2）设置通信波特率；（3

17、）进行发送和接收缓冲；（4）进行校验和错误处理；（5）产生中断请求等。2、引脚信号28引脚，DIP或SO封装AD0AD7：地址/数据复用MODE：CPU模式选择1：Intel模式；0：Motorola模式TX0、1：从SJA1000输出数据RX0、1：SJA1000接收数据/INT：中断请求输出，送给单片机,5.5 现场总线CAN局域网（5）,二、CAN高速数据收发器SJA1050SJA1050是PHILIPS公司的产品。1、数据收发器的功能（1）完成CAN协议电平转换；（2）完成数据收发；（3）起到保护和抗干扰作用。2、主要特点：（1）高速率（达1Mb/s）；（2）多节点（达110个）；（3）有静音模式只收不发；（4）保护和抗干扰能力强。3、引脚信号TXD：发送数据输入RXD：接收数据输出CANL：低电平CAN总线CANH：高电平CAN总线S：模式选择，0：高速模式；1：静音模式，只收不发Vref：参考电压输出,进一步可参考：周立功所著的增强型80C51单片机速成与实战，P266272、P305-353北京航空航天大学出版社,作 业,5.16 5.17 5.18,