2-2串行通信与串行通信接口选读.pptVIP

网络化控制系统 —现场总线技术第2章 串行通信与串行通信接口;2.1 数据通信基础 ; 数据通信的实质是以计算机为中心，通过某些通信线路与设备，对二进制编码的字母、数字、符号以及数字化的声音、图象信息进行的传输、交换和处理。一个数据通信系统主要由以下五部分组成。 ;（1）报文：报文即需要传送的数据，它可以是文本、数字、图像、声音等，或上述内容的组合。 （2）发送设备：可以是计算机、工作站、电话机、摄像机等。 （3）接收设备：可以是计算机、工作站、电话机、电视机等。 （4）传输介质：发送设备与接收设备之间的物理通路，如双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等。 （5）通信协议：控制数据通信的一系列规则。发送与接收设备都要按相同的通信协议工作，如同两个谈话的人使用同一种语言一样。 ;数据通信过程一般按以下步骤进行： （1）数据打包。数据打包就是对需要传送的数据进行包装，形成数据包或报文。报文内除了数据本身外，还有报头、报尾等一些附加信息，如报文说明、长度、校验等。 （2）数据转换与编码。数据转换与编码就是对报文作适当变换，以适应传输要求。如串行通信中的并—串转换，0、1的传输编码(归零编码、不归零编码等)、信号电平的选择，以及信号的调制形式等。;（3）数据传输。经过转换与编码后，将代表报文的信号(数字信号或模拟信号)放到传输介质上，发往接收设备。 （4）数据转换与译码。接收设备将接收到的信号经转换与译码后，形成报文。 （5）数据解包。接收设备根据数据打包时的协议从报文中去除附加信息，得到最终需要的数据。 ; ; 计算机中表示数据的最基本单位是位(bit)，但为了处理的方便与快捷，往往将多个位一起使用，形成一个字(word)或字节(byte)。并行通信时常以字节为单位进行信号连接与数据传送，由于一个字节为8位(8bit)，故最少需要8条数据线。 并行通信的特点是传送速度快，但由于连线较多致使成本高，只适合于近距离计算机或设备之间的数据通信。如计算机与打印机之间通常采用并行通信方式。另外，在过程控制系统中，处于同一机柜内的主计算机(上位机)与通道计算机(下位机)之间也常用并行通信方式传送数据。 ;（2）串行通信;串行通信的几个环节;数据编码与编码波形 ;数字数据编码波形; 归零码(RZ) 在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编码。 双极性归零码的逻辑1只在该码元时间中的某段(如码元时间的一半)维持高电平后就回复到零电平，逻辑0只在该码元时间的一半维持负电平后也回复到零电平。 非归零码(NRZ) 在整个码元时间内都维持有效电平的编码方式 。;曼彻斯特编码（Manchester Encoding） 把时间划分为等间隔的小段。 其中每小段代表一个比特(位 bit)。 每个比特时间又被分为两半，前半段所传信号是该时间段比特值的反码，后半段传送的是该比特值本身。 从高电平跳变到低电平表示0，从低电平跳变到高电平表示1。 特点： 其波形(时钟周期)中间点总有一次信号电平的变化，因而具有可用于时钟同步的内在信息。 信号本身携带有同步信息。无需另外传送同步信号。;双相L曼彻斯特编码(Manchester Biphase –L);差分码;差分曼彻斯特编码 既具有差分码的特点，又具有曼彻斯特编码的特点。 时钟周期起点电平的变化与否代表数据的“1” 、“0” 状态，即差分码的特点。有跳变表示“0”，无跳变表示“1”。令牌环网中就使用了差分曼彻斯特码。 时钟周期的中间点电平跳变一次，即曼彻斯特编码的特点。; ;数字信息的模拟信号编码 ;模拟数据编码 ;数据的串行/并行转换;;单字节数据的报文帧;多字节数据报文帧的结构;通信的连接与确认 ;硬件连接握手 接收者在准备好了后将相应的端口线带入到某个规定的电平状态，如高电平。 发送者从串行接口监测到这个信号的电平变化，便开始发送数据。 接收者可以在任何时候将这根端口线带入到低电平；当发送者检测到这个低电平，就停止发送。 ;软件连接握手 发送者通过发送一个特定字节表明它想要发送数据。 接收者看到这个字节的时候，也发送一个编码来声明自己可以接收数据。 当发送者看到这个信息时就知道它已完成连接，可以发送数据了。 接收者还可以通过一个另外的编码来告诉发送者停止发送。 ;确认 接收者向发送者发送一个回复信息，表明数据已经正确收到，这个过程称为确认。 确认报文可以是一个的特别定义的报文，例如标识接收者地址或编号，表明哪个接收者已正确接收报文。 发送方根据是否接收到确认报文，采取相应的措施，或结束本次通信，或重发，或开始下一个通信过程。;中断请求与处理;串行通信的中断请求与处理;轮询 ;串行通信接口通信接口规范 EIA 232