自動(dòng)控制原理第六章

第六章

智能儀器中的通信技術(shù)智能儀器通常帶有通信接口，包括串行或并行通信接口。因此可根據(jù)需要選用不同的單個(gè)智能儀器，通過(guò)各自的通信接口組成一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)而完成不同的測(cè)試任務(wù)。儀器的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)是智能儀器的發(fā)展方向之一。6.1數(shù)據(jù)通信技術(shù)通信系統(tǒng)：傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。通信系統(tǒng)分類(lèi)模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)

數(shù)字通信系統(tǒng)抗噪能力強(qiáng)，傳輸中差錯(cuò)容易控制，是通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。通信系統(tǒng)的一般模型（單向）實(shí)際大多數(shù)場(chǎng)合，通信雙方需要隨時(shí)交流信息，即要求實(shí)現(xiàn)雙向通信。此時(shí)，通信雙方都要有發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備。此外，通信系統(tǒng)除了完成信息傳遞之外，還必須進(jìn)行通信交換。傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)共同組成一個(gè)完整的通信系統(tǒng)。

通信系統(tǒng)的主要參數(shù)：

1信道的帶寬

一般信道的帶寬越寬，它傳輸信號(hào)時(shí)的失真越小。

2數(shù)據(jù)速率（Bit/s）

波特率和比特率

3通信系統(tǒng)的可靠性可用錯(cuò)誤率來(lái)衡量數(shù)字調(diào)制技術(shù)由信源產(chǎn)生的原始信號(hào)稱為基帶信號(hào)，由于它含有頻率較低的諧波分量，因此一般不宜在長(zhǎng)距離的信道中直接傳輸。通過(guò)調(diào)制將原始基帶信號(hào)組合到更高頻率的載波上，用調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行傳輸。調(diào)制：利用調(diào)制信號(hào)（攜帶有用信息的基帶信號(hào)）去改變高頻振蕩載波的某個(gè)或幾個(gè)參數(shù)的波形變換過(guò)程。載波：正弦波（調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相）脈沖串經(jīng)過(guò)正弦波調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)一般表示為：調(diào)幅：易受突變干擾的影響，通常只用于低速數(shù)字信號(hào)調(diào)制。調(diào)頻：抗干擾能力優(yōu)于調(diào)幅，但頻帶的利用率不高，因此也僅在傳輸?shù)退俾实臄?shù)字信號(hào)中得到廣泛應(yīng)用。調(diào)相：占用頻帶較窄，抗干擾性能好，可用于更高數(shù)據(jù)速率的數(shù)字信號(hào)的調(diào)制。調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相也可適當(dāng)?shù)慕M合使用以達(dá)到更高的數(shù)據(jù)速率。多路復(fù)用技術(shù)在一條物理通道上同時(shí)傳送多路信息的技術(shù)稱為多路復(fù)用技術(shù)。

頻分多路復(fù)用（可同一時(shí)間發(fā)送各路信號(hào)）（FDM）時(shí)分多路復(fù)用（輪流發(fā)送各路信號(hào)）（TDM）差錯(cuò)控制技術(shù)在通信系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)并加以糾正，從而把差錯(cuò)控制在盡可能小的范圍內(nèi)的技術(shù)。數(shù)字通信中差錯(cuò)控制最常用技術(shù)：

差錯(cuò)控制編碼差錯(cuò)控制編碼原理

信息位+冗余位（監(jiān)督碼元）整個(gè)構(gòu)成1個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送通常用編碼效率R來(lái)衡量編碼性能的好壞目前采用的編碼有奇偶校驗(yàn)碼方塊碼循環(huán)冗余碼差錯(cuò)控制方式：

1自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（ARQ）

2前向糾錯(cuò)（FEC）

3混合糾正（HEC）通信規(guī)程與同步技術(shù)為保證通信的順利進(jìn)行，收發(fā)雙方在通信時(shí)因嚴(yán)格遵守通信協(xié)議。

異步通信方式（ASYNC）同步通信方式（SYNC）6.2串行通信幾種常用的總線標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用串行通信是智能儀器中常用的通信方式。串行通信時(shí)，要傳送的數(shù)據(jù)或信息必須按一定格式編碼，然后在單根線上，按一位一位的先后順序傳送。串行通信優(yōu)點(diǎn)：需要的通信線少，傳送距離遠(yuǎn)。為使不同廠家的各種型號(hào)的智能儀器在通信時(shí)能方便地用一條標(biāo)準(zhǔn)的總線電纜連接起來(lái)，儀器的串行通信接口應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)化的。常用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)是EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）制定的RS-232，RS-422，RS-485標(biāo)準(zhǔn)。6.2.1RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用完整的RS-232標(biāo)準(zhǔn)是由25根信號(hào)線組成的。利用RS-232進(jìn)行串行通信的典型應(yīng)用情況：參與通信的設(shè)備一個(gè)為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE；另一個(gè)為數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE。RS-232的信號(hào)線可分為四類(lèi)：（表6.1)

數(shù)據(jù)信號(hào)(4根）控制信號(hào)(11根）定時(shí)信號(hào)（3根)

地線(2根）RS-232的電氣特性:RS-232標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯RS-232與TTL,CMOS電平的轉(zhuǎn)換用RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線連接系統(tǒng)近距離通信:小于15m的通信,此時(shí)可用RS-232電纜直接連接通信設(shè)備;遠(yuǎn)距離通信:15m以上的通信,需采用調(diào)制解調(diào)器經(jīng)電話線(或其他傳輸介質(zhì))進(jìn)行。近距離通信的兩種不同情況：1若兩臺(tái)智能儀器的RS-232接口，一個(gè)采用DCE方式連接，另一個(gè)DTE方式連接，可將同名引腳直接相連；2若兩臺(tái)智能儀器的RS-232接口均采用DTE方式或DCE方式，則應(yīng)采取交叉連接的方式。RS-232標(biāo)準(zhǔn)的缺陷遠(yuǎn)距離通信中可能產(chǎn)生附加電平，因此，該標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率只能達(dá)到20kbit/s，最大傳輸距離僅15m。6.2.2RS-422標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用RS-422標(biāo)準(zhǔn)采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的方式進(jìn)行串行通信。RS-422標(biāo)準(zhǔn)可獲得高達(dá)10Mbit/s的傳輸速率和1200m的傳輸距離。RS-422電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換芯片RS-422標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用舉例——主從式多機(jī)通信主機(jī)：一臺(tái)上位機(jī)（IBM-PC系列微機(jī)）從機(jī)：若干臺(tái)以MCS-51/96系列單片機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)成的智能儀器。主機(jī)與各從機(jī)之間通信時(shí)可采用RS-422/485標(biāo)準(zhǔn)。RS-422的電氣特性與RS-485完全一樣，主要區(qū)別為：RS-422有4根信號(hào)線：兩根發(fā)送（Y，Z），兩根接收（A，B）。由于RS-422的收與發(fā)是分開(kāi)的，所以可以同時(shí)收和發(fā)。（全雙工）RS-485有2根信號(hào)線：發(fā)送和接收都是A和B。由于RS-485的收和發(fā)是共用兩根線，所以不能同時(shí)收和發(fā)。（半雙工）6.3智能儀器中數(shù)據(jù)的并行通信并行通信時(shí)，數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。并行通信速度快，但占用的通信線多，成本高，故不易進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。計(jì)算機(jī)中內(nèi)部總線就是以并行方式傳送數(shù)據(jù)的。6.3.1通過(guò)并行接口實(shí)現(xiàn)CPU間數(shù)據(jù)的并行通信采用并行接口芯片是實(shí)現(xiàn)CPU間數(shù)據(jù)并行通信最簡(jiǎn)單的方法。并行接口芯片：74LS244，74LS273，8255A

（可編程）8255：工作在方式2時(shí)，適合于多機(jī)系統(tǒng)（多個(gè)CPU間）交換數(shù)據(jù)。此方式只適用于端口A。PA0~PA78位數(shù)據(jù)線可雙向傳輸，輸入、輸出均是鎖存的。通過(guò)并行接口實(shí)現(xiàn)CPU見(jiàn)數(shù)據(jù)并行通信的技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、編程方便的特點(diǎn)。但每次只能傳送一個(gè)字節(jié)，效率較低。6.3.2通過(guò)雙口RAM實(shí)現(xiàn)CPU間數(shù)據(jù)并行通信的技術(shù)(之一:CPU有等待狀態(tài))具有等待狀態(tài)(READY引腳)的CPU:MCS-96系列單片機(jī),80x86通用微處理器.方法：1）可采用內(nèi)部帶有仲裁電路(“忙”邏輯)的集成單片雙口RAM（IDT71321）

2）可采用為普通單口RAM附加一定的外圍電路而構(gòu)成具有類(lèi)似功能的雙口RAM。6.3.3通過(guò)雙口RAM實(shí)現(xiàn)CPU間數(shù)據(jù)并行通