测控总线与仪器通信技术复习课件
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1．简述什么叫基带传输、载带传输与宽带传输？ 答：基带传输---凡按数字信号原码进行的传输成为基带传输。基带传输中
传输的是一系列方波电脉冲信号。载带传输---在一条物理信道上，把要传输 的一路数字信号依附在另一载波信号上进行传输，这样的传输方式称为载带 传输。宽带传输---在一条物理信道上按顺序传输多路数字信号，每种要传输 的数字信号依附在指定频率的载波信号上，用不同频率段进行多路数字信号 的传输。
（3）数据及其传递
在数据路中，所有由读出线R和写入线W传递的信息统称 为数据，它可以是测量数据，也可以是状态信息和控制信息。
写线(W1 ～W24)的作用是将控制器所产生的数据信号传输到 组件的寄存器内。在每次写入操作时，控制器在W母线上产生数 据信号，该信号在Sl前到达稳定状态，并保持到操作结束。
2.6.3 报文分组交换方式的实现方法
简述报文分组交换方式的实现方法有哪些？ 答：报文分组交换方式的实现方法有虚电路法和数据报法。 （1）虚电路法虚电路是建立在通信双方之间的一条逻辑信道。虚电路方法是通信双方的 数据交换在虚电路上完成。虚电路建立过程如下：首先由发送方发送一个呼叫请求分组， 按照某种路径选择原则，分组从一个节点转到另一个节点，并做好路径标识，最后到达 接收站。若接收站已准备好接受发送方的数据传输请求，则发回一个呼叫接受分组，该 分组沿原路径返回发送站。这样就在通信双方之间建立起一条逻辑信道，这就是虚电路。
接口功能区：
– 实现器件间的匹配连接（机械、电气、功能，运行）用以管理和控制器件消 息的传递。 – 接口消息：由接口功能接受，并据之改变状态的消息（Interface Massages）
• 远地接口消息：经由GPIB总线传递 • 本地接口消息：在器件功能与接口功能之间传递
二 系统消息的分类
设备消息：通过总线，在两台设备的设备功能之间传递的消息称为 设备消息。例如程控命令、数据测量、状态字节等。 接口消息：通过总线，在两台设备的接口功能之间传递的消息称为 接口消息。接口消息用来管理接口本身的操作，使接口功能状态发生 变迁。接口消息又分为单线接口消息与多线接口消息。 远地消息：凡通过总线传来的消息称为远地消息。设备消息与接口 消息都属于远地消息。规定用三个大写字母表示。
3）TTL触发线 TTLTRG线是集电极开路TTL触发线，用于模块间的通讯。VXI标准中规定了一些标准 的配置方法，如同步(SYNC)、半同步(SEMI—SYNC)、异步(ASYNC)和开始／停止 (STST)等协议。这些协议分别对触发源和触发接受者规定了定时要求。 4）ECL触发线 设置两条ECLTRG线目的是作为模块间的定时资源。它们以VXI总线子系统背板的一 段为通路，包括0号槽在内的任一模块都可以驱动这两条线或接收来自这两条线上的信息。 这两条线是单端ECL的，系统阻抗为50Ω，规定逻辑高为有效状态。
5. 总线标准与标准总线
总线是一束公用线，在这束公用线中，必须规定每根 线的功能，它们之间的相互配合和位置关系，如此等 等必须人为地做出规定，才能依据这些规定使用总线， 设计电路。这一系列有关总线的规定就成为总线标准。 包括，机械规程、电气规程，功能规程和过程规程。
那些受到国际组织承认、推荐，为许多国家、行业、 用户所公认的总线才称为标准总线。
读线(R1～R24)的作用是将组件所产生的数据传输给控制器 。在每次读操作期间，组件在读出母线R上建立起数据，在选通 脉冲之前到达稳定状态，并且在整个数据路操作持续期保持不变 ，除非改变了数据源的状态。控制器在时启动对R线上数据的接 收动作。
（2）P2连接器 P2连接器总线包括各种电源引脚、10MHz差分时钟、2条并列ECL触发线、8条并行 TTL触发线、模块识别线、24条本地总线、模拟相加线等。 1）CLK10 CLK10是10MHz系统时钟。它源于0号槽并分配至1～12号槽的P2上。0号槽的输 出是差分ECL信号，经背板缓冲后作为单源和单目标差分ECL信号分配至各模块插 槽。CLK10在背板上是被单独缓冲的。 2）MODID MODID为模块识别总线，用来检测槽中模块的存在与否。识别一特别器件的 几何位置(槽号)；用指示灯或其它方法显示模块的实际物理位置。
本地消息：在一台内部的设备功能与接口功能之间传递的消息称为 本地消息。分为两种，一种由设备发往接口功能的本地消息（IEC625对这类本地消息作了规定）。还有一种是由接口功能发往设备功 能的消息（没有作规定）。
4）命令的传递和译码
图表示机箱控制器将一个命令N(i)A(j)F(k)传递到组件的例 子。该命令由系统控制器(一般是计算机)发出，存放在机箱控制 器的寄存器中。
信箱结构共享存储区虽然管理方便，但所需的 存储区单元且较多。
4.2.3通信池结构 采用通信池结构，共享存储区中每个存储单元 作用一样、功能单一，共享存储区本身比较简单；
4.4 双端口存储器及其应用
4.4.1 双向传输的双端口存储器
双向端口控制器构图
P1向P2发送数据或P2向P1发送数据统一表示为Pi向Pj 发送数据（i=1，j=2或i=2，j=1）。Pi向Pj发送数据 的过程如图所示：
由一台IBM-PC或其兼容机作为主机，多台MCS-51单片机作为 从机，通过RS-422或RS-232总线互连成的主从式总线型多微机 SIO系统。
1）系统的硬件结构
IBM-PC/XT通过机内的异步通信适配器挂在总线上，异 步通信适配器的核心是8520芯片，其功能相当于串行接口 芯片。 每台MCS-51都是经过串行口经过驱动转换器后挂在总线 上。 系统串行总线只提供数据通道，没有握手联络通道。
（2）数据报的方法。在数据方法中，分组又称为数据报。数据报方法和虚电路方法不同， 在发送前双方不需要建立逻辑连接。在数据报方式中，每个分组的传送是被单独自理的。 每个分组被称为一个数据报，每个数据报自身携带足够的地址信息，一个节点接收到数 据报原样地发送到下节点。接收站接收到的数据报的次序被打乱，接收站必须对接收到 的数据报进行重新排序，以便恢复原来的顺序。
n
总 线 时 钟 周 期 - 40 - 22 3 + 33
2
（2）并行判优
工作过程：系统中所有的多主模块的总线仲裁器皆接入 总线时钟BCLK，以便同步。在BCLK下降沿之后35ns， 请求使用总线的多主模块发出BREQ总线请求信号，送 到74LS148。当有两个或两个以上BREQ总线请求时，优 先权编码译码电路也只有一个输出信号（低电平），把 该信号送到优先权高的多主模块的BPRN端，使BPRN=0， 而其他的BPRN=1，于是优先权高的主模块取得了总线 控制器权，但还要求在该时钟周期结束前的22ns内把 BPRN=0信号送到优先权高的多主模块，否则仲裁失败。 由此可见，并行判优延时主要由74LS148与8205引起。
Pi发出发送请求信号MSi，RSi触发器置1； 如果Pi为最高优先者，且BUSY，MS为高电平，则使 ESi置1，开放端口MP中的MPi部分，与此同时ESi信号 向Pi微机发中断请求（接INT）告知可发送数据；如果 Pi不是最高优先者，只要此时没有其他微机请求发送则 上述过程继续进行； Pi运行发送程序，把数据写入双端口存储器； Pi发送结束，将本身标志单元FSi置1，其最后一条指令 ENi有效，这将使ESj变负，从而向Pj提出中断请求；
（2）写操作过程 主模块首先发出地址，同时还把数据置于数据总线上。 主模块发出写命令MWTC或IOWC。从模块从数据线 上读取数据，随后发出响应信号XACK。
5.3.5 总线仲裁 Multibus总线支持多微处理机系统，在总线上可以挂接 数块多主模块。Multibus的总线握手采用异步方式，为 了进行总线仲裁，要求这数块多主模块内的总线仲裁器 必须同步运行，因而应当设置总线时钟BCLK供各主模 块中的总线仲裁器使用。 （1）串行判优
3.3 简单接口通信的连接方式 测控系统采用简单接口通信方法的物理连接有主从结构、 星型结构、总线结构等。 3.3.1主从式结构
1.主 系统 向从 系统 传送 信息 的通 信过 程
2.从系 统向 主系 统传 送信 息
3.3.4 总线型结构 1.概述 复杂总线包含地址线，数据线、控制线等。
2总线型多微机智能仪表
各从机比较结果，没有对上编号的从机立即退出。被选中的主 机读得MRDY=1后，用指令使SRDY=0。SRDYB=0； 主机读得SRDY=0后，则用指令置MRDY=0。这时，SRDY=0， MRDY=0，SRDYB=0。则从机选择完成。
4.由一台IBM-PC与多台MCS-51组成的总线型多微机SIO系统
（6）共用线，包括地址线8根，电源线14根，保留2根 以及INIT，初始化启动；CCLK，固定时钟。 5.3.2 数据传送过程 Multibus 总线采用异步方式实现总线握手，因此可兼容各 种不同速率的设备，其数据传输过程如下： （1）读操作过程 主模块发出地址，继而发出读命令MRDC或者IORC， 然后从模块把数据置于数据总线上，随后从模块发出响 应信号XACK。
简述什么叫帧和帧同步？ 答：帧是通信的最小基本单位，按通信协议规定的格式组成。在不同的交 换方式下，帧有不同的定义。在报文交换方式中，一帧表示一个完整的报文， 而在报文分组交换方式中，一帧则表示一个报文分组，数帧才表示一个报文。 帧同步就是研究帧的识别问题，也就是在通信时，接收端如何识别数据流 中一个帧的首尾标志，不允许把一帧信息从中间分割开来，为了实现帧同步， 一般在帧信息的首部尾部设置标志符。这样，接收方可通过识别首尾标志符 来实现帧同步。
主机开机，用指令使Sele=1。 从机开机，用指令使SRDYB=1，SRDY=0。 主机读得SRDYB=1后，主机用指令使MRDY=1。 各从机读得MRDY=1后，用指令输出SRDY=1，SRDYB=0。 主机通过读取并测试SRDY=1确认所有从机已准备就绪，主机 把呼叫的从机编号（4位）送上M/S数据通道，并置MRDY=0。 各从机收到MRDY=0后，立即从M/S数据通道读取前4位从机 编号。
2）主机IBM-PC/XT中的通信软件 （1）对8250进行初始化 设定波特率
4.2.2 信箱结构 信箱式共享存储区把 各微处理机专用存储 区和共享存储区划分 开来，仅建立一块较 小的共享存储区供通 信使用，而且对共享 存储区作了细分，建 立了类似邮政信箱格 式的分格式逻辑结构。
采用信箱式逻辑结构，使共享存储区的管理变 得相当简单； 每个分格只能被两台微机访问，且只能一读一 写。
.CRC校验码是网络通信中普通采用的形式，假设待发送的消息为1000100101，生 成多项式选用G=X5+X4+X2+1，CRC校验码为多少，发送方发出的信息为什么？ 例：发送的数据消息为：1000100101，生成多项式选用G=X5+X4+X2+1，报文多 项式：P=X5（X9+X5+X2+1）使用模2除法求P/G的余式。
采用同样的办法再广播后四位从机编号。主机发送完后，令 Sele=0；从机收到编号后，使SRDYB=1，SRDY=0。 各从机收到Sele=0后，立即把刚收到的地址与自己的从机号比 较，在比较前，置SRDY=1，SRDYB=0。
主机接收到SRDY=1，表明各从机没有故障，全响应了，于是 主机置MRDY=1。
8.1.2 GPIB三线挂钩技术 GPIB系统采用广播通信。 讲者知道所有 听者准备好接 收数据 把数据放在数 据线上 宣布数 据有效 接收数 据
讲者把数据撤 除。
接收完毕，通 知讲者。
讲者工作过程
听Biblioteka Baidu工作过程
8.2 GPIB的消息编码格式
一、 逻辑组成模型 设备功能区：
– 完成器件所担负的测控功能。产生器件消息（Device Dependent Message） 通过接口编码送上Bus；同时也接受由接口译码的别的器件发出的器件消息。
传输的是一系列方波电脉冲信号。载带传输---在一条物理信道上，把要传输 的一路数字信号依附在另一载波信号上进行传输，这样的传输方式称为载带 传输。宽带传输---在一条物理信道上按顺序传输多路数字信号，每种要传输 的数字信号依附在指定频率的载波信号上，用不同频率段进行多路数字信号 的传输。
（3）数据及其传递
在数据路中，所有由读出线R和写入线W传递的信息统称 为数据，它可以是测量数据，也可以是状态信息和控制信息。
写线(W1 ～W24)的作用是将控制器所产生的数据信号传输到 组件的寄存器内。在每次写入操作时，控制器在W母线上产生数 据信号，该信号在Sl前到达稳定状态，并保持到操作结束。
2.6.3 报文分组交换方式的实现方法
简述报文分组交换方式的实现方法有哪些？ 答：报文分组交换方式的实现方法有虚电路法和数据报法。 （1）虚电路法虚电路是建立在通信双方之间的一条逻辑信道。虚电路方法是通信双方的 数据交换在虚电路上完成。虚电路建立过程如下：首先由发送方发送一个呼叫请求分组， 按照某种路径选择原则，分组从一个节点转到另一个节点，并做好路径标识，最后到达 接收站。若接收站已准备好接受发送方的数据传输请求，则发回一个呼叫接受分组，该 分组沿原路径返回发送站。这样就在通信双方之间建立起一条逻辑信道，这就是虚电路。
接口功能区：
– 实现器件间的匹配连接（机械、电气、功能，运行）用以管理和控制器件消 息的传递。 – 接口消息：由接口功能接受，并据之改变状态的消息（Interface Massages）
• 远地接口消息：经由GPIB总线传递 • 本地接口消息：在器件功能与接口功能之间传递
二 系统消息的分类
设备消息：通过总线，在两台设备的设备功能之间传递的消息称为 设备消息。例如程控命令、数据测量、状态字节等。 接口消息：通过总线，在两台设备的接口功能之间传递的消息称为 接口消息。接口消息用来管理接口本身的操作，使接口功能状态发生 变迁。接口消息又分为单线接口消息与多线接口消息。 远地消息：凡通过总线传来的消息称为远地消息。设备消息与接口 消息都属于远地消息。规定用三个大写字母表示。
3）TTL触发线 TTLTRG线是集电极开路TTL触发线，用于模块间的通讯。VXI标准中规定了一些标准 的配置方法，如同步(SYNC)、半同步(SEMI—SYNC)、异步(ASYNC)和开始／停止 (STST)等协议。这些协议分别对触发源和触发接受者规定了定时要求。 4）ECL触发线 设置两条ECLTRG线目的是作为模块间的定时资源。它们以VXI总线子系统背板的一 段为通路，包括0号槽在内的任一模块都可以驱动这两条线或接收来自这两条线上的信息。 这两条线是单端ECL的，系统阻抗为50Ω，规定逻辑高为有效状态。
5. 总线标准与标准总线
总线是一束公用线，在这束公用线中，必须规定每根 线的功能，它们之间的相互配合和位置关系，如此等 等必须人为地做出规定，才能依据这些规定使用总线， 设计电路。这一系列有关总线的规定就成为总线标准。 包括，机械规程、电气规程，功能规程和过程规程。
那些受到国际组织承认、推荐，为许多国家、行业、 用户所公认的总线才称为标准总线。
读线(R1～R24)的作用是将组件所产生的数据传输给控制器 。在每次读操作期间，组件在读出母线R上建立起数据，在选通 脉冲之前到达稳定状态，并且在整个数据路操作持续期保持不变 ，除非改变了数据源的状态。控制器在时启动对R线上数据的接 收动作。
（2）P2连接器 P2连接器总线包括各种电源引脚、10MHz差分时钟、2条并列ECL触发线、8条并行 TTL触发线、模块识别线、24条本地总线、模拟相加线等。 1）CLK10 CLK10是10MHz系统时钟。它源于0号槽并分配至1～12号槽的P2上。0号槽的输 出是差分ECL信号，经背板缓冲后作为单源和单目标差分ECL信号分配至各模块插 槽。CLK10在背板上是被单独缓冲的。 2）MODID MODID为模块识别总线，用来检测槽中模块的存在与否。识别一特别器件的 几何位置(槽号)；用指示灯或其它方法显示模块的实际物理位置。
本地消息：在一台内部的设备功能与接口功能之间传递的消息称为 本地消息。分为两种，一种由设备发往接口功能的本地消息（IEC625对这类本地消息作了规定）。还有一种是由接口功能发往设备功 能的消息（没有作规定）。
4）命令的传递和译码
图表示机箱控制器将一个命令N(i)A(j)F(k)传递到组件的例 子。该命令由系统控制器(一般是计算机)发出，存放在机箱控制 器的寄存器中。
信箱结构共享存储区虽然管理方便，但所需的 存储区单元且较多。
4.2.3通信池结构 采用通信池结构，共享存储区中每个存储单元 作用一样、功能单一，共享存储区本身比较简单；
4.4 双端口存储器及其应用
4.4.1 双向传输的双端口存储器
双向端口控制器构图
P1向P2发送数据或P2向P1发送数据统一表示为Pi向Pj 发送数据（i=1，j=2或i=2，j=1）。Pi向Pj发送数据 的过程如图所示：
由一台IBM-PC或其兼容机作为主机，多台MCS-51单片机作为 从机，通过RS-422或RS-232总线互连成的主从式总线型多微机 SIO系统。
1）系统的硬件结构
IBM-PC/XT通过机内的异步通信适配器挂在总线上，异 步通信适配器的核心是8520芯片，其功能相当于串行接口 芯片。 每台MCS-51都是经过串行口经过驱动转换器后挂在总线 上。 系统串行总线只提供数据通道，没有握手联络通道。
（2）数据报的方法。在数据方法中，分组又称为数据报。数据报方法和虚电路方法不同， 在发送前双方不需要建立逻辑连接。在数据报方式中，每个分组的传送是被单独自理的。 每个分组被称为一个数据报，每个数据报自身携带足够的地址信息，一个节点接收到数 据报原样地发送到下节点。接收站接收到的数据报的次序被打乱，接收站必须对接收到 的数据报进行重新排序，以便恢复原来的顺序。
n
总 线 时 钟 周 期 - 40 - 22 3 + 33
2
（2）并行判优
工作过程：系统中所有的多主模块的总线仲裁器皆接入 总线时钟BCLK，以便同步。在BCLK下降沿之后35ns， 请求使用总线的多主模块发出BREQ总线请求信号，送 到74LS148。当有两个或两个以上BREQ总线请求时，优 先权编码译码电路也只有一个输出信号（低电平），把 该信号送到优先权高的多主模块的BPRN端，使BPRN=0， 而其他的BPRN=1，于是优先权高的主模块取得了总线 控制器权，但还要求在该时钟周期结束前的22ns内把 BPRN=0信号送到优先权高的多主模块，否则仲裁失败。 由此可见，并行判优延时主要由74LS148与8205引起。
Pi发出发送请求信号MSi，RSi触发器置1； 如果Pi为最高优先者，且BUSY，MS为高电平，则使 ESi置1，开放端口MP中的MPi部分，与此同时ESi信号 向Pi微机发中断请求（接INT）告知可发送数据；如果 Pi不是最高优先者，只要此时没有其他微机请求发送则 上述过程继续进行； Pi运行发送程序，把数据写入双端口存储器； Pi发送结束，将本身标志单元FSi置1，其最后一条指令 ENi有效，这将使ESj变负，从而向Pj提出中断请求；
（2）写操作过程 主模块首先发出地址，同时还把数据置于数据总线上。 主模块发出写命令MWTC或IOWC。从模块从数据线 上读取数据，随后发出响应信号XACK。
5.3.5 总线仲裁 Multibus总线支持多微处理机系统，在总线上可以挂接 数块多主模块。Multibus的总线握手采用异步方式，为 了进行总线仲裁，要求这数块多主模块内的总线仲裁器 必须同步运行，因而应当设置总线时钟BCLK供各主模 块中的总线仲裁器使用。 （1）串行判优
3.3 简单接口通信的连接方式 测控系统采用简单接口通信方法的物理连接有主从结构、 星型结构、总线结构等。 3.3.1主从式结构
1.主 系统 向从 系统 传送 信息 的通 信过 程
2.从系 统向 主系 统传 送信 息
3.3.4 总线型结构 1.概述 复杂总线包含地址线，数据线、控制线等。
2总线型多微机智能仪表
各从机比较结果，没有对上编号的从机立即退出。被选中的主 机读得MRDY=1后，用指令使SRDY=0。SRDYB=0； 主机读得SRDY=0后，则用指令置MRDY=0。这时，SRDY=0， MRDY=0，SRDYB=0。则从机选择完成。
4.由一台IBM-PC与多台MCS-51组成的总线型多微机SIO系统
（6）共用线，包括地址线8根，电源线14根，保留2根 以及INIT，初始化启动；CCLK，固定时钟。 5.3.2 数据传送过程 Multibus 总线采用异步方式实现总线握手，因此可兼容各 种不同速率的设备，其数据传输过程如下： （1）读操作过程 主模块发出地址，继而发出读命令MRDC或者IORC， 然后从模块把数据置于数据总线上，随后从模块发出响 应信号XACK。
简述什么叫帧和帧同步？ 答：帧是通信的最小基本单位，按通信协议规定的格式组成。在不同的交 换方式下，帧有不同的定义。在报文交换方式中，一帧表示一个完整的报文， 而在报文分组交换方式中，一帧则表示一个报文分组，数帧才表示一个报文。 帧同步就是研究帧的识别问题，也就是在通信时，接收端如何识别数据流 中一个帧的首尾标志，不允许把一帧信息从中间分割开来，为了实现帧同步， 一般在帧信息的首部尾部设置标志符。这样，接收方可通过识别首尾标志符 来实现帧同步。
主机开机，用指令使Sele=1。 从机开机，用指令使SRDYB=1，SRDY=0。 主机读得SRDYB=1后，主机用指令使MRDY=1。 各从机读得MRDY=1后，用指令输出SRDY=1，SRDYB=0。 主机通过读取并测试SRDY=1确认所有从机已准备就绪，主机 把呼叫的从机编号（4位）送上M/S数据通道，并置MRDY=0。 各从机收到MRDY=0后，立即从M/S数据通道读取前4位从机 编号。
2）主机IBM-PC/XT中的通信软件 （1）对8250进行初始化 设定波特率
4.2.2 信箱结构 信箱式共享存储区把 各微处理机专用存储 区和共享存储区划分 开来，仅建立一块较 小的共享存储区供通 信使用，而且对共享 存储区作了细分，建 立了类似邮政信箱格 式的分格式逻辑结构。
采用信箱式逻辑结构，使共享存储区的管理变 得相当简单； 每个分格只能被两台微机访问，且只能一读一 写。
.CRC校验码是网络通信中普通采用的形式，假设待发送的消息为1000100101，生 成多项式选用G=X5+X4+X2+1，CRC校验码为多少，发送方发出的信息为什么？ 例：发送的数据消息为：1000100101，生成多项式选用G=X5+X4+X2+1，报文多 项式：P=X5（X9+X5+X2+1）使用模2除法求P/G的余式。
采用同样的办法再广播后四位从机编号。主机发送完后，令 Sele=0；从机收到编号后，使SRDYB=1，SRDY=0。 各从机收到Sele=0后，立即把刚收到的地址与自己的从机号比 较，在比较前，置SRDY=1，SRDYB=0。
主机接收到SRDY=1，表明各从机没有故障，全响应了，于是 主机置MRDY=1。
8.1.2 GPIB三线挂钩技术 GPIB系统采用广播通信。 讲者知道所有 听者准备好接 收数据 把数据放在数 据线上 宣布数 据有效 接收数 据
讲者把数据撤 除。
接收完毕，通 知讲者。
讲者工作过程
听Biblioteka Baidu工作过程
8.2 GPIB的消息编码格式
一、 逻辑组成模型 设备功能区：
– 完成器件所担负的测控功能。产生器件消息（Device Dependent Message） 通过接口编码送上Bus；同时也接受由接口译码的别的器件发出的器件消息。