测控总线与仪器通信技术复习课件
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测控总线技术第五章标准总线通信
测控总线技术第五章标准总线通信
（5）总线仲裁线（6根） ：用以支持多微处理器系统
BCLK：总线时钟。用于各多主模板总线仲裁器同步，与微处理器的 时钟不同步。
BPRN：总线优先级输入线。为低电平时，表示当前没有更高优先级 主模板请求总线。
BPRO：总线优先级输出线。用于菊花链连接，当本主模板请求总线 或者菊花链中本主模板左侧主模板请求总线时，它均为1。
对8位微处理器：ADR0-ADRF对存储单元寻址，ADR0-ADR7对 I/O端口进行寻址； 对16位微处理器：ADR0-ADR13对存储单元寻址，ADR0-ADRB对 I/O端口进行寻址
INH1和INH2：地址禁止线
当INH1=0时，将禁止RAM响应地址总线上的存储单元地址，而允 许ROM响应地址总线上的存储单元地址，即让ROM“压倒”RAM；
总线标准对总线作了一系列关于互连、交换信息、协调工 作的规定，包括： 信号线的根数及引线名称 。 机械规程：规定总线插座的机械尺寸、引脚编号、排列位置 以及模板的外形尺寸 。 电气规程：规定了引线信号的静电电平及负载性能 。 逻辑功能及过程特性：引线的逻辑功能及时序关系。
模板硬件设计就是以选定的标准总线为基准，根据模板的 功能要求，选择适当的芯片，经过尽可能简单的逻辑变换，把 信号变换为符合标准总线的规定，经可控开关连接到总线插头
时间特性：指总线中的任一根线在什么时间内有效。每条总线上的各种 信号，互相存在着一种有效时序的关系，因此，时间特性一般可用信号时 序图来描述。
测控总线技术第五章标准总线通信
标准总线：
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。
测控总线技术第五章标准总线通信
5.2 开放型系统
OEM产品
（5）总线仲裁线（6根） ：用以支持多微处理器系统
BCLK：总线时钟。用于各多主模板总线仲裁器同步，与微处理器的 时钟不同步。
BPRN：总线优先级输入线。为低电平时，表示当前没有更高优先级 主模板请求总线。
BPRO：总线优先级输出线。用于菊花链连接，当本主模板请求总线 或者菊花链中本主模板左侧主模板请求总线时，它均为1。
对8位微处理器：ADR0-ADRF对存储单元寻址，ADR0-ADR7对 I/O端口进行寻址； 对16位微处理器：ADR0-ADR13对存储单元寻址，ADR0-ADRB对 I/O端口进行寻址
INH1和INH2：地址禁止线
当INH1=0时，将禁止RAM响应地址总线上的存储单元地址，而允 许ROM响应地址总线上的存储单元地址，即让ROM“压倒”RAM；
总线标准对总线作了一系列关于互连、交换信息、协调工 作的规定，包括： 信号线的根数及引线名称 。 机械规程：规定总线插座的机械尺寸、引脚编号、排列位置 以及模板的外形尺寸 。 电气规程：规定了引线信号的静电电平及负载性能 。 逻辑功能及过程特性：引线的逻辑功能及时序关系。
模板硬件设计就是以选定的标准总线为基准，根据模板的 功能要求，选择适当的芯片，经过尽可能简单的逻辑变换，把 信号变换为符合标准总线的规定，经可控开关连接到总线插头
时间特性：指总线中的任一根线在什么时间内有效。每条总线上的各种 信号，互相存在着一种有效时序的关系，因此，时间特性一般可用信号时 序图来描述。
测控总线技术第五章标准总线通信
标准总线：
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。
测控总线技术第五章标准总线通信
5.2 开放型系统
OEM产品
武汉大学测控仪器通信,第九章 仪器专用总线
其中 DS0、 DS1 是两条双功能线。寻址线全部由主模块驱动，对 从模块提供的存储单元进行寻址，寻址空间可达16兆字节。
16条数据线在一个DTB周期内可同时传送1～2个字节数据。 主模板使用 A02～ A15线指定欲被传送的 2个字节数据的地址， 用DS0, DS1，A01和LWORD 4条线确定多种不同的数据传送周期类型， 包括只传送地址，单字节奇地址或偶地址数据传送，双字节数据传 送，单、双字节数据块传送，单、双字节RWM传送以及非结盟式传 送等。 6条地址修改线（AM0～AM5）可提供64种地址修改码，其中 50种可以由用户定义或保留，其余14种用来通知从模板如下信息： ① DTB周期使用的地址是短地址（只使用A02～A15地址线），还 是标准地址（使用A02～A23）或扩展地址（P2连接器中增加有A16～Ａ 31，使地址可寻址至4G字节）； ② D00～D15上进行的是块传送，还是程序传送或数据传送； ③ 所进行的数据传送是管理式的还是非特权式的。
分支总线的结构和用途概括如表
9.2.4 CAMAC串行系统
串行系统就是利用串行总线将多个CAMAC机箱和串行驱 动器连成一个闭合回路。回路中最多可连62个机箱，信息 流的方向是单向的。信息直接传输距离为10km，加入通讯 设备后传输距离无限制，串行系统的结构如图
串行系统中，只需9条或2 条信号线( 或对线) ， 9条 线用于传输字节串， 2 条线用于传输位串。这两种串行 总线都有一条时钟线，用来传输同步时钟，时钟频率范 围为0～5MHz。 每个机箱有一个串行机箱控制器SCC，通过前面板 上的输入／输出端口连到串行总线SH上。计算机控制 串行驱动器SD的动作，SD发出的串行信息经各个机箱 处理后逐一转发直至回到SD的入口。未被寻址的机箱 对于SH上的信息是透明的(直接转发)，而 被寻址的机 箱由SCC按照命令所规定的动作启动一次CAMAC机箱 数据路操作，并发出回答信息经后续机箱回传到SD入 口。计算机、SD、SCC和组件的关系如图9-11所示。
测控技术与仪器(课程介绍)ppt课件
. 传感器技术 （1）课程特点
是测控技术与仪器专业的一门专业基础课程。 它以各类传感器的工作机理为线索，详细介绍了各 类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路 和在各个领域中的应用，使学生掌握传感器的使用 方法和设计要点的基本技能。
ppt课件
13
（2）主要内容 了解在各个领域中的传感器的作用，掌握传感器的
信息与通讯工程学科是该专业的应用基础，主要研究 信息通讯的基础理论和相关技术，为测量与控制信息的传 输提供必要的理论和技术支持。
ppt课件
5
二．专业教学内容和知识体系
仪器仪表学科是一个综合性、边缘性的交叉学科， 它从系统工程的角度出发，以检测理论和误差分析理论 为指导，合理应用机械、电子、光学、计算机、自动化、 通信等各专业领域的知识，构建精确、稳定、可靠、经 济，并具有小型化、集成化、智能化、网络化、自动化 特征的测试、计量和控制系统，成为信息链中必不可少 的环节，组成一个完整的仪器科学与技术学科。
ppt课件
6
1.本专业人才培养的教育内容及知识结构的总体框架
C语言、Matlab 语言、数据库技 术、计算机文化 基础等课程
计算机技术类课程
电工电子技术类课程
电路、模电、 数电、电子 EDA、测控电 路等课程
信息流
学科公共 基础课
获取
处理
传输
控制
传感器技术 电子测量技术
等课程
数字信号处理 信号与系统、
虚拟仪器等课程
计算机网 络等课程
机电传动控制、计算机控制、 可编程控制器、单片机原理 及应用、检测仪表与过程控制 等课程
特色专业 课程
机械设计基础、工程光学、测控电路、测控仪器设计、智 能仪表设计与虚拟仪器技术、流体传动与控制、机电传动 控制、互换性与技术测量、微机原理与接口、单片机及应 用、嵌入式系统、DSP原理及应用、无损检测、冶金过程 检测与控制等课程
是测控技术与仪器专业的一门专业基础课程。 它以各类传感器的工作机理为线索，详细介绍了各 类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路 和在各个领域中的应用，使学生掌握传感器的使用 方法和设计要点的基本技能。
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（2）主要内容 了解在各个领域中的传感器的作用，掌握传感器的
信息与通讯工程学科是该专业的应用基础，主要研究 信息通讯的基础理论和相关技术，为测量与控制信息的传 输提供必要的理论和技术支持。
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二．专业教学内容和知识体系
仪器仪表学科是一个综合性、边缘性的交叉学科， 它从系统工程的角度出发，以检测理论和误差分析理论 为指导，合理应用机械、电子、光学、计算机、自动化、 通信等各专业领域的知识，构建精确、稳定、可靠、经 济，并具有小型化、集成化、智能化、网络化、自动化 特征的测试、计量和控制系统，成为信息链中必不可少 的环节，组成一个完整的仪器科学与技术学科。
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6
1.本专业人才培养的教育内容及知识结构的总体框架
C语言、Matlab 语言、数据库技 术、计算机文化 基础等课程
计算机技术类课程
电工电子技术类课程
电路、模电、 数电、电子 EDA、测控电 路等课程
信息流
学科公共 基础课
获取
处理
传输
控制
传感器技术 电子测量技术
等课程
数字信号处理 信号与系统、
虚拟仪器等课程
计算机网 络等课程
机电传动控制、计算机控制、 可编程控制器、单片机原理 及应用、检测仪表与过程控制 等课程
特色专业 课程
机械设计基础、工程光学、测控电路、测控仪器设计、智 能仪表设计与虚拟仪器技术、流体传动与控制、机电传动 控制、互换性与技术测量、微机原理与接口、单片机及应 用、嵌入式系统、DSP原理及应用、无损检测、冶金过程 检测与控制等课程
测控技术与仪器信号调制解调电路.ppt
4、在测控系统中常用的调制方法有哪几种？ 在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波 信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个 参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为 调幅、调频和调相。也可以用脉冲信号作载波 信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制， 最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲 调宽。 调频和调相都会使得高频载波信号的相位角受 到调变，电子学中常称其为“角度调制”或 “调角”。 调制、解调电路——频率变换电
1、基本电路
T + us _ VD + uo _ ic + RL C2 uo _
C1
i
RL C2
T+ us _
V Ec
非线性 低通 滤波器 器件
非线性 低通 器件 滤波器 b) 晶体管检波电路
a) 二极管检波电路
峰值检波
平均值检波
（二）精密检波电路
为什么要采用精密检波电路？ 二极管VD和晶体管V都有一定死区电压， 即二极管的正向压降、晶体管的发射结 电压超过一定值时才导通，它们的特性 也是一根曲线。二极管VD和晶体管V的 特性偏离理想特性会给检波带来误差。 为了提高检波精度，常需采用精密检波 电路，它又称为线性检波电路。
' ' u K u A d s
R 1 R 1 R R 1 1 1 1 u 1 ) u ( 1 ) u u ( s A A R K R K R R 2 d 2 2 2 d
2、全波精密检波电路
us R2 R΄2 + us – R1 ∞ R4 i VD1 VD2 R’3 C ∞ uA t t O t
其数学表达式为：us=UxmcosΩt cosωct
双边带调幅信号的形成及波形
测控系统通信与网络课件-4
3、本质型多端口存储器的裁决逻辑
通过内部设有的逻辑检测电路裁决：
➢ 当发生对一个单元同时读写时，逻辑检测电路将 控 制先“写”后“读”； ➢ 若检测到两端口同时对同一单元进行“写”操作 时，逻辑检测电路将使它们排队，以免冲突。
4、总线窗口法
总线窗口有双重功能:
➢ 进行虚/实地址变换， ➢ 控制总线窗口内总线开关，以便实现对共享存储器 的分配与管理。
1、虚拟结构
每台微处理机都带着存储器，它既为各处理机自己 所有，又为多机共享。
每台微处理机能访问所有处理机的存储器，形成了 远大于单个处理机存储器容量的虚拟存储空间，使用 虚拟存储地址寻址。
实现地址映射的方法有两种： (1)由硬件电路组成的“总线窗口”实现地址映射； (2)由含微处理器 “智能总线窗口”实现地址映射。
辅助电路 （控制数据桥和地 址桥的导通状态）
两片共享存储器
数据桥
地址桥
（双向桥） （单向桥）
通信过程如下：
➢任意时刻，A机与B机控制数据桥与地址桥使各自与一个通 信池A连通，A机把自己存放在发送缓冲区中的数据写入通信 池，B机把自己存放在发送缓冲区中的数据写入另外一个通信 池B中。 ➢由主机（设为A机）发P信号，经D触发器变为信号，信号将 控制地址桥及数据桥开关群的切换，实现两个通信池互易物 理位置。 ➢互易物理位置后，先由主机（A机）通信池B中读取数据， 存入自己的接收数据缓冲区中。接收完毕后A机向B机发一中 断请求信号，B机响应中断，在其中断服务程序中安排从通信 池A中读出数据并存入自己的接收数据缓冲区中。
（2）端口控制器构造
➢逻辑结构：采用通信池结构，在共享区只设置一个 数据缓冲区，发送与接收必须分别进行。 ➢数据的读写：数据的写入和读取一次完成，发信方 把数据连续写入共享存储器后，接收方立即从共享 存储器中把数据读出； ➢存储区分配和管理：端口控制器只对发送请求进行
现代测试技术)第6章测控总线技术
特点
IEEE 488标准定义了物理层、数据链 路层和应用层三层协议结构，支持多 主多从设备通信，具有高速、可靠、 灵活等特点。
SCPI命令集
定义
特点
SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments） 命令集是一种用于可编程仪器的 标准命令集。
SCPI命令集采用类似于自然语言 的语法结构，易于学习和使用； 同时支持多种数据类型和仪器功 能，具有通用性和可扩展性。
特点
GPIB总线具有高速、灵活、可靠的特点，支持多个设备之 间的通信和数据传输。它采用主从式结构，通过总线控制 器来控制多个设备之间的数据传输和通信。
应用领域
GPIB总线广泛应用于自动化测试系统、仪器仪表控制等领 域。
VXI总线
01
定义
VXI（VMEbus Extensions for Instrumentation，仪器用VME总线扩
并行传输与串行传输
并行传输是同时传输多个比特，而串行传输则是一个比特接一个比特地传输。测控总线中常采用串行传输方式，因其 传输线路简单、成本低。
同步传输与异步传输
同步传输依赖于精确的时钟信号进行数据同步，而异步传输则通过特定的起始和停止位来标识数据包的开始和结束。 测控总线中常采用异步传输方式，因其灵活性高、适应性强。
传输速率
数据传输速率是衡量总线性能的重要指标，通常以比特率（bps）或字节率（Bps）表示。测控总线的传 输速率因应用需求而异，一般要求高速、稳定的数据传输。
数据同步与异步处理
数据同步
在并行传输中，数据同步是确保多个比特同时正确传输的关键 。通过精确的时钟信号和数据锁存器，实现数据的同步传输。
测控总线技术 第一章 概论
3 智能仪器
• 20世纪70年代以来，微处理器和计算机技术的发展。 • 智能仪器是在数字化的基础上发展起来的，是计算机技术 与仪器仪表技术相结合的产物 • 在数字式仪器中置入微处理器，将计算机技术与仪器仪表 紧密结合，使仪器具有数据存储，数据处理（运算），逻 辑判断，自动选程，自动补偿，仪器自检等功能，从而部 分取代人脑的工作，称为智能仪器或灵巧仪器。 • 量程自动转换，自动调零，自动调整触发电平，自动校准， 自诊断等“智能化”功能。 • 一般带有RS-232或GPIB接口。
一个VXI模块式仪器系统示意图
• 虚拟仪器基本要素示意图 •
应用软件包
仪器硬件平台 应用软件开发环境 C、VB、LabView Labwindows/CVI
仪器驱动器 VXIbus、GPIB 接口驱动软件
总 线
D A C
D S P
M A E D M C
计算机系统
输出信号 信号输入
操作软件平台
虚拟仪器基本要素示意图
测控系统与具体的对象和领域联系起来形成了不 同的学科。 测控系统的发展经历了从人工监测与控制、自动 监测与控制到复杂智能监测与控制的演变历程。 本教材所指的测控系统主要指用于工业、国防、 环境、医学等领域的各种仪器仪表、自动测试系统、 过程控制系统、集散型控制系统等。 过程控制系统、
1.2 过程控制系统
2 积木式—第二代自动测试系统
• 在标准的接口总线（GPIB）的基础上，以积木方式组建 系统。 • 各个设备，计算机、可程控仪器，可程控开关等均为台式 设备，每台设备都配有符合接口标准的接口电路。 • 不需要用户自己设计接口电路 • 系统更改、增减测试内容灵活，设备资源复用性好。 • 普遍采用通用接口总线GPIB， • GPIB的出现，使得电子测量由独立的、传统的单台仪器 向自动测试系统的方向发展。 • 缺点：总线的传输速率不高（1MB/s）； • 缺点：由于机箱，电源，显示面板，控制开关，体积和重 量不能减少。限制了某些应用场合。
测试仪器与网络课件-第三章总线技术
无线化
随着无线通信技术的发展，未来总线技术可能向无线化方向发展， 实现设备间无线互联和通信。
光纤化
光纤传输具有高速、远距离、抗干扰等优点，未来总线技术可能采 用光纤作为传输介质，提高传输性能。
自动化
总线技术将与人工智能技术结合，实现自动化配置、管理和优化，提 高系统智能化水平。
06
实验环节：总线技术实践操作
设计接口电路
根据实验需求和总线规范，设计合理的接 口电路，实现信号的转换和驱动。
调试与测试
在实验过中，不断调试和测试，确保实 验结果的正确性和可靠性。
编写控制程序
根据实验目的和要求，编写相应的控制程 序，实现数据的传输和设备的控制。
实验结果分析和讨论
数据传输实验结果分析
通过对实验数据的分析，评估数据传输的准确性和效率， 分析影响传输性能的因素。
USB接口与传输模式
USB设备类与通信协议
USB设备分为不同的类，如音频类、 通信类等，遵循特定的通信协议。
USB接口支持热插拔，具有高速、低 速和全速三种传输模式。
CAN总线技术
CAN总线概述
CAN（Controller Area Network）是一种控制器局域网总线技 术，广泛应用于汽车和工业自动化领域。
兼容性挑战
不同厂商、不同标准的总线技术存在兼容性问题，需通过标准化、 模块化设计等方式解决。
安全性挑战
总线技术涉及系统底层通信，存在被攻击、篡改等安全风险，需 加强安全防护和加密措施。
稳定性挑战
总线通信可能受到电磁干扰、温度变化等因素影响，需采取抗干 扰设计、温度补偿等措施提高稳定性。
未来创新方向预测
02
总线通信原理及协议
通信原理简介
随着无线通信技术的发展，未来总线技术可能向无线化方向发展， 实现设备间无线互联和通信。
光纤化
光纤传输具有高速、远距离、抗干扰等优点，未来总线技术可能采 用光纤作为传输介质，提高传输性能。
自动化
总线技术将与人工智能技术结合，实现自动化配置、管理和优化，提 高系统智能化水平。
06
实验环节：总线技术实践操作
设计接口电路
根据实验需求和总线规范，设计合理的接 口电路，实现信号的转换和驱动。
调试与测试
在实验过中，不断调试和测试，确保实 验结果的正确性和可靠性。
编写控制程序
根据实验目的和要求，编写相应的控制程 序，实现数据的传输和设备的控制。
实验结果分析和讨论
数据传输实验结果分析
通过对实验数据的分析，评估数据传输的准确性和效率， 分析影响传输性能的因素。
USB接口与传输模式
USB设备类与通信协议
USB设备分为不同的类，如音频类、 通信类等，遵循特定的通信协议。
USB接口支持热插拔，具有高速、低 速和全速三种传输模式。
CAN总线技术
CAN总线概述
CAN（Controller Area Network）是一种控制器局域网总线技 术，广泛应用于汽车和工业自动化领域。
兼容性挑战
不同厂商、不同标准的总线技术存在兼容性问题，需通过标准化、 模块化设计等方式解决。
安全性挑战
总线技术涉及系统底层通信，存在被攻击、篡改等安全风险，需 加强安全防护和加密措施。
稳定性挑战
总线通信可能受到电磁干扰、温度变化等因素影响，需采取抗干 扰设计、温度补偿等措施提高稳定性。
未来创新方向预测
02
总线通信原理及协议
通信原理简介
计算机测控系统之现场总线控制技术PPT(39张)
3．系统的开放性
在现场总线控制系统中，将传感器测量、补偿计算、工 程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备既可 完成自动控制的基本功能，又可随时诊断设备的运行状态。废 弃了集散控制系统的输入输出单元和控制站，把集散控制系统 控制站的功能分散地分配到现场设备。
例如，通过采用现场总线技术，一个流量变送器不仅具 有流量信号的变换、补偿和累加等功能，而且还有PID控制或 其他高级控制的功能，也就是说，现场总线技术真正将信号的 采集、处理、控制、驱动等功能放在了现场，用户可灵活选用
或增加额外投资。
7）具有综合功能
现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控 制和运算功能，实现了一表多用，不仅方便了用户， 也降低了成本。
8）可实现分散控制
由于控制站功能分散在现场仪表中，通过现场 仪表构成的控制回路，实现了彻底的分散控制，提 高了系统的可靠性、自治性和灵活性。
9）可实现统一组态
由于现场设备或现场仪表都引入了功 能块的概念，所有制造厂家都使用相同的 功能块，并统一组态方法。这样就使组态 过程变得非常简单、轻松，不会因为现场 设备或仪表种类不同，而有新的组态方法。
2．PROFIBUS
过程现场总线PROFIBUS是德国标准。1991年在DINI9245 中公布了此标准。PROFIBUS有几种改进型，分别用于不同的 场合。其中，PROFIBUS-PA用于过程自动化，通过总线供电， 提供本质安全，可用于危险防爆区域。PROFIBUS-FMS用于纺 织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化领 域。PROFIBUS-DP用于加工自动化。PROFIBUS的协议是开放 的，可以由第三方来生产PROFIBUS的产品。PROFIBUS的传输 速 率 为 9.6kb/s∽12Mb/s ， 最 大 传 输 距 离 在 9.6kb/s 时 为 1000m，1.5Mb/s时为200m。其传输介质为双绞线、光缆，最 多可挂接127个站点。
第7章 计算机测控系统的总线技术 《计算机测控技术与系统》课件
等于1。
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2. 串行通信的同步和异步方式
（1）异步通信
异步通信方式（Asynchronous Data Communication，ASYNC），又 称起止式异步通信，是计算机通信中最常用的数据信息传输方式。它是 以字符为单位进行传输的，字符之间没有固定的时间间隔要求，而每个 字符中的各位则以固定的时间传送。收、发双方取得同步的方法是采用 在字符格式中设置起始位和停止位。在一个有效字符正式发送前，发送 器先发送一个起始位，然后发送有效字符位，在字符结束时再发送一个 停止位，起始位至停止位构成一帧。
① 比特率：是指每秒传输的二进制位数，用bps（bit/s)表示。
② 波特率：是指每秒传输的符号数，若每个符号所含的信息量为 1比特，则波特率等于比特率。
③ 位时间：是指传送一个二进制位所需时间，用Td 表示。 Td = 1/波特率 = 1/B
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（3）发送时钟和接收时钟
在串行通信中，二进制数据以数字信号的信号形式出现，不论是发 送还是接收，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。在TTL标准表示 的二进制数中，传输线上高电平表示二进制1，低电平表示二进制0，且 每一位持续时间是固定的，由发送时钟和接收时钟的频率决定。
① 发送时钟
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13
② 接收时钟
③ 波特率因子
接收时钟和发送时钟与波特率有如下关系：
F=n×B
这里F是发送时钟或接收时钟的频率；B是数据传输的波特率；n称为
波特率因子。在实际串行通信中，波特率因子可以设定。在异步传送时，
n = 1，16，64，实际常采用n = 16。在同步通信时，波特率因子n必须
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