第三章 简单接口通信技术

01H(第9位为0)：发送命令，命令从机发送数据，同 时意味着要求主机接收数据。
主机通信流程
从机通信流程
3.4 简单接口通信实例
简单接口通信是指直接利用微机的标准并行/串行接口实 现多微机间的通信。

MCS-51单片机有四个并行IO口，一个可编程的全双工异 步串行接口； 并行通信一次可以将多位数据同时传送。具有传输速度 快、效率高等特点。但其抗干扰能力不强，通信成本高， 适用于短距离高速通信； 串行通信数据的各位依次在一条传输线上逐个地传送。 具有传输线少，成本低、易于实现，可靠性高、适合远距 离的数据通信的特点，但其通信速率较低； 寻址和同步是两种通信要解决的关键技术问题。
单I/O接口信道实例---基于并行I/O的显示系统
主从微机间只用一片I/O接口芯片。主机通过对I/O接口的 控制与操作就可以实现主机与各从机间的数据交换。
寻址和同步设计
主机与各从机的关系如同计算机系统中CPU与外围设备的关系一 样，数据交换需要利用硬件技术来解决寻址和同步问题。
（2）双I/O接口信道：
3.3 简单接口通信连接方式
测控系统采用简单接口通信方法的物理连 接有主从式结构，星型结构，菊花链结构，环 型结构，总线型结构等。
3.3.1 主从式结构
主从通信概念：
主系统用命令来控制主系统与从系统间的通信。每次信 息交换均以主系统发给从系统一条命令开始，通信结束后， 从系统返回到适当状态，等待下一条命令。
2）寻址及通信过程
(1) 主机置Sele=1, MRDY=1, (9)各从机确认 Sele=0后,把接收的8位编号 表示即将广播从机编号。 ,对上编号的从机 (2)与自己的从机号比较 各从机收到Sele=1后 ,置SRDYB=0, SRDY=0 。 SRDY=1, 表示从机准备好接收编号。 (10) 主机确认SRDY=0 ，置 MRDY=0，表明 (3) 主机接收到 SRDY=1 后,确认所有从机 有从机被选中此时总线上只剩下一主一 就绪。可以传送从机编号。 PIO通信。 (4)从两站，开始主从式双单片机 主机把呼叫的从机编号(4位)送 (11) 主机确认 SRDY=0后，传送 4 位数据， 上 M/S数据通道，并置 MRDY 为 0。 MRDY=1 。 (5)并置 各从机收到 MRDY=0 后，立即从数据通 被选中从机收到 MRDY=1 后，接收 4位 道上读取前 4位从机编号 ,并置 SRDY=0 数据，并置。 SRDY=1。 ,SRDYB=1 SRDY=1 后，传送后 4位数据， (6)主机确认 主机接收到 SRDYB=1 后，传送后 4位从 并置MRDY=0 。 机编号 ,并置MRDY=1 。 MRDY=0 后，接收 4位 (7)被选中从机收到 各从收到MRDY=1 后，接收后 4位从机 数据，并置SRDY=1 SRDY=0， 。SRDYB=0。 编号，并置 1个字节的数据传送。 (8)完成 主机确认 SRDY=1后，置Sele=0，表示 (12) 重新寻址，重新传送数据 即将开始传送数据。
读入M_RDY M_RDY=0? Y 置S_RDY为0 传完8位? Y
结束
同步
N
S_RDY=0? Y 传完8位? Y
结束
N
N
3.3.2 星型结构
1、系统结构
系统由一个主系统和多个从系 统构成。每个从系统都通过点-点 式专用信道与主系统相连。星型结 构实质是多机主从式结构。 主系统随时有权向任意从系统 发送命令和数据，从系统的通信请 求必须使用集中式存取控制方法裁 决。数据只能在主系统与某台从系 统之间传输，从系统之间的通信， 必须经过主系统中转才能完成。
3.2 简单接口通信基本原理
利用简单接口进行多微机间的通信，除了要有 I/O接口芯片外，还需要有通信规约来保证通信过程 的正确进行。 通信规约是通信双方事先约定好且双方都必须 遵循的规定，即通信协议。
通信设备之间控制数据通信与理解通信数据意 义的一组规则，称为通信协议。协议定义了通信的 内容，通信何时进行以及通信如何进行等内容。
2、主从式串行总线型多机通信系统
结合图3-14，分析系统的寻址和通信过程？
（1）主机通过点名，确定进行通信的从机。 1)各从机置SM2为1； 2)主机发出呼叫帧，呼叫帧从机号，第9位为1； 3)所有从机接收到呼叫帧后，对上号的从机置 SM2=0，并用应答帧通知主机，呼叫过程完成； 4)通信过程中数据的第9位为0，没有对上号的从机 全部从总线上切除，只剩下对上号的从机与主机 进行通信。 （2）从机在主程序执行过程中，以中断方式响应主机的 通信要求
第三章 简单接口通信技术
简单接口通信技术：直接利用微机的标准 并行/串行接口实现多微机间的通信。 地位及意义：简单接口通信技术是其它通 信技术的基础；学好简单接口通信技术，是学 习其它通信技术的前提和保障。 （1）CAN通信中，SJA1000芯片的控制就是 利用标准并行接口实现的； （2）GSM、以太网等通信中，就利用标准 串口实现对通信模块的控制和数据收发；
主从通信的信息类型：
（1）命令：运行命令及通信命令，运行命令要求从系统 去执行指定任务（如A/D转换、电压测量等）。通信命令 用来控制双系统通信； （2）数据：数据按半字节传送，依靠握手联络信号 MRDY和SRDY实现双系统的同步。
3.3.1 主从式结构
1、系统结构 2、通信信道 3、通信过程
1、系统结构
（1）系统可支持00H～0FEH共255台微机； （2）系统把0FFH且第9位为1的呼叫帧定义为控制命令，当各 从机收到它时，所有从机均置SM2为1，使各从机处在监听状态 ，以便等待主机发来的呼叫帧； （3）通过呼叫，建立起主机与一台从机的通信链路之后，可 以使用下列控制命令： 00H(第9位为0)：接收命令，命令从机接收数据，同 时意味着要求主机发送数据。
主机开始
从机开始
置M_RDY为1 读入S_RDY N S_RDY=1? Y 输出四位数据 置M_RDY为0 读入S_RDY N S_RDY=0? Y N 传完8位? Y
结束
同步 N
3、通信过程：Байду номын сангаас
主系统向从系统传
送信息的通信过程 通过四次同步保证 数据的正确传送。
读入M_RDY M_RDY=1? Y 置S_RDY为1
3.3.3 菊花链结构和环形结构
1、系统结构
菊花链结构：多个系统通过I/O信道依次串联链接， 首尾不相连。
环形结构：首尾相连的菊花链结构。
2、特点
(1)环上或链上两个系统的通信，需经过一次或多次双装置 I/O系统通信才能完成； (2)规定环中信息流只沿一个方向流动，避免环上及链上三 个相邻系统中两个同时向中间那个系统发送数据而引起的 冲突的问题； (3)环上及链上的发送站与接收站之间没有地址线直接相连， 因此必须用软件的方法解决网络寻址，在传输的数据中设 有目的地址及源地址位，数据每次经过两系统IO通信时， 接收站点将目的地址与本机地址作比较，地址匹配则将该 帧信息接收下来，否则转发该帧。
3.3.2 星型结构
2、通信方式
1）点名式轮询法：主系统周期性地按顺序询问从系 统是否有通信要求，最先识别到的有通信要求的从系 统主与系统建立通信联系，通信完成后主系统继续轮 询。 2）请求选择法： 请求选择法类似于中断系统，每台 从系统都有一条通信请求线连到主系统。当某台从系 统有通信要求时，通过请求线向主系统申请通信，由 主系统裁决确定与哪台从系统建立通信联系。
2、通信信道
（1）由于单片机受I/O接口数量的限制，系统使用一个 并行I/O口的4条双向数据线作PIO信道的双向数据通道；
（2）使用并行I/O口的2条双向数据线进行通信控制，作 为双方握手联络通道 S-RDY：从系统就绪 M-RDY：主系统就绪 （3）使用并行I/O口的1条双向数据线进行子系统复位控 制，主系统任何时候都可以用Slave Reset使从系统复位
主从微机间使用两片I/O接口 芯片
特点：芯片使用数量多，但是 提供的硬件环境好，界面清晰， 接线规范，不必重新构造联络 握手信号。寻址和同步主要靠
软件和协议来实现。
双I/O接口信道实例1---RS232通信
双I/O接口信道实例2---RS485通信
特点：芯片使用数量多，但是提供的硬件环境好，界面清晰， 接线规范，不必重新构造联络握手信号。寻址和同步主要靠软件和 协议来实现。
3.3.4 总线型结构
1、主从式并行总线型多机通信系统； 2、主从式串行总线型多机通信系统； 3、基于PC机和单片机的混合型通信系统；
1、主从式并行总线型多机通信系统
结合图3-12，分析系统的寻址和通信过程？
1）通信信道
每台微机经过片内的并行I/O端口挂接在总线上，其中 4条作为双向数据通道，其余4条实现通信控制； MRDY:主机就绪； SRDY:从机就绪； Sele:主机对从机的选择线； SRDYB:被选中从机对主机的应答线。
通信协议举例
20h,08h,E2h,00h,08h,06h,34h,03h,01h,02h
简单接口通信须注意下面事项：
（1）流量控制：简单接口通信一般利用握手联络信号（ 硬件方式）来实现流量控制，每传送一个字节握手一 次，发方只有在确认上一个字节被收妥后才进行下一 个字节的传送。 （2）主从方式：信道是通信双方共同的资源，可能出现 双方都要使用的情况。简单接口通信常采用主从方式 来解决信道分配问题：多台微机中一台设定为主机， 其余为从机。主机有I/O信道的控制权，从机只有在主 机许可下才能发送数据。 （3）网络寻址：多微机系统和各微机间的通信信道构成 一个通信网络，微机相互间的通信存在寻址问题，要 根据其拓扑结构采用不同的方法解决寻址问题。
3、通信方式
(1)软件寻址法； (2)链式轮询法：主系统发起轮询，只有被询问的系 统才有通信权。
3.3.4 总线型结构
多台系统各通过一片I/O接口芯片挂接在总线上，可构 成总线型多微机通信系统。其中，总线可以是简单总线（串 行总线），也可以是复杂总线（并行总线）。
3.3.4 总线型结构
采用简单总线：各微机系统利用并/串操作，将并行 数据转换成串行数据在总线上传输，采用软件实现寻址和 总线使用权分配； 采用复杂总线：复杂总线要包括地址线、数据线、 控制线等。通过地址总线实现寻址，通过控制总线完成总 线使用权分配。
同步
同步 N
读入M_RDY M_RDY=0? Y 读取四位数据 置S_RDY为0 传完8位? Y
结束
同步
N
主机开始
从机开始
置M_RDY为1 读入S_RDY
同步 N 同步
从系统向主系统传
送信息的通信过程
读入M_RDY
M_RDY=1?
Y 输出四位数据 置S_RDY为1
N
S_RDY=1?
Y 读取四位数据 置M_RDY为0 读入S_RDY 同步 N
3.1 I/0信道的两种基本形式
（1）单I/O接口信道：
主从微机间只用一片I/O接口芯片
特点：主机与各从机的关系如同计
算机系统中CPU与外围设备的关系一 样，主机通过对I/O接口的控制与操 作就可以实现主机与各从机间的数 据交换，可以采用中断方式或查询 方式。 需要利用硬件技术来解决寻 址和同步问题。
1)Slave为从系统，负责参数存储、外设控制及信号检测； Master为主系统，负责数据显示、打印、按键输入、通信等。 2)从系统有4个I/O接口，其中两个I/O接口用来扩展片外RAM 数据存储器，一个I/O口与输入处理单元相连，接收输入信 号，一个I/O口实现与主系统的信息交换。 3)主系统的其余三个I/O接口分别扩展为打印机接口、显示 器接口及键盘接口。 4)从系统的一个并行I/O接口与主系统的一个并行I/O接口组 成双I/O接口PIO信道，把两者互连成一个双微机PIO系统。
（4）差错控制：通信双方及线路处在恶劣环境时，存 在一定的误码率，需设置差错控制以保证数据传输 的正确性。简单接口通信常在高层应用软件进行差 错控制。 （5）高层协议：在简单接口通信中，I/O信道建立了端 点与端点之间的联系。为了进行正常通信，在建立 端点与端点联系的基础上，还要建立两个端点间进 程之间的联系，这个过程称为进程同步。发送方通 过发送唤醒命令，把对方的接收程序段唤醒以实现 进程同步。进程之间的连接以及相关的协议统称为 高层协议。