第四章 智能仪器中的通信技术
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第四章 智能仪器中的通信技术
§4.1 概述 §4.2 内总线 §4.3 通用总线 §4.4 串行通信接口 §4.5 现场总线 §4.6 蓝牙技术 §4.7 工业以太网 §4.8 电力线载波通信
Leabharlann Baidu
重点： 1. 内总线 2. 通用、串行接口总线 3. 现场总线 4. 蓝牙技术、以太网、电力线载波通信
在实际的测量和控制过程中，智能仪器和智 能仪器之间、智能仪器与计算机之间需要进行各 种信息的交换和传输，这种信息的交换和传输通 过仪器的通信接口按照一定的协议实现。
CAN现场总线。总线在多个领域应用广泛。
并行总线
按数据传输特点
总线 划分
串行总线 指多个数据位同时传输或接收，可 分为不同位数（宽度）的并行总线（如8 位、16位等），当距离较近而且要求传 输速率较高时通常采用此总线传输方式 。 数据逐位传输，发送或接收数据最多只需两根 导线，其一用于发送，另一用于接收；串行通信采 用不同的工作方式，还可将发送和接收二线合一， 具有经济实用的特点，当设备距离较远时通常采用 串行总线方式。
的传输速率在标准模式下可达100kbit/s，在快速模式 下可达400kbit/s，在高速模式下可达3.4Mbit/s。总线 长度可达25英尺，并且能支持40个组件。由于接口嵌入 组件，所以占用空间小，减少了电路板的空间，降低了 互联成本。
I 2 C 总线具有下述特点：
(1)二线制总线，通过SDA及SCL两线在连接到总线上 的器件之间传送信息，根据地址识别各器件。
I 2C
是美国是P美r国o-lＭogＩ公Ｔ司Ｓ1公97司9年19提76 出用于年工提业出控适制应微于型Int计el算80机8的0C标PU 准系统系总列线的。总按线工，业共现10场0条标，准其设中 计，具16有条较数好据的线兼；容24性条，地电址路线板；11 采构性简能用单良小条态源，好板控线线品。结制；地种支构线8线条齐持，；；矢全多高816条量， 微度条D中价 处模其M断格 理块A他线线低 器化用；；廉 系，途98， 统结信条条。号电状 共56线条；线主，要其缺中陷6条是逻布辑线电不源太线合；理、 8条数时据钟线信；号1位6条于地控址制线信；号2中2条间， 控8现广片统位制在之中泛机线应容多前间应应，；用易已、的用用8较4产极几0内广于条年少生少何总泛系辅代.用干尺线统助开。扰寸，内电始、大在部源在地、单模线我线易片块。国少变机或适流、形系芯合行引，于，脚目
4.2 内总线
内总线
（System Bus）
又称局部总线，是系统内部 各模块的公共信息通道
采用内总线的优点：
１．各模块的设计可通用化； ２．具有互换性，损坏一部分只须更换该部分即可； ３．只要留有足够的插口，随时可扩展系统的功能； ４．改变其中一些模块可以改变仪器的功能
目 S-100 前 常 用 的 STD 内 总 线
4.1 概述
智能仪器中的公共数字传输通道称为 总线（Bus）
总线 按连接范围
划分
片内总线（局部总线） 内部总线（系统总线） 外部总线（通信总线）
主要用于芯 片级的互连
用以实现系统与 各种扩展插件板 之间的相互连接
主要用于仪 器间的互连
片内总线
一般由芯片制造厂商定义，对外提供的连线 均通过芯片的管脚实现，对智能仪器设计的影响 不大。内部总线的种类相对较为统一，下节介绍
的 I 2 C总线是其中的典型代表。
外部总线的种类则比较广泛，由于涉及智能 仪器与智能仪器之间，智能仪器和通用计算机之 间通信的问题，根据通信性质、通信技术和通信 距离的不同，有多种多样的总线可供选择
GP-IB通用并行总线、RS-232C、RS-485和
举例： USB (Universal Serial Bus) 等串行总线、
(6)支持NMOS、COMS、HCMOS等多种制造工 艺，并可用于测试和错误诊断。
24C256
PCF8563
PCF8574T
PCF8591(8位A/D和D/A)
4.2.2 I 2 C 总线的术语
SDA（串行数据线） SCL（串行时钟线）
构成
I 2C
注意：
总线上可以接若干个单片微机和外围器
注意：
相同条件下： 串行传输速度＜并行传输速度
综述：
上述的各种外部总线都有很多厂商推出了 相应的通信接口，有些接口已经直接在芯片级 予以实现，使用非常方便。除了这些标准总线 接口之外，在无线通信领域，蓝牙技术正逐步 为人们所采用；借助分布广阔的电力传输线进 行载波通信的方式仍在继续发展；借鉴通用计 算机构建局域网中占主导地位的以太网技术， 工业以太网也出于蓬勃发展阶段。随着新技术、 新的通信手段的发展，新的通信接口还会不断 涌现。 （如：IEC 61850、无线传感器网络等）
4.2.1 I 2 C 总线概述
I 2 C （Inter－Integrated Circuit）总线是由
Philips公司于80年代推出的二线串行通信总线，通过 串行数据线SDA（Serial Data）和串行时钟线SCL
（Serial Clock）两根线将多个具有 I 2 C 总线接口的器件
连到总线上, 使信息在 I 2 C 器件之间传递。总线上数据
(2)无中心主机的多主机总线，可在主机和分机之间双 向传送数据。各主机可任意同时发送而不破坏总线 上的数据。
(3)同步通信总线，同步时钟允许器件通过总线以不同 波特率通信，同时还可用作开始和停止串行口的应 答信号。
(4)系统中所有外围器件及模块采用器件地址及引脚 地址的编址方式。
(5)器件间总线简单，结构紧凑，总线上增加器件不 影响系统的正常工作，系统可修改和可扩展性 好。即使有不同时钟速度的器件连接到总线上， 也能很方便地确定总线的时钟。
通信接口
是各仪器之间或仪器与计算机之间 进行信息交换和传输的联络装置
主要接口方式
主要有并行通信接口、串行通信 接口、现场总线接口和以太网接 口等。为方便各种仪器之间的通 信，一般采用标准通信接口。
注意：
本章介绍智能仪器较常用的标准总 线，主要有I2C总线、GP-IB通用接口总 线、RS－232C串行总线、RS422/485串 行总线、USB通用串行总线、CAN总线 等。
§4.1 概述 §4.2 内总线 §4.3 通用总线 §4.4 串行通信接口 §4.5 现场总线 §4.6 蓝牙技术 §4.7 工业以太网 §4.8 电力线载波通信
Leabharlann Baidu
重点： 1. 内总线 2. 通用、串行接口总线 3. 现场总线 4. 蓝牙技术、以太网、电力线载波通信
在实际的测量和控制过程中，智能仪器和智 能仪器之间、智能仪器与计算机之间需要进行各 种信息的交换和传输，这种信息的交换和传输通 过仪器的通信接口按照一定的协议实现。
CAN现场总线。总线在多个领域应用广泛。
并行总线
按数据传输特点
总线 划分
串行总线 指多个数据位同时传输或接收，可 分为不同位数（宽度）的并行总线（如8 位、16位等），当距离较近而且要求传 输速率较高时通常采用此总线传输方式 。 数据逐位传输，发送或接收数据最多只需两根 导线，其一用于发送，另一用于接收；串行通信采 用不同的工作方式，还可将发送和接收二线合一， 具有经济实用的特点，当设备距离较远时通常采用 串行总线方式。
的传输速率在标准模式下可达100kbit/s，在快速模式 下可达400kbit/s，在高速模式下可达3.4Mbit/s。总线 长度可达25英尺，并且能支持40个组件。由于接口嵌入 组件，所以占用空间小，减少了电路板的空间，降低了 互联成本。
I 2 C 总线具有下述特点：
(1)二线制总线，通过SDA及SCL两线在连接到总线上 的器件之间传送信息，根据地址识别各器件。
I 2C
是美国是P美r国o-lＭogＩ公Ｔ司Ｓ1公97司9年19提76 出用于年工提业出控适制应微于型Int计el算80机8的0C标PU 准系统系总列线的。总按线工，业共现10场0条标，准其设中 计，具16有条较数好据的线兼；容24性条，地电址路线板；11 采构性简能用单良小条态源，好板控线线品。结制；地种支构线8线条齐持，；；矢全多高816条量， 微度条D中价 处模其M断格 理块A他线线低 器化用；；廉 系，途98， 统结信条条。号电状 共56线条；线主，要其缺中陷6条是逻布辑线电不源太线合；理、 8条数时据钟线信；号1位6条于地控址制线信；号2中2条间， 控8现广片统位制在之中泛机线应容多前间应应，；用易已、的用用8较4产极几0内广于条年少生少何总泛系辅代.用干尺线统助开。扰寸，内电始、大在部源在地、单模线我线易片块。国少变机或适流、形系芯合行引，于，脚目
4.2 内总线
内总线
（System Bus）
又称局部总线，是系统内部 各模块的公共信息通道
采用内总线的优点：
１．各模块的设计可通用化； ２．具有互换性，损坏一部分只须更换该部分即可； ３．只要留有足够的插口，随时可扩展系统的功能； ４．改变其中一些模块可以改变仪器的功能
目 S-100 前 常 用 的 STD 内 总 线
4.1 概述
智能仪器中的公共数字传输通道称为 总线（Bus）
总线 按连接范围
划分
片内总线（局部总线） 内部总线（系统总线） 外部总线（通信总线）
主要用于芯 片级的互连
用以实现系统与 各种扩展插件板 之间的相互连接
主要用于仪 器间的互连
片内总线
一般由芯片制造厂商定义，对外提供的连线 均通过芯片的管脚实现，对智能仪器设计的影响 不大。内部总线的种类相对较为统一，下节介绍
的 I 2 C总线是其中的典型代表。
外部总线的种类则比较广泛，由于涉及智能 仪器与智能仪器之间，智能仪器和通用计算机之 间通信的问题，根据通信性质、通信技术和通信 距离的不同，有多种多样的总线可供选择
GP-IB通用并行总线、RS-232C、RS-485和
举例： USB (Universal Serial Bus) 等串行总线、
(6)支持NMOS、COMS、HCMOS等多种制造工 艺，并可用于测试和错误诊断。
24C256
PCF8563
PCF8574T
PCF8591(8位A/D和D/A)
4.2.2 I 2 C 总线的术语
SDA（串行数据线） SCL（串行时钟线）
构成
I 2C
注意：
总线上可以接若干个单片微机和外围器
注意：
相同条件下： 串行传输速度＜并行传输速度
综述：
上述的各种外部总线都有很多厂商推出了 相应的通信接口，有些接口已经直接在芯片级 予以实现，使用非常方便。除了这些标准总线 接口之外，在无线通信领域，蓝牙技术正逐步 为人们所采用；借助分布广阔的电力传输线进 行载波通信的方式仍在继续发展；借鉴通用计 算机构建局域网中占主导地位的以太网技术， 工业以太网也出于蓬勃发展阶段。随着新技术、 新的通信手段的发展，新的通信接口还会不断 涌现。 （如：IEC 61850、无线传感器网络等）
4.2.1 I 2 C 总线概述
I 2 C （Inter－Integrated Circuit）总线是由
Philips公司于80年代推出的二线串行通信总线，通过 串行数据线SDA（Serial Data）和串行时钟线SCL
（Serial Clock）两根线将多个具有 I 2 C 总线接口的器件
连到总线上, 使信息在 I 2 C 器件之间传递。总线上数据
(2)无中心主机的多主机总线，可在主机和分机之间双 向传送数据。各主机可任意同时发送而不破坏总线 上的数据。
(3)同步通信总线，同步时钟允许器件通过总线以不同 波特率通信，同时还可用作开始和停止串行口的应 答信号。
(4)系统中所有外围器件及模块采用器件地址及引脚 地址的编址方式。
(5)器件间总线简单，结构紧凑，总线上增加器件不 影响系统的正常工作，系统可修改和可扩展性 好。即使有不同时钟速度的器件连接到总线上， 也能很方便地确定总线的时钟。
通信接口
是各仪器之间或仪器与计算机之间 进行信息交换和传输的联络装置
主要接口方式
主要有并行通信接口、串行通信 接口、现场总线接口和以太网接 口等。为方便各种仪器之间的通 信，一般采用标准通信接口。
注意：
本章介绍智能仪器较常用的标准总 线，主要有I2C总线、GP-IB通用接口总 线、RS－232C串行总线、RS422/485串 行总线、USB通用串行总线、CAN总线 等。