第五章 51-4 通信接口技術(shù)

1、第五章第五章 通信接口技術(shù)通信接口技術(shù) 通信接口是智能儀器的重要組成部分之 一。通信接口是智能儀器之間或者智能儀器 與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)裝 置。按通信方式分類，可分為并行通信和串 行通信兩種。 串行總線有 RS322C、RS485、I2C總線、 USB及現(xiàn)場總線等。 5.1 5.1 串行通信接口串行通信接口 5.1.1 5.1.1 串行通信的概念串行通信的概念 u串行通信：串行通信：一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送 的通訊方式稱為串行通訊。 u串行通訊的特點(diǎn)是串行通訊的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位傳送，傳按位順序進(jìn)行， 最少只需一根傳輸線即可完成， u成本低但送速度慢。成本低但送速度慢。串

2、行通訊的距離可以從幾米到 幾千米。 根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為 單工、半雙工和全雙工三種。 5.1.2 5.1.2 串行通信串行通信的基本方式的基本方式 （a）同步通信 （b）異步通信 5.1.3 5.1.3 串行通信串行通信協(xié)議協(xié)議 異步通信協(xié)議規(guī)定每個字符以位串行方式 傳輸，每個串行數(shù)據(jù)由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶 校驗(yàn)位和停止位組成。串行傳輸數(shù)據(jù)格式如下 圖所示，具體定義如下： 在異步通信中，接收和發(fā)送雙方必須保持 相同的傳輸速率。傳輸速率即波特率，它是以 每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)來度量的，單位為比特 /秒 (b/s)。規(guī)定的波特率有50、75、110、 150、300、600、1

3、200、2400、4800、9600、 19200、38400等。 在異步串行通信中，通信雙方必須持相同 的傳輸波特率，并以每個字符數(shù)據(jù)的起始位來 進(jìn)行同步，同時“數(shù)據(jù)格式”即起始位、數(shù)據(jù) 位、奇偶位和停止位的約定，在同一次傳輸過 程中也要保持一致，這樣才能保證成功地進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸。 5.2 RS-232C5.2 RS-232C串行通信接口串行通信接口 RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能 都作了規(guī)定。 在TxD和RxD上：邏輯1(MARK) =-3V-15V 邏輯0(SPACE)=+315V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上： 信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓

4、）= +3V+15V 信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)= -3V-15V RS23CRS23C連接器的機(jī)械特性連接器的機(jī)械特性 9 9針串口（針串口（DB9DB9） 2525針串口針串口 （DB25DB25） 針號功能說明縮寫針號功能說明縮寫 1數(shù)據(jù)載波檢測DCD8數(shù)據(jù)載波檢測DCD 2接收數(shù)據(jù)RXD3接收數(shù)據(jù)RXD 3發(fā)送數(shù)據(jù)TXD2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD 4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR 5信號地GND7信號地GND 6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR6數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好DSR 7請求發(fā)送RTS4請求發(fā)送RTS 8清除發(fā)送CTS5清除發(fā)送CTS 9振鈴指示RI22振鈴指示RI A B 2 1 43 2

5、5 最簡連接 簡單連接 完全連接 傳輸線驅(qū)動器傳輸線驅(qū)動器MC1488MC1488內(nèi)部邏輯圖內(nèi)部邏輯圖 接收器接收器MC1489MC1489內(nèi)部邏輯圖內(nèi)部邏輯圖 單電源供電的雙單電源供電的雙 RS23RS23收發(fā)器收發(fā)器ICL232ICL232 5.3 RS-485/RS4225.3 RS-485/RS422 RS-422RS-422由由RS-232RS-232發(fā)展而來，它是為彌補(bǔ)發(fā)展而來，它是為彌補(bǔ)RS-232RS-232之不足而之不足而 提出的。為改進(jìn)提出的。為改進(jìn)RS-232RS-232通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS-422RS-422 定義了一種平衡通信接口，

6、將傳輸速率提高到定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s10Mb/s，傳輸，傳輸 距離延長到距離延長到40004000英尺（速率低于英尺（速率低于100kb/s100kb/s時），并允許在一條時），并允許在一條 平衡總線上連接最多個接收器。平衡總線上連接最多個接收器。 RS-422RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多是一種單機(jī)發(fā)送、多 機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范。機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范。 RS-485RS-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個 發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了

7、發(fā)送器的驅(qū)動能力 和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍。和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍。 RS-485RS-485是是RS-422RS-422的變形，的變形，RS-422ARS-422A是全雙工，兩對平衡差是全雙工，兩對平衡差 分信號線分別用于發(fā)送和接收，所以采用分信號線分別用于發(fā)送和接收，所以采用RS422ARS422A接口通信時接口通信時 最少需要最少需要4 4根線。根線。RS-485RS-485為半雙工，只有一對平衡差分信號線，為半雙工，只有一對平衡差分信號線， 不能同時發(fā)送和接收，最少只需二根連線。不能同時發(fā)送和接收，最少只需二根連線。 RS-422、RS-485與RS-232一樣，

8、標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特 性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用 戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此在視頻界的應(yīng)用，許 多廠家都建立了一套高層通信協(xié)議。 1)RS-4221)RS-422與與RS-485RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)串行接口標(biāo)準(zhǔn) (1)(1)平衡傳輸平衡傳輸 RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳 輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線 定義為A，另一線定義為B。 （2 2）RS-485RS-485、RS-422RS-422的電氣特性的電氣特性 發(fā)送發(fā)送A A、B B之間之間：正電平在+2+6V； 負(fù)電平在-2+6V。 接收接收A

9、A、B B之間之間：正邏輯電平大于+200mV； 負(fù)邏輯電平小于-200mV。 另有一個信號地C，在RS- 485中還有一“使能”端，而在 RS-422中這是可用可不用的。 “使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動 器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng) “使能”端起作用時，發(fā)送驅(qū)動 器處于高阻狀態(tài)。 （3 3）電氣規(guī)定）電氣規(guī)定 RS-422RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特 性”，它定義了接口電路的特性。圖5是典型的RS-422四線接 口。實(shí)際上還有一根信號地線，共5根線。圖4是其DB9連接器 引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比RS232 更強(qiáng)的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多

10、個接收節(jié)點(diǎn)， 最多可接10個節(jié)點(diǎn)。 RS-422需要一 終接電阻，要求其阻 值約等于傳輸電纜的 特性阻抗。在矩距離 傳輸時可不需終接電 阻，即一般在300米 以下不需終接電阻。 終接電阻接在傳輸電 纜的最遠(yuǎn)端。 RS-485RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以RS-485許多 電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在 傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式， 二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。而采用四線連接時，與 RS-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多的通信，即只能有一個主 （Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進(jìn)， 無 論四線還是二

11、線連接方式總線上可多接到32個設(shè)備。 接接 口口 性性 能能 RS- -232CRS- -422ARS- -485 操作方式操作方式 單端單端差動方式差動方式差動方式差動方式 最大距離最大距離/ /m 15(24kb/s)1200(100kb/s)1200(100kb/s) 最大速率最大速率 200kb/s10Mb/s10Mb/s 最大驅(qū)動器數(shù)目最大驅(qū)動器數(shù)目 1132 最大接收器數(shù)目最大接收器數(shù)目 11032 接收靈敏度接收靈敏度 3V200mV200mV 驅(qū)動器輸出阻抗驅(qū)動器輸出阻抗 30060k120k 接收器負(fù)載阻抗接收器負(fù)載阻抗 37 7k4k12k 負(fù)載阻抗負(fù)載阻抗 37 7k10

12、060 對共用點(diǎn)電壓范圍對共用點(diǎn)電壓范圍/ / V 2525-0.25+6+6-71212 2）RS-422RS-422與與RS-485RS-485的網(wǎng)絡(luò)安裝注意要點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)安裝注意要點(diǎn) RS-422可支持10個節(jié)點(diǎn)，RS-485支持32個節(jié)點(diǎn)。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持 環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)注意: (1) 采用一條雙絞線電纜作總線，將各個節(jié)點(diǎn)串 接起來，從總線到每個節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短， 以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。 (2) 應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連 續(xù)點(diǎn)就會發(fā)生信號的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這 種不連續(xù)性：總線的不同區(qū)段采用

13、了不同電纜，或 某一段總線上有過多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者 是過長的分支線引出到總線?？傊瑧?yīng)該提供一條 單一、連續(xù)的信號通道作為總線。 圖所示為實(shí)際應(yīng)用中常 見的一些錯誤連接方式 （a，c，e）和正確的 連接方式（b，d，f）。 a，c，e這三種網(wǎng)絡(luò)連 接盡管不正確，在短距 離、低速率仍可能正常 工作，但隨著通信距離 的延長或通信速率的提 高，其不良影響會越來 越嚴(yán)重，主要原因是信 號在各支路末端反射后 與原信號疊加，會造成 信號質(zhì)量下降。 3）RS-422RS-422與與RS-485RS-485傳輸線上匹配傳輸線上匹配 RS-422與RS-485總線網(wǎng)絡(luò)一般要使用終接電阻進(jìn)行匹配。 但在

14、短距離與低速率下可以不用考慮終端匹配。那么在什么 情況下不用考慮匹配呢？ 配的一條經(jīng)驗(yàn)性的原則配的一條經(jīng)驗(yàn)性的原則：當(dāng)信號的轉(zhuǎn)換時間（上升或下降 時間）超過電信號沿總線單向傳輸所需時間的3倍以上時就可 以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483輸出 信號的上升或下降時間最小為250ns，典型雙絞線上的信號傳 輸速率約為0.2m/ns（24AWG PVC電纜），那么只要數(shù)據(jù)速率 在250kb/s以內(nèi)、電纜長度不超過16米，采用MAX483作為RS- 485接口時就可以不加終端匹配。 一般終端匹配采用終接電阻方法一般終端匹配采用終接電阻方法，RS-422在總線電纜的遠(yuǎn) 端并接電阻

15、，RS-485則應(yīng)在總線電纜的開始和末端都需并接 終接電阻。終接電阻一般在RS-422網(wǎng)絡(luò)中取100，在RS-485 網(wǎng)絡(luò)中取120。這種匹配方法簡單有效，但有一個缺點(diǎn)，匹 配電阻要消耗較大功率，對于功耗限制比較嚴(yán)格的系統(tǒng)不太 適合。 另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配，如左圖。利用 一只電容C隔斷直流成分可以節(jié)省大部分功率。但電容C的取 值是個難點(diǎn)，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進(jìn)行折衷。 還有一種采用二極管的匹配方法，如右圖。這種方案雖 未實(shí)現(xiàn)真正的“匹配”，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削 弱反射信號，達(dá)到改善信號質(zhì)量的目的。節(jié)能效果顯著。 MAX481MAX481 5.3 RS4855.3

16、RS485通信接口的防護(hù)方法通信接口的防護(hù)方法 5.3.15.3.1防雷電路中的元器件防雷電路中的元器件 1）氣體放電管 氣體放電管是一種開關(guān)型保護(hù)器件，工作原理是 氣體放電。當(dāng)兩極間電壓足夠大時，極間間隙將放電 擊穿，由原來的絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電狀態(tài)，類似短路。 導(dǎo)電狀態(tài)下兩極間維持的電壓很低，一般在2050V， 因此可以起到保護(hù)后級電路的效果。 氣體放電管的通流量比壓敏電阻和TVS管要大，氣 體放電管與TVS等保護(hù)器件合用時應(yīng)使大部分的過電流 通過氣體放電管泄放，因此氣體放電管一般用于防護(hù) 電路的最前級，其后級的防護(hù)電路由壓敏電阻或TVS管 組成。 氣體放電管主要可應(yīng)用在交流電源口相線、中線

17、 的對地保護(hù)；直流RTN和保護(hù)地之間的保護(hù)；信號口線 對地的保護(hù)；天饋口饋線芯線對屏蔽層的保護(hù)。 2）壓敏電阻 壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻 的非線性特性，當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間， 壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值， 從而實(shí)現(xiàn)對后級電路的保護(hù)。 壓敏電阻的響應(yīng)時間比空氣放電管快，比TVS管 稍慢一些；壓敏電阻的結(jié)電容一般在幾百到幾千pF的 數(shù)量級范圍，一般不宜直接應(yīng)用在高頻信號線路的保 護(hù)電路中。 壓敏電阻主要可用于直流電源、交流電源、低頻 信號線路、帶饋電的天饋線路。 3）瞬態(tài)抑制二極管（TVS） TVS（Transient Voltage Suppress

18、ion）是一種 限壓保護(hù)器件，作用與壓敏電阻很類似。也是利用器 件的非線性特性將過電壓鉗位到一個較低的電壓值實(shí) 現(xiàn)對后級電路的保護(hù)。 TVS的響應(yīng)時間是限壓型浪涌保護(hù)器件中最快的。 用于電子電路的過電壓保護(hù)時其響應(yīng)速度都可滿足要 求。 TVS管的結(jié)電容根據(jù)制造工藝的不同，大體可分為兩種類 型，高結(jié)電容型TVS一般在幾百幾千pF的數(shù)量級，低結(jié)電容型 TVS的結(jié)電容一般在幾pF幾十pF的數(shù)量級。一般分立式TVS的 結(jié)電容都較高，表貼式TVS管中兩種類型都有。在高頻信號線路 的保護(hù)中，應(yīng)主要選用低結(jié)電容的TVS管。 TVS管的非線性特性比壓敏電阻好，具有壓敏電阻更理想的 殘壓輸出。在很多需要精細(xì)保護(hù)

19、的電子電路中，應(yīng)用TVS管是比 較好的選擇。TVS管的通流容量在限壓型浪涌保護(hù)器中是最小的， 一般用于最末級的精細(xì)保護(hù)，因其通流量小，一般不用于交流 電源線路的保護(hù)，直流電源的防雷電路使用TVS管時，一般還需 要與壓敏電阻等通流容量大的器件配合使用。 4）正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC） PTC是一種限流保護(hù)器件，它有一個動作溫度值TS， 當(dāng)其本體內(nèi)溫度低于TS時，其阻值維持基本恒定，這 時的阻值稱為冷電阻。當(dāng)正溫度系數(shù)電阻本體那溫度 高于TS時，其阻值迅速增大，可以達(dá)到的最大阻值能 過比冷電阻值打10000倍左右。由于它的阻值可以隨溫 度升高而迅速增大，所以一般串聯(lián)于線上用作暫態(tài)大 電流的過流保

20、護(hù)。PTC在信號線及電源線路上都有應(yīng)用。 5.3.25.3.2 RS485RS485防護(hù)電路防護(hù)電路 1 1）室外走線）室外走線RS485RS485口防雷電路口防雷電路 當(dāng)信號線走線較長，可能出戶外時，端口的防護(hù) 等級要求較高，此時可采用下圖的防護(hù)電路。 電路采用氣體放電管、電阻、快恢復(fù)二極管、TVS 管組成，其中氣體放電管將線纜引入的大部分雷擊過 電流泄放。電阻的作用是用于兩級電路間的配合，由 TVS管和快恢復(fù)二極管組成的橋式電路是第2級防雷電 路，進(jìn)一步降低防雷器輸出的殘壓，從而有效的保護(hù) 后級設(shè)備。 G1為三極氣體放電管3R097CXA，主要起共模保護(hù)； R1、R2為2W/4.7歐姆電阻

21、，阻值在不影響信號傳輸質(zhì) 量的情況下可以再取大一些；整流橋四周和對地共六 個二極管為快恢復(fù)二極管MURS120T3，整流橋中間為 TVS管SM6T6V8A，起后級的共模和差模保護(hù)的作用。 該電路一般用于被保護(hù)端口的信號速率不高的情況。 2 2）室內(nèi)走線）室內(nèi)走線RS485RS485口防雷電路口防雷電路 當(dāng)接口用于小于10米的框間通信時，可根據(jù)需要 確定是否加防護(hù)電路。 單單 點(diǎn)點(diǎn) 防防 護(hù)護(hù) 電電 路路 一點(diǎn)對多點(diǎn)防護(hù)電路 5.4 5.4 通用串行總線通用串行總線USB USB USBUSB（Universal Serial BusUniversal Serial Bus）通用串行總線是由）通

22、用串行總線是由 CompaqCompaq、Digital EquipmentDigital Equipment、IntelIntel、MicrosoftMicrosoft、 IBMIBM、NECNEC及及Northern TelecomNorthern Telecom等等7 7家公司聯(lián)合開發(fā)的家公司聯(lián)合開發(fā)的 一種流行的外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)。一種流行的外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)。 1996 1996年年2 2月公布了月公布了USB 1.0USB 1.0版本，傳輸速率有低速版本，傳輸速率有低速 1.5Mbps1.5Mbps和高速和高速12Mbps12Mbps兩種模式。兩種模式。USB 2.0USB 2.0已于已于20

23、002000年年4 4 月月2727日由日由CompaqCompaq、HPHP、IntelIntel、LucentLucent、MicrsoftMicrsoft、 NECNEC、PhilipsPhilips正式對外發(fā)布，作為新一代正式對外發(fā)布，作為新一代USBUSB標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)， USB 2.0USB 2.0兼容所有兼容所有USB 1.0USB 1.0外部設(shè)備及電纜線等，傳輸外部設(shè)備及電纜線等，傳輸 速率達(dá)速率達(dá)480Mbps480Mbps。USB 2.0USB 2.0不僅使不僅使USBUSB大大提速，而且使大大提速，而且使 更多的設(shè)備可以經(jīng)更多的設(shè)備可以經(jīng)USBUSB連接到連接到PCPC。 5

24、.4.1 USB5.4.1 USB的性能特點(diǎn)的性能特點(diǎn) 傳輸速度快傳輸速度快 連接簡單快捷連接簡單快捷 通用連接器通用連接器 無須外接電源無須外接電源 擴(kuò)充外設(shè)能力強(qiáng)擴(kuò)充外設(shè)能力強(qiáng) 1 1）傳輸速度快）傳輸速度快 USB 1.0 USB 1.0 提供了兩種速度：提供了兩種速度：USBUSB低速低速1.5Mbps1.5Mbps， 低速的低速的USBUSB支持低速設(shè)備，例如，調(diào)制解調(diào)器、鍵支持低速設(shè)備，例如，調(diào)制解調(diào)器、鍵 盤、鼠標(biāo)、優(yōu)盤、硬盤、光驅(qū)、網(wǎng)卡、掃描儀、數(shù)盤、鼠標(biāo)、優(yōu)盤、硬盤、光驅(qū)、網(wǎng)卡、掃描儀、數(shù) 碼相機(jī)等；碼相機(jī)等；USBUSB全速全速12Mbps12Mbps， 它用于大范圍的多媒

25、它用于大范圍的多媒 體設(shè)備。而體設(shè)備。而USB 2.0USB 2.0的數(shù)據(jù)傳輸速度可以高達(dá)的數(shù)據(jù)傳輸速度可以高達(dá) 480Mbps480Mbps。 2 2）連接簡單快捷）連接簡單快捷 USB USB連接簡單快捷，可以進(jìn)行連接簡單快捷，可以進(jìn)行熱插拔熱插拔。即設(shè)備。即設(shè)備 連到連到USBUSB時，不必打開機(jī)箱，也不必關(guān)閉主機(jī)電源。時，不必打開機(jī)箱，也不必關(guān)閉主機(jī)電源。 3）通用連接器通用連接器 USB USB用一種通用的連接器可以連接多種類型的外用一種通用的連接器可以連接多種類型的外 設(shè)，其外型為設(shè)，其外型為4 4針插頭。針插頭。 VBUS D GND D+ VBUS D+ D GND 4 4）無

26、須外接電源）無須外接電源 由由USBUSB總線提供電源到外部設(shè)備，總線提供電源到外部設(shè)備，USBUSB能提供能提供 +5V/500mA+5V/500mA的電源，供低功耗的電源，供低功耗USBUSB設(shè)備如設(shè)備如USBUSB鍵盤、鍵盤、USBUSB 鼠標(biāo)、優(yōu)盤等作電源使用；但需高功耗的鼠標(biāo)、優(yōu)盤等作電源使用；但需高功耗的USBUSB設(shè)備設(shè)備, ,如如 掃描儀等仍需自帶電源；掃描儀等仍需自帶電源； USBUSB還采用還采用APMAPM（Advanced Advanced Power ManagementPower Management）技術(shù)，可以有效地節(jié)省電源功耗。）技術(shù)，可以有效地節(jié)省電源功耗。

27、5）擴(kuò)充外設(shè)能力強(qiáng)擴(kuò)充外設(shè)能力強(qiáng) USB USB采用星形層式結(jié)構(gòu)和采用星形層式結(jié)構(gòu)和HubHub技術(shù)，允許一個技術(shù)，允許一個 USBUSB主控機(jī)可以主控機(jī)可以連接多達(dá)連接多達(dá)127127個外設(shè)。個外設(shè)。兩個外設(shè)間的兩個外設(shè)間的 距離可達(dá)距離可達(dá)5 5米米，擴(kuò)充方便。，擴(kuò)充方便。 5.4.2 USB5.4.2 USB的物理接口和電氣特性的物理接口和電氣特性 1 1）接口信號線）接口信號線 2 2）電氣特性）電氣特性 D+D+、D-D-線電氣特性：線電氣特性： 無驅(qū)動：無驅(qū)動：高速高速V VD+ D+ 2.7V, 2.7V, V VD- D- 0.8V, 0.8V, 低速反之；低速反之； 有驅(qū)動：

28、有驅(qū)動：高速高速V VD+ D+ 2.0V, 2.0V, V VD- D- 2.0V, 2.0V, 低速反之。低速反之。 收發(fā)器：收發(fā)器：對地電源電壓為對地電源電壓為4.755.25V4.755.25V，設(shè)備吸入的最，設(shè)備吸入的最 大電流值為大電流值為500mA500mA ，D+D+、 D-D-上不加電壓；上不加電壓； USBUSB設(shè)備：設(shè)備：高速在高速在D+D+上加上加3.03.6V3.03.6V電壓電壓, , 低速反之。低速反之。 3 3）USBUSB設(shè)備及其描述器設(shè)備及其描述器 （1 1）USBUSB設(shè)備設(shè)備 USBUSB設(shè)備分成設(shè)備分成HubHub設(shè)備設(shè)備和和功能設(shè)備功能設(shè)備兩種兩種

29、（2 2）管道）管道 管道是從邏輯概念上來描述信息傳輸?shù)耐ǖ拦艿朗菑倪壿嫺拍钌蟻砻枋鲂畔鬏數(shù)耐ǖ?（3 3）端點(diǎn)）端點(diǎn) （4 4）USBUSB描述器描述器 （a a）設(shè)置描述器）設(shè)置描述器 （b b）設(shè)備描述器）設(shè)備描述器 （c c）端點(diǎn)）端點(diǎn) 描述器描述器 （d d）接口描述器）接口描述器 5.4.3 USB5.4.3 USB系統(tǒng)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1 1）USBUSB系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 USBUSB的軟硬件的軟硬件 USB USB主控制器主控制器/ /根集線器根集線器 USBUSB集線器集線器(USB Hub) (USB Hub) USB USB設(shè)備設(shè)備 USB USB設(shè)

30、備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序 USBUSB驅(qū)動程序驅(qū)動程序 USBUSB主控制器驅(qū)動程序主控制器驅(qū)動程序 2 2）USBUSB系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) （1 1）USBUSB主機(jī)主機(jī)USBUSB總線總線USBUSB設(shè)備設(shè)備 物理結(jié)構(gòu)是層迭式星形拓?fù)洌ㄎ锢斫Y(jié)構(gòu)是層迭式星形拓?fù)洌║SB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)） 主機(jī)主機(jī) 設(shè)備設(shè)備 根集線器根集線器 設(shè)備設(shè)備 設(shè)備設(shè)備 設(shè)備設(shè)備 設(shè)備設(shè)備 集線器集線器 集線器集線器 設(shè)備設(shè)備 設(shè)備設(shè)備 設(shè)備設(shè)備 （2 2）USBUSB設(shè)備設(shè)備 USB USB主控制器主控制器/ /根集線器根集線器 USBUSB集線器集線器(USB Hub) (USB Hub) USBUSB設(shè)備設(shè)備 （3

31、）USB的軟件的軟件 USB USB設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序 USBUSB驅(qū)動程序驅(qū)動程序 USBUSB主控制器驅(qū)動程序主控制器驅(qū)動程序 5.4.45.4.4 USBUSB數(shù)據(jù)流類型數(shù)據(jù)流類型 控制信號流、塊數(shù)據(jù)流、中斷數(shù)據(jù)控制信號流、塊數(shù)據(jù)流、中斷數(shù)據(jù) 流、實(shí)時數(shù)據(jù)流。流、實(shí)時數(shù)據(jù)流。 1 1）控制信號流）控制信號流: : 控制信號流的作用是當(dāng)控制信號流的作用是當(dāng)USBUSB設(shè)備一旦加入系統(tǒng)設(shè)備一旦加入系統(tǒng) 時，時，USBUSB系統(tǒng)軟件與設(shè)備之間建立起控制信號流來發(fā)送控制信號，系統(tǒng)軟件與設(shè)備之間建立起控制信號流來發(fā)送控制信號， 這種數(shù)據(jù)不允許出錯或丟失這種數(shù)據(jù)不允許出錯或丟失 2 2） 實(shí)時

32、數(shù)據(jù)流實(shí)時數(shù)據(jù)流: :實(shí)時數(shù)據(jù)流用于傳輸連續(xù)的固定速率的數(shù)據(jù)，實(shí)時數(shù)據(jù)流用于傳輸連續(xù)的固定速率的數(shù)據(jù)， 它所需要的帶寬與所傳輸數(shù)據(jù)的采樣率有關(guān)。因?yàn)閷?shí)時數(shù)據(jù)流它所需要的帶寬與所傳輸數(shù)據(jù)的采樣率有關(guān)。因?yàn)閷?shí)時數(shù)據(jù)流 要求有固定的速率和低延時，在要求有固定的速率和低延時，在USBUSB系統(tǒng)中，專門對此操作進(jìn)行系統(tǒng)中，專門對此操作進(jìn)行 了設(shè)計(jì)，盡量保證有較大的緩沖區(qū)，并確保有低的誤碼率了設(shè)計(jì)，盡量保證有較大的緩沖區(qū)，并確保有低的誤碼率 3 3）塊數(shù)據(jù)流）塊數(shù)據(jù)流: :通常用于發(fā)送大量數(shù)據(jù)通常用于發(fā)送大量數(shù)據(jù) 4 4）中斷數(shù)據(jù)流）中斷數(shù)據(jù)流: :用于傳輸少量隨機(jī)輸入信號。它包括事件通知用于傳輸少量隨機(jī)

33、輸入信號。它包括事件通知 信號、輸入字符或坐標(biāo)等信息信號、輸入字符或坐標(biāo)等信息 5.4.55.4.5 USBUSB的傳輸類型的傳輸類型 與與USB數(shù)據(jù)流類型對應(yīng)數(shù)據(jù)流類型對應(yīng) ：單：單/ /雙向，用于大批數(shù)據(jù)傳輸，要求準(zhǔn)確，出錯重傳。雙向，用于大批數(shù)據(jù)傳輸，要求準(zhǔn)確，出錯重傳。 時間性不強(qiáng)。時間性不強(qiáng)。 ： 雙向，用于配置設(shè)備或特殊用途，發(fā)生錯誤需重雙向，用于配置設(shè)備或特殊用途，發(fā)生錯誤需重 傳。每個設(shè)備必須要用端點(diǎn)傳。每個設(shè)備必須要用端點(diǎn)0 0完成完成USBUSB主機(jī)檢測時和主機(jī)交換信主機(jī)檢測時和主機(jī)交換信 息的控制傳送。息的控制傳送。 ：單向入主機(jī)，用于隨機(jī)少量傳送。采用查詢中斷：單向入主

34、機(jī)，用于隨機(jī)少量傳送。采用查詢中斷 方式，出錯下一查詢周期重新傳。方式，出錯下一查詢周期重新傳。 ：單：單/ /雙向，用于連續(xù)實(shí)時的數(shù)據(jù)傳輸，時間性強(qiáng)，但雙向，用于連續(xù)實(shí)時的數(shù)據(jù)傳輸，時間性強(qiáng)，但 出錯無需重傳。傳輸速率固定。出錯無需重傳。傳輸速率固定。 5.4.6 USB5.4.6 USB交換的包格式交換的包格式 標(biāo)志包標(biāo)志包數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包握手包握手包 一次交換（事務(wù)處理）一次交換（事務(wù)處理） 等時傳輸無握手包等時傳輸無握手包 交換完畢，進(jìn)入交換完畢，進(jìn)入發(fā)送方把發(fā)送方把D+D+和和D-D-上的電壓降低到上的電壓降低到 0.8V0.8V以下，并保持以下，并保持2 2個位的傳輸時間，然后維持個位的傳輸時間，然后維持1 1個位傳輸時間個位傳輸時間 的的J J狀態(tài)表示包結(jié)束，之后進(jìn)入閑置狀態(tài)。狀態(tài)表示包結(jié)束，之后進(jìn)入閑置狀態(tài)。 ，對中斷傳輸，亦由主機(jī)發(fā)送查詢包取，對中斷傳輸，亦由主機(jī)發(fā)送查詢包取 得中斷信息。得中斷信息。 幀結(jié)束幀結(jié)束 間隔區(qū)間隔區(qū) 包的一般格式包的一般格式 SYNCSYNCPIDPID 包特定信息包特定信息 CRCCRC 8 8位位 8 8位位n n位位5 5位或位或1616位位 同步序列同步序列 包標(biāo)識別，發(fā)送從低位