測控技術(shù)與儀器專業(yè)必修課*智能儀器設(shè)計11信道容量（波特率）

信道在單位時間內(nèi)可傳輸?shù)拇a元數(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率（比特率）

位傳輸速率，每秒鐘傳送的二進制數(shù)位比特率與波特率的換算關(guān)系bit(bps比特率)＝Baud(Bps波特率)×log2M誤碼率編碼效率與信道相關(guān)的幾個概念內(nèi)容回顧2差錯控制技術(shù)奇/偶校驗碼方塊校驗碼正反碼校驗循環(huán)冗余校驗碼檢錯碼4內(nèi)容回顧常用檢錯碼概念、計算奇偶校驗、CRC校驗4、循環(huán)校驗碼最常用的差錯校驗碼CRC生成的基本原理(1)任意一個由二進制位串組成的代碼都可以和一個系數(shù)僅

為‘0’和‘1’取值的多項式P一一對應(yīng)。例：1011001對應(yīng)P=X6+X4+X3+1(2)選定生成多項式G，例：G=X4+X3+1（11001），則校

驗位R=4(3)將信息碼左移R位，相當于對應(yīng)的信息多項式P(X)*2R；(4)用生成多項式對應(yīng)的二進制數(shù)對左移R位后的原始報文進

行模2除（高位對齊），相當于按位異或，余數(shù)為校驗碼內(nèi)容回顧24測量儀器中的常用通信接口通信接口技術(shù)思考？常用儀器通信接口都有哪些*？同軸電纜RS232/485USBCANLANGPIBLXI/PXI/VXI

WiFi/ZigBee/

藍牙/紅外適用范圍？5(1)單工方式：僅允許數(shù)據(jù)單方向傳送；(2)半雙工方式：發(fā)送和接收數(shù)據(jù)分時使用同一條傳輸線路，即在某一時刻只能進行一個方向的數(shù)據(jù)傳送；(3)全雙工方式：采用兩根傳送線連接兩端設(shè)備，可同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。6.2串行總線數(shù)據(jù)通訊通信接口技術(shù)66.2.1RS-232總線標準及應(yīng)用引腳號信號名稱方

向信

號

功

能1DCDPC機←儀器PC機收到遠程信號（載波檢測）2RXDPC機←儀器PC機接收數(shù)據(jù)3TXDPC機→儀器PC機發(fā)送數(shù)據(jù)4DTRPC機→儀器PC機準備就緒5GND信號地6DSRPC機←儀器儀器準備就緒7RTSPC機→儀器PC機請求發(fā)送數(shù)據(jù)8CTSPC機←儀器儀器已切換到接收狀態(tài)（清除發(fā)送）9RIPC機←儀器通知PC機，線路正常（振鈴指示）通信接口技術(shù)7電平轉(zhuǎn)換芯片介紹

RS-232：使用負邏輯(1)驅(qū)動器的輸出電平邏輯0：+5V～+15V；邏輯1：-5V～-15V(2)接收器的輸入檢測電平邏輯0：＞+3V；邏輯1：＜-3VTXDRXDRXDTXDT1INR1OUTT1OUTR1INR2INT2OUTR2OUTT2IN80318031MAX232AMAX232A通信接口技術(shù)TTL電平

232電平8帶RS—232C接口的通信設(shè)備連接全雙工標準系統(tǒng)連接RS—232C接口總線的常用信號線全雙工最簡系統(tǒng)連接通信接口技術(shù)910RS-232C使用很廣泛，但它存在著一些不足，主要有：（1）數(shù)據(jù)傳輸速率低，一般低于200kb/s；（2）傳輸距離短，一般局限于15m。即使采用較好的器件及優(yōu)質(zhì)同軸電纜，最大傳輸距離也不能超過60m；（3）有25芯D型插針和9芯D型插針等多種連接方式，不利于標準化設(shè)計；（4）信號傳輸電路為單端電路，共模抑制性能較差，抗干擾能力弱。通信接口技術(shù)11直升機基準槳葉揮舞參數(shù)測量系統(tǒng)及標定裝置（軟件*）通信接口技術(shù)12臺達DOP-B10觸摸屏通信接口技術(shù)13傳感器狀態(tài)自確認測試裝置通信接口技術(shù)RS-422A的傳輸率最大為10Mb/s，在此速率下，電纜允許長度為120m。如果采用較低傳輸速率，如90kb/s，最大距離可達1200m；RS-485是RS-422A的變形。RS-422A為全雙工，可同時發(fā)送和接收；RS-485為半雙工，在某一時刻，一個發(fā)送另一個接收；RS-485的節(jié)點數(shù)依接收器輸入阻抗而定，標準接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應(yīng)的驅(qū)動節(jié)點數(shù)最大為32個，各節(jié)點地址號不同，可通過增加輸入阻抗增大節(jié)點數(shù)。6.2.2RS-422/485總線標準及應(yīng)用通信接口技術(shù)14

接口性能RS-232CRS-422ARS-485操作方式單端差分方式差分方式最大距離/m15(24kb/s)1200(100kb/s)1200(100kb/s)最大速率200kb/s10Mb/s10Mb/s最大驅(qū)動器數(shù)目1132最大接收器數(shù)目11032接收靈敏度±3V±200mV±200mV驅(qū)動器輸出阻抗300Ω60kΩ120kΩ接收器負載阻抗3～7kΩ>4kΩ>12kΩ負載阻抗3～7kΩ100Ω60Ω對共用點電壓范圍/V±25-0.25～+6-7～12通信接口技術(shù)1516

(c)RS-485輸出特點：RS-485電平，差分雙絞信號線傳輸，最遠距離1200m，半雙工通信，最大傳輸速率10Mb/s，最多并聯(lián)32臺設(shè)備。通信接口技術(shù)17通信接口技術(shù)在差分平衡系統(tǒng)中，一般選擇雙絞線作為信號傳輸線。雙絞線價格低廉,使用方便,兩條線基本對稱,外界干擾噪聲主要以共模方式出現(xiàn),對接收器的差動輸入影響不大。信號在傳輸線上傳送時，如果遇到阻抗不連續(xù)的情況,會出現(xiàn)反射現(xiàn)象。傳送的數(shù)字信號包含豐富的諧波分量，如果傳輸線阻抗不匹配,高次諧波可能通過傳輸線向外輻射形成電磁干擾（EMT）。

雙絞線的特性阻抗一般在110～130Ω之間,通常在傳輸線末端接一個120Ω的電阻進行阻抗匹配。18三相互感式電能質(zhì)量檢測儀（說明書和照片**）通信接口技術(shù)6.3并行數(shù)據(jù)通信6.3.1Centronics標準并行接口通信接口技術(shù)36芯插頭座176.3.2GPIB(IEEE—488)總線通信接口技術(shù)24線連接器的引腳信號（1）可以用一條總線互相連接若干臺裝置，組成一個自動測試系統(tǒng)；（2）系統(tǒng)中裝置的數(shù)目最多不超過15臺，互連總線的長度不超過20m。（2）數(shù)據(jù)傳輸采用并行比特（位）、串行字節(jié)（位組）雙向異步傳輸方式，其最大傳輸速率1Mb/s。18USB特點：統(tǒng)一了各種接口設(shè)備的連接頭；即插即用plug-and-play；最多可連接127個設(shè)備；采用兩種不同的速度：12Mbps(全速)和1.5Mbps(慢速)，USB2.0的傳輸速度最高可達到480Mbit/s，而USB3.0可達到4.8Gbps。6.4USB通用串行總線及應(yīng)用通信接口技術(shù)20USB發(fā)展歷程USB版本速率稱號最大傳輸速率發(fā)布年份速度實測USB1.0Low-Bandwidth1.5Mbps1996.1USB1.1Full-Bandwidth12Mbps1998.9USB2.0High-Speed

480Mbps2000.460MB/S20-30MUSB3.0SuperSpeed4.8Gbps2008.8625MB/S300-400M通信接口技術(shù)21VBUSD—GNDD+VBUSD+D—GND6.4.1USB基本特性USB2.0采用四線電纜，其中兩根是用來傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根為下游設(shè)備提供電源。通信接口技術(shù)22USB信號狀態(tài)和串行編碼主機或hub接口D+D-高速設(shè)備D+D-15K15K1.5K主機或hub接口D+D-低速設(shè)備D+D-15K15K1.5K3.3V3.3V通信接口技術(shù)23USB系統(tǒng)分為USB主機（HOSTUSB）、USB設(shè)備（SLAVEUSB）和USB集線器（USBHUB）三部分。USB系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖通信接口技術(shù)24USB設(shè)備USB設(shè)備有集線器和功能部件兩類。USB集線器示意圖通信接口技術(shù)25USB數(shù)據(jù)包格式USB數(shù)據(jù)傳輸類型控制傳輸批量傳輸中斷傳輸?shù)葧r傳輸通信接口技術(shù)26傳輸類型控制批量中斷等時一般用途配置打印機、掃描儀鼠標、鍵盤音頻必須是否否否用于低速設(shè)備是否是否數(shù)據(jù)流方向雙向單向單向單向這類傳輸所須的保留帶寬（最大值百分比）10無錯誤校正是是是否保證傳輸速率否否否是USB的4種傳輸類型的特征和用法通信接口技術(shù)27在USB線路上傳輸?shù)淖钚?shù)據(jù)塊是包。一個包由同步信號（SYNC），包ID（PID），有時還有一些數(shù)據(jù)和一些CRC校驗字節(jié)組成。USB總線上的每一次交換一般需要3個包：標志包，數(shù)據(jù)包，應(yīng)答包?；赽it的包同步串行傳輸OUTADDRENDPCRC5TokenPacketDATA1PayloadDataCRC16DataPacketACKOUTADDRENDPCRC5TokenPacketDATA0PayloadDataCRC16DataPacketACKH/SPktH/SPktPIDSYNCADDRENDPCRC8位8位7位4位5位標志（令牌）包格式通信接口技術(shù)28USB通信數(shù)據(jù)流通信接口技術(shù)29容錯功能在可靠性傳輸方面：多種數(shù)據(jù)傳輸機制，如使用差分驅(qū)動、接收和防護，以保證信號的完整性在錯誤檢測方面：協(xié)議中對每個包的控制位都提供了循環(huán)冗余碼，并提供了一系列的硬件和軟件設(shè)施來保證數(shù)據(jù)的正確性。在錯誤處理方面：匯報錯誤和重新進行一次傳輸，傳輸中若再次遇到錯誤，由USB的主機控制器按照協(xié)議重新進行傳輸，最多可進行三次。若錯誤依然存在，則對客戶端軟件報告錯誤，使之按特定方式處理。通信接口技術(shù)30USB接口器件及應(yīng)用USB專用接口芯片PDIUSBD12的主要特點：可與微處理實現(xiàn)高速并行接口，2M字節(jié)/秒。完全自治的直接內(nèi)存存取DMA操作。集成320字節(jié)多結(jié)構(gòu)FIFO存儲器。在掛起時可控制LazyClock輸出?？赏ㄟ^軟件控制與USB的連接。采用GoodLink技術(shù)的連接指示器,在通訊時使LED閃爍?？删幊痰臅r鐘頻率輸出。符合ACPIOnNOW和USB電源管理的要求。內(nèi)部上電復(fù)位和低電壓復(fù)位電路。高于8kV的在片靜電防護電路減少了額外元件的費用。多中斷模式實現(xiàn)批量和同步傳輸。通信接口技術(shù)31PDIUSBD12的引腳功能（1）DATA0~7：雙向數(shù)據(jù)位。（2）ALE：地址鎖存使能。下降沿關(guān)閉地址信息鎖存。（3）CS-N：片選。低電平有效。（4）SUSPEND：器件處于掛起狀態(tài)。（5）CLKOUT：可編程時鐘輸出。（6）INT-N：中斷。低電平有效。（7）RD-N：讀選通。低電平有效。（8）WR-N：寫選通。低電平有效。（9）DMREQ：DMA請求。（10）DMACK：DMA應(yīng)答。低電平有效。通信接口技術(shù)32（11）EOT-N：DMA傳輸結(jié)束。低電平有效。EOT-ND僅當DMACK-N和RD-N或WR-N一起激活時才有效。（12）RESET-N：復(fù)位。低電平有效且不同步。片內(nèi)上電復(fù)位電路，該管腳可固定接VCC。（13）GL-N：GoodLinkLED指示器。低有效。（14）XTAL1，XTAL2：晶振連接端。如果采用外部時鐘信號取代晶振，可連接XTAL1，XTAL2應(yīng)當懸空。（15）D+，D-：USBD+和D-數(shù)據(jù)線。（16）VOUT3.3：3.3V調(diào)整輸出。要使器件工作在3.3V，對VCC和VOUT3.3腳都提供3.3V。（17）A0：地址位。A0=0，選擇命令指令；A0=1，選擇數(shù)據(jù)。該位在多路地址/數(shù)據(jù)總線配置時可忽略，應(yīng)將其接高電平。通信接口技術(shù)33PDIUSBD12與微控制器的接口通信接口技術(shù)3436基于物聯(lián)網(wǎng)的城市大氣污染氣體測量裝置遠程中央監(jiān)控平臺便攜式氣體檢測儀通信接口技術(shù)37通信接口技術(shù)雷電接口Type-C接口提供雙向10Gbps傳輸帶寬還可提供12W的供電最新的雷電3達到了100W的供電和40Gbps傳輸寬帶6.5.1以太網(wǎng)接口技術(shù)通信接口技術(shù)6.5其他通信接口技術(shù)3637LXI（局域網(wǎng)技術(shù)在儀器領(lǐng)域的擴展)LXI以LAN為基礎(chǔ)，作為以太網(wǎng)技術(shù)在測試自動化領(lǐng)域的應(yīng)用擴展中，逐漸新一代測量儀器接口標準通信接口技術(shù)38通信接口技術(shù)386.5.2現(xiàn)場總線技術(shù)CAN總線通信接口技術(shù)3940CAN總線的優(yōu)勢及應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸速度高：1Mbit/s；傳輸距離較遠，最遠可達10km，每幀數(shù)據(jù)都有CRC校驗及其他檢錯措施，適于在高干擾環(huán)境下使用；具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN控制器掛到CAN-Bus上，形成多主機局部網(wǎng)絡(luò)；采用非破壞性仲裁技術(shù)，有效避免了總線沖突；發(fā)送的信息遭到破壞后可自動重發(fā)；節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(guān)閉總線功能，使總線上其他操作不受影響；可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文。通信接口技術(shù)41常見的CAN總線器件通信接口技術(shù)4246通信接口技術(shù)實例——動態(tài)無線供電技術(shù)*用于電動汽車、有軌電車無線供電通信接口技術(shù)通信接口技術(shù)宇通車CAN總線通訊協(xié)議J1939的CAN2.0B總線通訊波特率：250kb/sCAN網(wǎng)絡(luò)報文結(jié)構(gòu)圖4448配電監(jiān)控功能展示界面輸出參數(shù)顯示及調(diào)控展示界面(TCPIP*)系統(tǒng)監(jiān)控與室外100米展示系統(tǒng)通信接口技術(shù)電動汽車動態(tài)無線充電系統(tǒng)1553B總線通信接口技術(shù)46MIL-STD-1553全稱為“飛機內(nèi)部時分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線”，是美國在上世紀七十年代推行的一種串行多路數(shù)據(jù)總線標準，簡稱為1553B，標準頻率為1MHz，半雙工?？偩€包括三部分：1）總線控制器(BC)：對總線上的信息傳輸進行管理和控制；2）遠程終端(RT)：對BC指令響應(yīng)，并執(zhí)行響應(yīng)的消息傳輸；3）總線監(jiān)視器(BM)：主要用于監(jiān)測總線狀態(tài)。1553B總線通信接口技術(shù)461553B總線的硬件結(jié)構(gòu)是一個包含總線A和總線B在內(nèi)的雙冗余的結(jié)構(gòu)。1553B總線電纜均使用屏蔽雙絞線，主線與各子線設(shè)備之間可采用變壓器耦合或直接耦合的方式?？偩€上最多可接32個總線設(shè)備，其上有且只有一個總線控制器BC。DDC公司BU-615801553B芯片1553B總線通信接口技術(shù)46通信協(xié)議：1553B以消息為單位傳輸數(shù)據(jù)。消息由三種類型的字組成，分為命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字。每個字為20位，采用曼徹斯特II型碼編碼方式，由3位同步頭、16位數(shù)據(jù)有效位和1位奇偶校驗位。如圖所示。通信接口技術(shù)46現(xiàn)有測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖通信接口技術(shù)46無線通訊裝置測試系統(tǒng)6.5.3無線通信接口技術(shù)藍牙技術(shù)（Bluetooth）

Wi-Fi(WirelessFidelity)紅外線技術(shù)（IrDA）Zigbee技術(shù)近場通信技術(shù)(NFC,NearFieldCommunication,近距離傳輸)超寬帶技術(shù)（UWB,Ultrawideband）4GNB-IOTLoRa通信接口技術(shù)46幾種無線網(wǎng)絡(luò)比較通信接口技術(shù)

Zigbee

Wi-Fi藍牙

NFC紅外

UWB超寬帶UHFGPRS最大傳輸速度

10~250Kbps

54Mbps

1Mbps

424Kbps16Mbps

480Mbps128kbps115kbps

最大通信距離10m~75m

100m

10m

20cm定向1m

10m室外1km信號覆蓋

頻段

2.4GHz

2.4GHz

2.4GHz

13.56MHz紅外光高頻脈沖GHz240~930MHzGSM900/1800/1900MHz功耗較低高較高極低低低較低較高

芯片組價格4美元25美元

5美元4美元1美元

20美元4美元10美元安全性

中等

低

高

極高低

高低高474G通信接口技術(shù)47EC20MiniPCIeUSR-LTE-7S4站臺端防設(shè)備總體方案框圖LoRa