1、6.4 串行數(shù)據(jù)通信技術(shù) 6.5 并行數(shù)據(jù)通信技術(shù) 6.6 USB總線技術(shù) 思考題與習(xí)題 ,6.4 串行數(shù)據(jù)通信技術(shù),6.4.1 串行通信的基本概念 串行通信是將數(shù)據(jù)一位一位地傳送。 它只需要一根數(shù)據(jù)線,硬件成本低,而且可以使用現(xiàn)有的通信通道（如電話、 電報等）,故在智能化測控儀器儀表中,通常采用串行通信方式來實現(xiàn)與其他儀器或計算機系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳送。 下面回顧串行通信的一些基本概念。,1. 數(shù)據(jù)率波特率（Baud Rate） 所謂波特率,是指每秒串行發(fā)送或接收的二進制位（bit）數(shù)目,其單位為b/s（每秒比特數(shù)）。它是衡量數(shù)據(jù)傳輸速度的指標,也是衡量傳送通道頻帶寬度的指標。 2. 單工、半雙

2、工與全雙工 按照智能設(shè)備發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的方向,以及能否同時進行數(shù)據(jù)傳輸,可將數(shù)據(jù)傳輸分為單工、半雙工與全雙工三種。 ,單工、半雙工和全雙工示意圖 (a) 單工； (b) 半雙工； (c) 全雙工,（1） 單工（Simplex）方式：相互通信的任何一方僅允許數(shù)據(jù)單方向傳送。 （2） 半雙工（HalfDuplex）方式：通信的雙方既可以發(fā)送又可以接收數(shù)據(jù),但是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)只能分時使用同一傳輸線路,即在某一時刻只允許進行一個方向的數(shù)據(jù)傳送。 （3） 全雙工（FullDuplex）方式：通信的雙方采用兩根傳輸線連接兩端設(shè)備,可同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 ,3. 串行傳送（通信）方式及規(guī)程 在串行傳送

3、中,沒有專門的信號線可用來指示接收、 發(fā)送的時刻并辨別字符的起始和結(jié)束,為了使接收方能夠正確地解釋接收到的信號,收發(fā)雙方需要制定并嚴格遵守通信規(guī)程（協(xié)議）。串行傳送有異步和同步兩種基本方式,通信規(guī)程如下。 1） 異步傳送規(guī)程 異步傳送是以字符為單位傳送的。異步傳送的每個字符必須由起始位（1位“0”）開始,之后是7位或8位數(shù)據(jù)和一位奇偶校驗位。 數(shù)據(jù)的低位在先,高位在后,字符以停止位（1位、1位半或2位邏輯“1”）表示字符的結(jié)束,從起始位開始到停止位結(jié)束組成一幀信息。,因此,異步串行傳送的一幀字符信息由四部分組成： 起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位。停止位后面可能不會立刻緊接下一字符的起始位,

4、這時停止位后面一直維持“1”狀態(tài),這些位稱為“空閑位”。 ,異步傳送的標準波特率有很多種,目前常用的是300、 600、1200、2400、4800、9600和19 200 b/s。異步傳送對每個字符都附加了同步信息,降低了對時鐘的要求,硬件較為簡單，但冗余信息（起始位、停止位和奇偶校驗位）所占比例較大,數(shù)據(jù)的傳輸速度一般低于同步傳送方式。 2） 同步傳送規(guī)程 在同步傳送過程中,必須規(guī)定數(shù)據(jù)的長度（每個字符有效數(shù)據(jù)為幾位）,并以數(shù)據(jù)塊形式傳送,用同步字符指示數(shù)據(jù)塊的開始。 同步字符可用單字符、雙字符或多字符。數(shù)據(jù)塊之后為CRC（Cyclic Redundancy Check,循環(huán)冗余校驗碼）字

5、符,用于檢驗同步傳送的數(shù)據(jù)是否出錯。,同步傳送的數(shù)據(jù)格式,由于同步傳送中的冗余信息（同步字符、 CRC字符）所占比例小,因此數(shù)據(jù)的傳輸速度一般高于異步傳送方式。由于要求發(fā)送方與接收方的時鐘精確同步,因此同步傳送方式的硬件較為復(fù)雜。時鐘信息可以通過一根獨立的信號線進行傳送,也可以通過將信息中的時鐘代碼化來實現(xiàn)（如采用曼徹斯特編碼）。 4. 基帶傳輸 對數(shù)字信號不加調(diào)制,以其基本形式進行的傳輸稱之為“基帶傳輸”?；鶐鬏斨袛?shù)字信息的形式是與其通信速率有關(guān)的開關(guān)信號,覆蓋相當寬廣的頻譜。受傳輸介質(zhì)（電纜）分布參數(shù)和外界噪聲等的影響,信號將會產(chǎn)生一定程度的畸變。,為了在接收端能正確地還原數(shù)據(jù)信息,必須

6、將信號在傳輸過程中的畸變限制在一定的范圍內(nèi)。 由于分布參數(shù)和外界噪聲的影響與傳輸距離成正比,因而導(dǎo)致了對傳輸速率和傳輸距離的限制。 5. 調(diào)制/解調(diào)與調(diào)制解調(diào)器 “儀器內(nèi)部總線”、“片間總線”和“底板總線”采用基帶傳輸一般沒有什么問題,對于“儀器外部總線”上進行的遠距離數(shù)據(jù)傳輸,基帶傳輸不能保證其可靠性,必須對基帶信號加以調(diào)制再進行傳輸。調(diào)制的本質(zhì)是將頻帶寬度無限的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為頻帶寬度有限的調(diào)制信號（模擬信號或射頻信號）,從而增加其可靠傳輸?shù)木嚯x。,在接收端通過解調(diào)再將調(diào)制信號恢復(fù)為原來的數(shù)字信號,這一過程被稱為調(diào)制解調(diào)（Modulation and Demodulation）。承擔調(diào)制/解

7、調(diào)任務(wù)的設(shè)備稱之為調(diào)制解調(diào)器（Modem）。 ,通過Modem的串行通信示意圖,6.4.2 RS- 232C標準串行接口總線 RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industries Association）公布的串行通信標準,RS是英文“推薦標準”的字頭縮寫,232是標識號,C表示該標準修改的次數(shù)（3次）。最初發(fā)展RS-232C標準是為了促進數(shù)據(jù)通信在公用電話網(wǎng)上的應(yīng)用,通常要采用調(diào)制解調(diào)器（Modem）進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸。20世紀60年代中期,將此標準引入到計算機領(lǐng)域,目前廣泛用于計算機與外圍設(shè)備的串行異步通信接口中,除了真正的遠程通信外,不再通過電話網(wǎng)和調(diào)制解調(diào)

8、器。 ,1. 總線描述 RS-232C標準定義了數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）與數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）之間進行串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌谛畔?規(guī)定了接口的電氣信號和接插件的機械要求。RS-232C對信號開關(guān)電平規(guī)定如下： 驅(qū)動器的輸出電平為 邏輯“0”： +5+15 V； 邏輯“1”： -5-15 V。 接收器的輸入檢測電平為 邏輯“0”： +3 V； 邏輯“1”： -3 V。 RS-232C采用負邏輯,噪聲容限可達2 V。 ,RS-232C接口定義了20條可以同外界連接的信號線,并對它們的功能做了具體規(guī)定。這些信號線并不是在所有的通信過程中都要用到,可以根據(jù)通信聯(lián)絡(luò)的繁雜程度選用其中的某些信號線。,RS-

9、232C標準串行接口總線的常用信號線,帶RS- 232C接口的通信設(shè)備連接,1) 數(shù)據(jù)信號線 “發(fā)送數(shù)據(jù)”（TxD）與“接收數(shù)據(jù)”（RxD）是一對數(shù)據(jù)傳輸信號線。 TxD用于發(fā)送數(shù)據(jù)，當無數(shù)據(jù)發(fā)送時,TxD線上的信號為“1”； RxD用于接收數(shù)據(jù),當無數(shù)據(jù)接收時或接收數(shù)據(jù)間隔期間,RxD線上的信號也為“1”。 2) 控制信號線 “請求發(fā)送”（RTS）與“為發(fā)送清零”（CTS）信號線用于半雙工通信方式。 半雙工方式下發(fā)送和接收只能分時進行,當DTE有數(shù)據(jù)待發(fā)送時,先發(fā)“請求發(fā)送”信號通知調(diào)制解調(diào)器。此時,若調(diào)制解調(diào)器處于發(fā)送方式,回送“為發(fā)送清零”信號,發(fā)送即開始；,若調(diào)制解調(diào)器處于接收方式,則

10、必須等到接收完畢轉(zhuǎn)為發(fā)送方式時,才向DTE回送“為發(fā)送清零”信號。在全雙工方式下,發(fā)送和接收能同時進行,不使用這兩條控制信號線。 “DCE就緒”（DSR）與“DTE就緒”（DTR）信號線分別表示DCE和DTE是否處于可供使用的狀態(tài)。 “保護地”信號線一般連接設(shè)備的屏蔽地。 2. RS- 232C接口的常用系統(tǒng)連接 計算機與智能設(shè)備通過RS-232C標準總線直接互連傳輸數(shù)據(jù)是很有實用價值的,一般使用者需要熟悉互連接線的方法。 ,全雙工標準系統(tǒng)連接?！鞍l(fā)送數(shù)據(jù)”(TxD)線交叉連接,總線兩端的每個設(shè)備均既可發(fā)送,又可接收。 “請求發(fā)送”（RTS）線折回與自身的“為發(fā)送清零”（CTS）線相連，表明無

11、論何時都可以發(fā)送。 “DCE就緒”（DSR）線與對方的“DTE就緒”（DTR）線交叉互連,作為總線一端的設(shè)備檢測另一端的設(shè)備是否就緒的握手信號。 “載波檢測”（DCD）與對方的“請求發(fā)送”（RTS）相連,使一端的設(shè)備能夠檢測對方設(shè)備是否在發(fā)送。這兩條連線較少使用。,全雙工標準系統(tǒng)連接,如果由RS-232C連接兩端的設(shè)備隨時都可以進行全雙工數(shù)據(jù)交換,那么就不需要進行握手聯(lián)絡(luò)了。 全雙工標準系統(tǒng)連接就可以簡化連接。 RS-232C發(fā)送器電容負載的最大驅(qū)動能力為2500 pF,這就限制了信號線的最大長度。,全雙工最簡系統(tǒng)連接,例如,如果采用每米分布電容約為150pF的雙絞線通信電纜,則最大傳輸距離限

12、制在15m。如果使用分布電容較小的同軸電纜,則傳輸距離可以再增加一些。對于長距離傳輸或無線傳輸,則需要用調(diào)制解調(diào)器通過電話線或無線收發(fā)設(shè)備連接。,調(diào)制解調(diào)器通信系統(tǒng)連接圖,3.電平轉(zhuǎn)換 在計算機及智能儀器內(nèi),通用的信號是正邏輯的TTL電平。而RS-232C的邏輯電平為負邏輯的12V信號,與TTL電平不兼容,必須進行電平轉(zhuǎn)換。用于電平轉(zhuǎn)換的集成電路芯片種類很多,RS-232C總線輸出驅(qū)動器有MC1488、SN75188、SN75150等,總線接收器有MC1489、SN75199、SN75152等。,RS-232C與TTL電平轉(zhuǎn)換器 (a)MC1488；(b)MC1489,為了把+5V的TTL電平

13、轉(zhuǎn)換為-2+12V的RS-232C電平,輸出驅(qū)動器需要12V電源。近年問世的一些RS-232C接口芯片采用單一的+5V電源,其內(nèi)部已經(jīng)集成了DC/DC電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng),而且輸出驅(qū)動器與接收器制作在同一芯片中,使用更為方便。例如MAX232,ICL232等。,4.計算機接口 計算機中的數(shù)據(jù)是并行的,為了實現(xiàn)異步串行傳輸,發(fā)送時必須進行并-串轉(zhuǎn)換,而且要把數(shù)據(jù)字符組織成相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式；接收時必須先把有用的字符提取出來,再進行串-并轉(zhuǎn)換。此外,還要檢驗傳送是否正確。這些工作一般采用專用集成電路芯片UART（通用異步接收器/發(fā)送器）來完成。UART作為計算機的串行通信接口電路芯片,在相應(yīng)的控制軟件配合下,

14、實現(xiàn)異步串行數(shù)據(jù)傳輸。UART芯片種類很多,常用的有Intel8251、Intel8250、ZilogZ80-SIO、MotorolaMC6850等。許多單片計算機也有UART,詳細內(nèi)容可參閱有關(guān)的書籍和產(chǎn)品手冊。,6.4.3 RS-422A與RS-423A標準串行接口總線 雖然RS-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20kb/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

15、差,抗干擾能力弱。,針對以上不足,EIA于1977年制定了新標準（RS-449）,目的在于支持較高的傳輸速率和較遠的傳輸距離。RS-449標準定義了RS-232C所沒有的10種電路功能,規(guī)定了37腳的連接器標準。RS-422A和RS-423A實際上只是RS-449標準的子集。 RS-423A與RS-232C兼容,單端輸出驅(qū)動,雙端差分接收。正信號邏輯電平為+200mV+6V,負信號邏輯電平為-2000mV-6V。差分接收提高了總線的抗干擾能力,從而在傳輸速率和傳輸距離上都優(yōu)于RS-232C。 ,RS-422A與RS-232C不兼容,雙端平衡輸出驅(qū)動,雙端差分接收,從而使其抑制共模干擾的能力更強

16、,傳輸速率和傳輸距離比RS-423A更進一步。RS-423A與RS-422A帶負載能力較強,一個發(fā)送器可以帶動10個接收器同時接收。,RS-423A和RS-422A的電路連接 (a)RS-423A電路連接；(b)RS-422A電路連接,6.4.4 RS-485標準串行接口總線 RS-485標準串行接口總線實際上是RS-422A的變型,它是為了適應(yīng)用最少的信號線實現(xiàn)多站互連,構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)的需要而產(chǎn)生的。它與RS-422A的不同之處在于： 兩個設(shè)備相連時,RS-422A為全雙工,RS-485為半雙工； 對于RS-422A,數(shù)據(jù)信號線上只能連接一個發(fā)送驅(qū)動器,而RS-485卻可以連接多個,但在某一

17、時刻只能有一個發(fā)送驅(qū)動器發(fā)送數(shù)據(jù)。因此,RS-485的發(fā)送電路必須由使能端E加以控制。,RS-485用于多個設(shè)備互連,構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)十分方便,而且,它可以高速遠距離傳送數(shù)據(jù)。因此,許多智能儀器都配有RS-485總線接口,為網(wǎng)絡(luò)互連,構(gòu)成分布式測控系統(tǒng)提供了方便。通過RS-485總線進行多站互連的原理如圖3-11所示。在同一對信號線上,RS-485總線可以連接多達32個發(fā)送器和32個接收器。最近幾年問世的一些RS-485接口芯片,可以連接更多的發(fā)送器和接收器（128或256個）。,RS-485總線多站互連原理圖,傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系,應(yīng)當指出,對于RS-423A、RS-422A與RS-485

18、總線,表中列出的最大傳輸距離和最大傳輸速率并不能同時達到。傳輸距離長時,傳輸速率就低一些；傳輸距離短時,傳輸速率就可以高一些。RS-422A與RS-485在最高傳輸速率10Mb/s情況下,傳輸距離僅為10m。只有在傳輸速率不超過100kb/s的條件下,傳輸距離才可以達到1200m。當傳輸速率在100kb/s10Mb/s范圍內(nèi)時,傳輸距離受限于傳輸線的歐姆阻抗、集膚效應(yīng)等損耗而導(dǎo)致信號畸變。由于損耗與頻率有關(guān),因此傳輸速率與傳輸距離約為反比關(guān)系,可用下面的經(jīng)驗公式進行計算： 速率（b/s）距離（m）100M,RS-423A、RS-422A與RS-485的各項性能對比,1.傳輸線的選擇和阻抗匹配

19、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110130之間,通常在傳輸線末端接一個120的電阻進行阻抗匹配。有些型號的RS-485發(fā)送器芯片有意降低信號變化沿斜率（簡稱限斜率）,從而使高次諧波分量大大減少,并可減少傳輸線阻抗匹配不完善而帶來的不利影響。例如MAX483、MAX488、SN75LB

20、C184等芯片都具有這種功能。,2.隔離 RS-485總線在多站互連時,相距較遠的不同站之間的地電位差可能很大,各站若直接連網(wǎng),則很有可能導(dǎo)致接口芯片,尤其是接收器接口芯片的損壞。解決這一問題簡單有效的方法是將各站的串行通信接口電路與其他站進行電氣隔離。 電路可以用分立的高速光耦器件、帶隔離的DC/DC電源變換器與RS-485收發(fā)器組合而成,也可以采用專門的帶隔離收發(fā)器的芯片。MAXIM公司生產(chǎn)的MAX1480B是具有光隔離的RS-485接口芯片,片內(nèi)包括收發(fā)器、光電耦合器和隔離電源,由單一的+5V電源供電,使用十分方便。,光電隔離的RS-485總線,3.抗靜電放電沖擊 RS-485接收器差分

21、輸入端對地的共模電壓范圍為-7+12V,超過此范圍時器件可能損壞。接口芯片在安裝和使用過程中,可能受到靜電放電沖擊,例如人體接觸芯片引腳引起的靜電放電,其電壓可以高達35kV。靜電放電會影響電路的正常工作或?qū)е缕骷p壞,解決的辦法是選用帶靜電放電保護的RS-485接口器件,例如MAX1487E、MAX483E-491E、SN75LBC184等。這些器件對抗其他類型的高共模電壓干擾（如雷電干擾）也很有效。解決這一問題的另一個辦法是在傳輸信號線上加箝位電路。,4.傳輸線的鋪設(shè)及屏蔽 在系統(tǒng)安裝時,應(yīng)盡量做到傳輸線單獨鋪設(shè),不與交流動力線一起鋪設(shè)在同一條電纜溝中。強信號線與弱信號線避免平行走向,盡量

22、使兩者正交。如果這些要求很難實現(xiàn),也要盡量使信號線離干擾線遠一些,一般認為兩者的距離應(yīng)為干擾導(dǎo)線內(nèi)徑的40倍以上。如果采用帶有屏蔽層的雙絞線,將屏蔽層良好地接地,也會有很好的效果。,6.5 并行數(shù)據(jù)通信技術(shù),6.5.1 Centronics標準并行接口 微型計算機配備的并行接口遵從Centronics標準,這是一個得到工業(yè)界普通支持的標準,多用于計算機與打印機的并行連接,在智能儀器和其他智能設(shè)備（如仿真開發(fā)裝置）與微型計算機的連接中也被采用。這個標準開始規(guī)定了一個36芯插頭座,并對每個引腳的信號做了明確的規(guī)定 ,其中有8條數(shù)據(jù)線、3條聯(lián)絡(luò)線和一些特殊的控制線。后來將這個標準簡化為25芯插頭座。

23、,Centronics標準并行接口引腳信號,6.5.2 GP-IB（IEEE488）總線 自動測試系統(tǒng)中典型的并行總線是GP-IB（IEEE488）總線,GP-IB（General Purpose Interface Bus,通用接口總線）是國際通用的儀器接口標準。 GP-IB總線可將多臺配置有GP-IB接口的獨立儀器連接起來,在具有GP-IB接口的計算機和GP-IB協(xié)議的控制下形成協(xié)調(diào)運行的有機整體。由于數(shù)據(jù)傳輸距離較近,并行數(shù)據(jù)電纜的導(dǎo)線數(shù)目較多,因此可以體現(xiàn)并行通信高速傳輸?shù)膬?yōu)勢。,在自動測試系統(tǒng)中,配置有GP-IB接口的智能儀器（一般稱之為GP-IB儀器）之間的通信是通過接口系統(tǒng)發(fā)送“

24、儀器消息”和“接口消息”來實現(xiàn)的。 儀器消息即通常概念中的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)消息,主要包含該儀器的特定信息（如編程指令、測量結(jié)果、機器狀態(tài)和數(shù)據(jù)文件等）； 接口消息則用于管理總線,通常稱之為命令（Command）或命令消息。接口消息執(zhí)行諸如總線初始化,對儀器尋址,將儀器設(shè)置為遠程方式或本地方式等操作。此處的“命令”與特定儀器的專用命令是兩個不同的概念,特定儀器的專用命令在GP-IB系統(tǒng)中是作為數(shù)據(jù)消息來處理的。,在一個GP-IB標準接口總線系統(tǒng)中要進行有效的通信聯(lián)絡(luò),至少有“講者”（Talker）、“聽者”（Listener）和“控者”（Controller）三類儀器裝置。講者通過總線向接收數(shù)據(jù)的一個

25、或多個聽者發(fā)送數(shù)據(jù)信息；聽者是通過總線接收由講者發(fā)出消息的裝置；控制器（控者）則通過向所有的儀器發(fā)送命令來管理GP-IB總線上的信息流。自動測試系統(tǒng)中的某臺GP-IB儀器既可能是講者,也可能是聽者。但在某一時刻,只能有一個講者在起作用。,GP-IB自動測試系統(tǒng),自動測試系統(tǒng)由數(shù)字電壓表、信號發(fā)生器、打印機和計算機（安裝GP-IB卡）組成。計算機為控者,用以控制三臺GP-IB儀器按照GP-IB協(xié)議規(guī)范協(xié)調(diào)地工作?！奥牎?、“講”、“控”是相對GP-IB總線而言的。,GP-IB標準接口由16根信號線組成,分為數(shù)據(jù)線（8根）、掛鉤線（HandShake）（3根）和接口管理線（5根）三組。數(shù)據(jù)線DIO1

26、DIO8傳輸數(shù)據(jù)消息和命令消息。ATN線的狀態(tài)決定數(shù)據(jù)線上的消息是數(shù)據(jù)還是命令。所有的命令和大多數(shù)數(shù)據(jù)采用7位ASCII或ISO代碼,故數(shù)據(jù)線的第8位（DIO8）可用做奇偶校驗位或不用。3根掛鉤線控制儀器之間信息字節(jié)的傳輸,形成“三線互鎖掛鉤”過程,以保證數(shù)據(jù)線上信息字節(jié)的發(fā)送和接收不產(chǎn)生傳輸錯誤。,3根掛鉤線的信號為 (1)NRFD（NotReadyforData,接收數(shù)據(jù)未就緒）：指示某儀器是否準備好接收一個消息字節(jié)。該信號線在接收命令時由所有的儀器驅(qū)動,在接收數(shù)據(jù)消息時由聽者驅(qū)動。 (2)NDAC（NotDataAccepted,未接收數(shù)據(jù)）：指示某儀器是否接收到消息字節(jié)。該信號線在接受

27、命令時由所有的儀器驅(qū)動,而在接收數(shù)據(jù)消息時由聽者驅(qū)動。 (3)DAV（DataValid,數(shù)據(jù)有效）：指示數(shù)據(jù)線上的信號是穩(wěn)定（有效）的,并可由儀器安全接收?？刂破髟诎l(fā)送命令時發(fā)送此信號,而講者則在發(fā)送數(shù)據(jù)消息時發(fā)送此信號。,5根管理信號線的信號為 (1)ATN（Attention,注意）：控制器在使用數(shù)據(jù)線發(fā)送命令時將這根信號線設(shè)置為真，而在某一講者可以發(fā)送數(shù)據(jù)消息時將其設(shè)置為假。 (2)IFC（InterfaceClear,接口清除）：系統(tǒng)某控制器驅(qū)動該信號線對總線初始化,并成功地執(zhí)行控制器。 (3)REN（RemoteEnable,遠程允許）：系統(tǒng)控制器驅(qū)動REN,用于將各儀器設(shè)置為遠程

28、Remote）編程或本地（Local）編程方式。 (4)SRQ（ServiceRequest,服務(wù)請求）：任何儀器均可以驅(qū)動該信號線,實現(xiàn)異步請求控制器服務(wù)。,(5)EOI（EndorIdentify,結(jié)束或識別）：講者使用該信號線標記信息字符串的結(jié)束，而控制器則使用該信號線要求各儀器在并行查詢操作中識別各自的響應(yīng)。 GP-IB總線通過標準電纜將GP-IB系統(tǒng)中各獨立的GP-IB儀器連接起來。GP-IB控制器的作用如同計算機中的CPU,但更像市話系統(tǒng)中的交換機,對GP-IB總線構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)實施監(jiān)控。當控制器察覺到某儀器欲發(fā)送一條數(shù)據(jù)消息時,即把講者連接到聽者?？刂破魍ǔＴ谥v者向聽者發(fā)送消息之

29、前,對講者和聽者尋址,在講者和聽者之間建立聯(lián)系。某些GP-IB系統(tǒng)的組成不需要控制器（例如,一個系統(tǒng)中某儀器永遠是講者,而其他儀器則只是聽者）。,如果系統(tǒng)中講者和聽者的身份需要動態(tài)更換,則系統(tǒng)中必須有一個控制器,這個控制器通常是一臺計算機。GP-IB系統(tǒng)中可以存在多個控制器,但任何時刻只能有一個執(zhí)行控制器（CIC,ControllerinCharge）,其他控制器只能充當講者或聽者的角色。,24線連接器的引腳信號,GP-IB總線信號采用TTL電平負邏輯。GP-IB總線上的每臺儀器均采用一種特殊的24線屏蔽電纜連接,每根電纜的兩端都是一個將插頭和插座組合在一起的連接器。這樣的連接器可將多臺設(shè)備按

30、串聯(lián)和星型的形式連接。 連接器中1823腳上的接地導(dǎo)線GND分別與611腳的信號線形成雙絞線,以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 為了達到GP-IB在設(shè)計時所確定的高數(shù)據(jù)傳輸速率,總線上儀器之間的距離和能夠掛接的儀器數(shù)目是有限的。對于一般的操作來說,總線上相鄰兩儀器之間的距離不得大于4m,而總線上所有儀器之間的平均距離不得大于2m,系統(tǒng)中GP-IB總線的電纜總長度不得超過20m,最多只能掛接15臺儀器,且加電的儀器不得少于2/3。 以下介紹GP-IB總線的兩種典型操作及其通信過程。,1.控制器的操作 控制器加電后一般應(yīng)發(fā)出IFC信號,使所有的GP-IB設(shè)備初始化；然后設(shè)置ATN（低電平有效）,表示控制器

31、將向總線上的聽者和講者發(fā)送命令,實現(xiàn)對系統(tǒng)的配置和調(diào)度。這時數(shù)據(jù)線上的8位數(shù)據(jù)為命令地址組合碼, 。除對聽者和講者身份進行設(shè)置和取消命令外,還可使用16條通用命令。GP-IB設(shè)備可選用32個地址（雖然GP-IB總線上最多只能驅(qū)動15個裝置）。,GP-IB總線命令地址組合碼,控制器的操作過程：檢測SRQ線,當其為低電平時,通過查詢確定請求服務(wù)的儀器；設(shè)置ATN為有效（低電平）；發(fā)送X0100001,確定地址為1的儀器為聽者；發(fā)送X1000010,確定地址為2的儀器為講者；設(shè)置ATN為高電平；講者與聽者交換數(shù)據(jù)；發(fā)送X0111111,關(guān)閉聽者；發(fā)送X1011111,關(guān)閉講者。,2.三線掛鉤操作 處

32、于GP-IB總線數(shù)據(jù)傳輸最底層的三線掛鉤操作的標準過程如圖所示。首先需要聽者解除（接收數(shù)據(jù)未就緒）,由于NRFD和NDAC具有“線或”特性,因此總線上的所有聽者都必須接觸NRFD才能使NRFD線呈高電平。而講者在確認所有聽者均已就緒后,將有效數(shù)據(jù)字節(jié)放置在數(shù)據(jù)線上,然后發(fā)出DAV（數(shù)據(jù)有效)信號,通知聽者已有一個有效的數(shù)據(jù)字節(jié)放置在數(shù)據(jù)線上。這時,聽者即可開始接收數(shù)據(jù)。只要有一個聽者開始接收數(shù)據(jù),即將NRFD置為低電平。聽者在接受了數(shù)據(jù)后試圖接觸NDAC（未接收數(shù)據(jù)）信號，表示數(shù)據(jù)已被接收。同樣，必須所有的聽者均發(fā)出NDAC，才能使NDAC線呈現(xiàn)高電平。,GP-IB總線的三線掛鉤操作,從以上掛

33、鉤過程中可以看到,GP-IB總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率取決于速度最慢的設(shè)備。一個字節(jié)的傳輸不能少于以下過程所需要的時間：NRFD傳送到講者的時間；聽者接收字節(jié)并產(chǎn)生NDAC信號的時間；NDAC回傳到講者的時間；講者再次產(chǎn)生DAV信號之前所需要的穩(wěn)定時間。為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率,NI（NationalInstruments）公司開發(fā)了一種稱之為HS488的專利性高速GP-IB掛鉤協(xié)議,它可以有效地消除三線掛鉤操作中的傳遞延時。,以上所述的一個數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸?shù)娜€掛鉤過程是GP-IB總線數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ),但是完整的信息一般包括多個字節(jié),傳送完整的信息涉及數(shù)據(jù)格式、狀態(tài)報告、消息交換協(xié)議等多方面的問題。雖然IE

34、EE488.1標準通過明確定義機械、電氣和硬件協(xié)議的規(guī)格,大大簡化了不同GP-IB儀器之間的互連,但并未很好地解決數(shù)據(jù)格式、狀態(tài)報告、消息交換協(xié)議、公共組態(tài)命令或裝置專用命令等方面的標準化問題。不同廠家在解決這些問題時采用不同的方法,留給用戶無所適從的困難。IEEE488.2標準針對原IEEE488.1標準的局限和含糊之處進行了進一步的標準化,并保持與IEEE488.1標準兼容。IEEE488.2標準主要在軟件協(xié)議方面制定了數(shù)據(jù)格式、狀態(tài)上報、出錯處理、控制器功能以及公共命令的標準,這些標準化工作使得GP-IB系統(tǒng)工作更加可靠。,為了簡化GP-IB接口設(shè)計,Intel、Motorola等公司推

35、出了專用大規(guī)模集成電路接口芯片。Intel公司的8291A、8292及8293為其中的典型代表。Intel8291A可以實現(xiàn)除控者功能以外的全部接口功能。8292接口芯片僅具有控者功能,一般與8291A聯(lián)合使用,組成全功能GP-IB接口。8293是專門為8291A和8292配套的總線收發(fā)器,以保證GP-IB總線具有足夠的驅(qū)動能力。以下僅對8291A做簡要介紹。,8291A引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,Intel8291A采用40腳雙列直插封裝,它的引腳分為兩類,一類與微處理器（含單片機）相連,另一類與GP-IB總線相連。與微處理器相連的主要信號有：雙向數(shù)據(jù)線（D7D0）；地址線（RS2RS0,選擇內(nèi)部8個

36、讀寄存器和8個寫寄存器）；片選信號（CS ）；讀/寫控制信號（ ）；中斷請求信號（INT）；DMA請求/響應(yīng)信號（DREQ/DACK）；觸發(fā)信號（TRIG）以及復(fù)位信號（RESET）。與GP-IB總線相連的主要信號有：8位GP-IB數(shù)據(jù)線；3條GP-IB掛鉤信號線；5條GP-IB管理線；還有控制雙向GP-IB總線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)方向的2條外部收發(fā)控制信號線（ ）。,Intel8291A內(nèi)部有16個專用寄存器（詳見表3-5）,其中8個接收來自CPU的數(shù)據(jù)或控制命令（稱為“寫寄存器”）；另外8個向CPU傳送GP-IB總線狀態(tài)或數(shù)據(jù)（稱為“讀寄存器”）。只要對這16個寄存器進行適當?shù)淖x寫操作,就能使8

37、291A完成各種工作。,8291A內(nèi)部寄存器一覽表,6.5.3VXI總線（VMEbusExtensionsforInstrumentation） VXI總線儀器系統(tǒng)是模板插卡式結(jié)構(gòu)的智能儀器系統(tǒng),可將各種具有獨立功能的模板式智能儀器連接在一起,構(gòu)成自動測試系統(tǒng)或計算機測控系統(tǒng)。VXI總線儀器系統(tǒng)中的模板式智能儀器被稱為卡式儀器（IAC,InstrumentAtCard）,如卡式數(shù)字電壓表、示波器、函數(shù)發(fā)生器、AI/AO和DI/DO通道等。按照自動測試系統(tǒng)或測控系統(tǒng)的功能要求,將選定的若干IAC安置在同一個機箱中,并掛在機箱背板的高速并行總線（背板總線）上,即可構(gòu)成不同用途和規(guī)模的VXI總線儀器

38、系統(tǒng)。,這些IAC可以在本機（Local）方式下獨立工作,在需要彼此呼應(yīng)或與儀器系統(tǒng)外部交換數(shù)據(jù)時,可通過背板總線進入遠程（Remote）。VXI總線儀器系統(tǒng)具有信息吞吐量大、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、儀器體積小等特點,是當前實驗室儀器系統(tǒng)研究和發(fā)展的熱點。 VME（VersabusModuleEuropean）總線是Motorola公司1981年針對32位微處理器68000而開發(fā)的微機總線。VXI總線是VME總線標準在智能儀器領(lǐng)域的擴展,由HP等5個測試儀器公司于1987年聯(lián)合推薦,是當前儀器系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展的一個并行總線標準。VXI總線儀器系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)速率高達40Mb/s的VME總線作

39、為機箱背板總線。,背板總線在功能上相當于連接獨立儀器的GP-IB總線,但是具有更高的數(shù)據(jù)吞吐率?？刂破饕部梢灾谱鞒蒊AC掛接在背板總線上,對總線上的各種信息實施調(diào)度和控制。相當于在一個機箱內(nèi)集成了整個GP-IB總線儀器系統(tǒng)的功能。 VXI總線具有嚴格的機械和電氣標準,共定義了4種儀器模板的尺寸：A型（10cm16cm）、B型（23.3cm16cm）、C型（23.3cm34cm）和D型（36.7cm34cm）。其中,A、B兩種是VME已定義的且具有真正含義的VME模板；C、D兩種是VXI標準專門定義的適用于更高性能儀器的尺寸,應(yīng)用最多的是C尺寸模板。VXI儀器系統(tǒng)采用可變尺寸結(jié)構(gòu),允許小尺寸模板

40、插入大機箱中。VXI系統(tǒng)的機箱（Mainframe）除了外殼和背板之外,還提供VXI系統(tǒng)的工作電源系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等。,VXI總線還定義了模板與底板總線插接的3個96針連接器標準,分別稱為P1、P2、P3 。P1連接器是VME或VXI總線必須配備的基本連接器,它包括數(shù)據(jù)傳輸總線（24位地址和16位數(shù)據(jù)）、中斷信號線和某些電源線。任選的P2連接器適用于除A尺寸以外的所有模板,可將數(shù)據(jù)傳輸總線擴展到32位,還增加了許多資源,如4個附加電源電壓、局部總線、模塊識別總線（允許確定模塊的槽編號）等。此外,還有TTL和ECL觸發(fā)總線和10MHz差分ECL時鐘信號等。任選的P3連接器只用于D尺寸模板,對P2提

41、供的資源進一步擴展,又提供了24根局部總線、附加的ECL觸發(fā)線、100MHz時鐘和用于精密同步的星型觸發(fā)線等,以適合特殊用途。,VXI總線裝置是VXI總線系統(tǒng)中的基本部件。每個裝置都有惟一的地址編碼（0255）,每個VXI總線儀器系統(tǒng)中最多可容納256個裝置。一個裝置可以占據(jù)數(shù)個槽位,也允許幾個裝置共用一個槽位。電壓表、計數(shù)器或信號發(fā)生器等一般都是單槽位裝置。VXI總線裝置的類型共有4種：寄存器基裝置、存儲器裝置、消息基裝置和擴展裝置。寄存器基裝置只有組態(tài)寄存器和由裝置決定的寄存器,而沒有通信寄存器。裝置的通信通過寄存器讀/寫來實現(xiàn),在命令者/受令者的分層結(jié)構(gòu)中擔任受令者。寄存器基裝置電路簡單

42、、易于實現(xiàn),節(jié)省了指令的譯碼時間,數(shù)據(jù)傳輸速度快。存儲器裝置與寄存器基裝置很相似,也沒有通信寄存器,只能靠寄存器的讀/寫來進行通信。,一般可將存儲器裝置與寄存器基裝置同等對待。以消息為基礎(chǔ)的消息基寄存器不但具有組態(tài)寄存器和若干由裝置決定的寄存器,而且還具有通信寄存器來支持復(fù)雜的通信規(guī)程,進行高水平的通信。消息基裝置屬于智能化的較復(fù)雜的裝置，如計算機、資源管理者、各類高性能測試儀器插件等,可以擔任分層結(jié)構(gòu)中的命令者,也可以擔任受命者,或者同時兼任上層的受命者及下層的命令者。擴展裝置是有特定目的的裝置,用于為VXI未來的發(fā)展定義新的裝置門類。,VXI系統(tǒng)模板尺寸和連接器的總線分布 （a）VXI系統(tǒng)

43、模板尺寸；（b）VXI系統(tǒng)連接器的總線分布,VXI系統(tǒng)的通信有若干層 。第1層是“寄存器讀/寫層”，其通信是通過寄存器的讀/寫來實現(xiàn)的,通信速度快,硬件費用節(jié)省。但這種通信也是針對用戶支持最少,最不方便的通信。第2層是“信號/中斷層”,允許VXI裝置向它的命令者回報信息，也是一種寄存器基裝置和存儲器裝置支持的低層通信。第3層是“字串行規(guī)程層”,命令者與受命者之間的字串行通信,應(yīng)遵守消息基裝置的通信規(guī)程。字串行規(guī)程與儀器特定規(guī)程之間有兩種聯(lián)系方式,一種是直接以字串行方式向裝置發(fā)送所要求的命令或數(shù)據(jù),另一種是經(jīng)過488-VXI規(guī)程和IEEE488.2語言與特定規(guī)程聯(lián)系,使用這種方式可以像控制GP-

44、IB儀器一樣控制VXI儀器。,VXI總線通信規(guī)程示意圖,消息基裝置通過通信寄存器還支持一種共享存儲器規(guī)程,即兩個裝置可以通過它們中的一個裝置所占有的存儲器塊進行通信,從而達到較高的通信速度。這是字串行通信做不到的。 在某些情況下,各裝置之間還可通過本地總線高速傳送數(shù)據(jù),這也是VXI系統(tǒng)的一個重要特點。VXI總線儀器系統(tǒng)的硬件規(guī)范及字串行協(xié)議,確保了眾多廠商生產(chǎn)的VXI總線儀器插卡的硬件兼容。為提高軟件的兼容性,在VXI總線和GP-IB等自動測試系統(tǒng)中采用了兩個軟件標準,即IEEE488.2和可編程儀器標準命令SCPI。IEEE488.2主要規(guī)定儀器的內(nèi)務(wù)管理功能,并不涉及裝置的消息本身；SCP

45、I建立在IEEE488.2的基礎(chǔ)上,側(cè)重于解決智能儀器的程控和儀器響應(yīng)中裝置消息標準化的問題。,有兩個特殊功能是每個VXI總線系統(tǒng)不可缺少的。第一個是負責機箱背板管理的0號插槽功能。0號插槽處于每個VXI總線機箱中特定的物理位置,從這個槽上發(fā)出的信號必須包括時鐘源和數(shù)據(jù)通過背板時的仲裁邏輯等。插入該插槽的模板除了能履行這些硬件功能外,還能履行其他的功能,如與外部微型計算機的GP-IB接口通信等。這個插槽一般由命令器（Commander）或嵌入式計算機占據(jù)。VXI總線系統(tǒng)的第二個特殊功能是其資源管器。位于邏輯地址0的資源管理器是一個消息基命令器,負責對系統(tǒng)的配置?？梢詫①Y源管理器理解為系統(tǒng)初始化

46、程序,每當系統(tǒng)加電或復(fù)位的時候進行的操作為：識別系統(tǒng)中所有的VXI裝置；為系統(tǒng)運行配置所有的資源；管理系統(tǒng)自檢；配置系統(tǒng)A24和A32的映射；配置命令/服務(wù)分級機制；啟動正常運行。,為了充分利用其他外部資源,VXI總線開發(fā)了與其他總線系統(tǒng)（如GP-IB、RS-232C、RS-485和MXI等）連接和轉(zhuǎn)換的模塊,使得VXI總線系統(tǒng)可與任何其他總線系統(tǒng)或儀器聯(lián)合工作。當一個機箱不能容納所有的IAC時,可增添擴展機箱,采用總線擴展器將主機箱與擴展機箱連接起來,以構(gòu)成完整的VXI總線儀器系統(tǒng)。 VXI總線儀器系統(tǒng)的嵌入式控制器（EmbeddedController）可直接安裝在機箱的0號槽,兼有控制器

47、和0號槽功能。嵌入式控制器取代GP-IB/VXI轉(zhuǎn)換模塊對消息基儀器編程,可使VXI儀器系統(tǒng)成為獨立系統(tǒng),但系統(tǒng)的通信性能并未改善。因為通信速率主要受ASCII消息轉(zhuǎn)換時間的影響,而不是GP-IB帶寬。如果要求比GP-IB有更大的信息吞吐量,可以采用寄存器層的直接通信方式。,VXI總線儀器系統(tǒng)可通過不同的接口方式與多種計算機連接,軟件方面可以充分利用各種通用軟件、操作系統(tǒng)、高級語言和軟件工具等。VXI總線儀器系統(tǒng)充分吸收并繼承了GP-IB沿用的IEEE488.1、IEEE488.2和程控儀器標準命令SCPI,創(chuàng)造了一個從程控儀器標準命令、儀器之間信息交換到系統(tǒng)操作運行高度統(tǒng)一的軟件環(huán)境。,6.

48、6 USB總線技術(shù),USB（UniversalSerialBus）即通用串行總線,在傳統(tǒng)計算機組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,引入了網(wǎng)絡(luò)的某些技術(shù),已成為新型計算機接口的主流。USB是一種電纜總線,支持主機與各式各樣“即插即用”外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。多個設(shè)備按協(xié)議規(guī)定分享USB帶寬,在主機和總線上的設(shè)備運行中,仍允許添加或拆除外設(shè)。USB總線具有以下主要特征：,（1）用戶易用性。電纜連接和連接頭采用單一模型,電氣特性與用戶無關(guān),并提供了動態(tài)連接、動態(tài)識別等特性。 （2）應(yīng)用的廣泛性。USB總線傳輸速率從幾kb/s到幾Mb/s,甚至上百Mb/s,并在同一根電纜線上支持同步、異步兩種傳輸模式?？梢詫Χ鄠€USB

49、總線設(shè)備（最多127個）同時進行操作,利用底層協(xié)議提高了總線利用率,使主機和設(shè)備之間可傳輸多個數(shù)據(jù)流和報文。 （3）使用的靈活性。USB總線允許對設(shè)備緩沖區(qū)大小進行選擇,并通過設(shè)定緩沖區(qū)的大小和執(zhí)行時間,支持各種數(shù)據(jù)傳輸速率和不同大小的數(shù)據(jù)包。 ,（4）容錯性強。USB總線在協(xié)議中規(guī)定了出錯處理和差錯校正的機制,可以對有缺陷的設(shè)備進行認定,對錯誤的數(shù)據(jù)進行校正或報告。 （5）“即插即用”的體系結(jié)構(gòu)。USB總線具有簡單而完善的協(xié)議,并與現(xiàn)有的操作系統(tǒng)相適應(yīng),不會產(chǎn)生任何沖突。 （6）性價比較高。USB雖然擁有諸多優(yōu)秀的特性,但其價格較低。USB總線技術(shù)將外設(shè)和主機硬件進行最優(yōu)化集成,并提供了低價

50、的電纜和連接頭等。,目前,USB總線技術(shù)應(yīng)用日益廣泛,各種臺式電腦和移動式智能設(shè)備普遍配備了USB總線接口,同時出現(xiàn)了大量的USB外設(shè)（如USB電子盤等）,USB接口芯片也日益普及。在智能儀器中裝備USB總線接口,既可以使其方便地連入USB系統(tǒng),從而大大提高智能儀器的數(shù)據(jù)通信能力,又可使智能儀器選用各種USB外部設(shè)備,增強智能儀器的功能。以下僅對USB總線的體系結(jié)構(gòu)做概略介紹。,6.6.1 USB的系統(tǒng)描述 USB系統(tǒng)分為USB主機、USB設(shè)備和USB連接3部分。任何USB系統(tǒng)中只有一臺主機,USB系統(tǒng)和主機系統(tǒng)的接口稱為主機控制器（Host Controller）,它是由硬件和軟件綜合實現(xiàn)的

51、。USB設(shè)備包括集線器（Hub）和功能部件（Function）兩種類型。集線器為USB提供了更多的連接點,功能部件則為系統(tǒng)提供了具體的功能。USB的物理連接為分層星型布局,每個集線器處于星型布局的中心,與其他集線器或功能部件點對點連接。根集線器置于主機系統(tǒng)內(nèi)部，用以提供對外的USB連接點。,USB系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu),USB系統(tǒng)通過一種4線的電纜傳送信號和電源,分兩種數(shù)據(jù)傳輸模式：12Mb/s高速信號模式和1.5Mb/s低速信號模式,兩種模式可在同一USB總線傳輸時自動切換。由于過多采用低速模式會降低總線的利用率,因此該模式只支持有限幾個低速設(shè)備（如鼠標等）。若采用同步傳送方式,時鐘信號與差分數(shù)據(jù)將一

52、同發(fā)送（時鐘信號轉(zhuǎn)換成單極性非歸零碼）,每個數(shù)據(jù)包中均帶有同步信號以保證接收方還原出時鐘。,UBUS、GND兩條線用來向USB設(shè)備提供電源。UBUS的電壓為+5V。為了保證足夠的輸入電壓和終端阻抗,重要的終端設(shè)備應(yīng)位于電纜尾部,每個端口都可檢測終端是否連接或分離,并區(qū)分出高速或低速設(shè)備。所有設(shè)備都有一個上行或下行的連接器,上行連接器和下行連接器不可互換,因而避免了集線器間非法的、循環(huán)往復(fù)的連接。同一根電纜中還有一對互相纏繞的數(shù)據(jù)線。連結(jié)器有4個方向,并帶有屏蔽層,以避免外界的干擾。USB電源包括電源分配和電源管理兩方面內(nèi)容。電源分配是指USB如何分配主機所提供的能源。需要主機提供電源的設(shè)備稱做

53、總線供電設(shè)備（如鍵盤、輸入筆和鼠標等）。自帶電源設(shè)備被稱做自供電設(shè)備。USB系統(tǒng)的主機有與USB相互獨立的電源管理系統(tǒng),系統(tǒng)軟件可以與主機的能源管理系統(tǒng)結(jié)合,共同處理各種電源事件,如掛起、喚醒等。,USB電纜,6.6.2 USB總線協(xié)議 USB是一種輪詢方式的總線,主機控制器初始化所有的數(shù)據(jù)傳送。USB協(xié)議反映了USB主機與USB設(shè)備進行交互時的語言結(jié)構(gòu)和規(guī)則。每次傳送開始時,主機控制器將發(fā)送一個描述傳輸?shù)牟僮鞣N類、方向、USB設(shè)備地址和端口號的USB數(shù)據(jù)包,被稱為標記包（PID,PacketIdentifier）,USB設(shè)備從解碼后的數(shù)據(jù)包的適當位置取出屬于自己的數(shù)據(jù)。傳輸開始時,由標記包來

54、設(shè)置數(shù)據(jù)的傳輸方向,然后發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)包,接收端則發(fā)送一個對應(yīng)的握手數(shù)據(jù)包以表明是否發(fā)送成功。發(fā)送端和接收端之間的USB傳輸有兩種類型的信道：流通道和消息信道。,消息數(shù)據(jù)采用USB所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、信道與數(shù)據(jù)帶寬、傳送服務(wù)類型和端口特性（如方向、緩沖區(qū)大小等）有關(guān)。多數(shù)信道在USB設(shè)備設(shè)置完成后才會存在,而默認控制信道當設(shè)備一啟動后即存在,從而為設(shè)備的設(shè)置、狀況查詢和輸入控制信息提供了方便。 根據(jù)其他的一些總線動作,批量數(shù)據(jù)占用的帶寬可做相應(yīng)的改變。,（3）中斷傳送。中斷數(shù)據(jù)是少量的,要求傳送延遲時間短。這種數(shù)據(jù)可由設(shè)備在任何時刻發(fā)送,并且以不慢于設(shè)備指定的速度在USB上傳送。中斷數(shù)據(jù)一般由事

55、件通告、特征及坐標組成,只有一個或幾個字節(jié)。 （4）同步傳送。在建立、傳送和使用同步數(shù)據(jù)時,需滿足其連續(xù)性和實時性。同步數(shù)據(jù)以穩(wěn)定的速率發(fā)送和接收。為使接收方保持相同的時間安排,同步信道帶寬的確定必須滿足對相關(guān)功能部件的取樣特征。除了傳輸速率,同步數(shù)據(jù)對傳送延遲非常敏感,因此也須做相關(guān)處理。一個典型的例子是聲音傳送,如果數(shù)據(jù)流的傳輸速率不能保證,則數(shù)據(jù)丟失將取決于緩沖區(qū)和幀的大小。,即使數(shù)據(jù)在硬件上以合適的速率傳輸,但軟件造成的傳輸延遲也會對實時系統(tǒng)造成損害。一般USB系統(tǒng)會從USB帶寬中給同步數(shù)據(jù)流分配專有部分,以滿足所需要的傳輸速率。 USB的帶寬可容納多種不同數(shù)據(jù)流,因此可連接大量設(shè)備,可容納從1B+D（64kb/s+16kb/s）到T1（1.5Mb/s)速率的電信設(shè)備;而且USB支持在同一時刻的不同設(shè)備具有不同的傳輸速率,并可動態(tài)地變化。,6.6.4 USB的容錯性能 USB提供了多種數(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；使用循環(huán)冗余碼,以進行外設(shè)裝卸的檢測和系統(tǒng)資源的設(shè)置,對丟失和損壞的數(shù)據(jù)包暫停傳輸；利用協(xié)議自我恢復(fù),以建立數(shù)據(jù)控制信道,從而使功能部件避免了相互影響