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(chǎng)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。串行通訊的距離可以從幾米到

2、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(gè)字符以位串行方式傳輸，每個(gè)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、1200、2400、4800、9600、19200、

3、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(gè)字符數(shù)據(jù)的起始位來進(jìn)行同步，同時(shí)“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(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)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(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）= +3V+15V信號(hào)無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)= -3V-1

4、5VRS23CRS23C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(hào)功能說明縮寫針號(hào)功能說明縮寫1數(shù)據(jù)載波檢測(cè)DCD8數(shù)據(jù)載波檢測(cè)DCD2接收數(shù)據(jù)RXD3接收數(shù)據(jù)RXD3發(fā)送數(shù)據(jù)TXD2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR5信號(hào)地GND7信號(hào)地GND6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR6數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好DSR7請(qǐng)求發(fā)送RTS4請(qǐng)求發(fā)送RTS8清除發(fā)送CTS5清除發(fā)送CTS9振鈴指示RI22振鈴指示RIAB214325最簡(jiǎn)連接簡(jiǎn)單連接完全連接傳輸線驅(qū)動(dòng)器MC1488和接收器MC1489傳輸線驅(qū)動(dòng)器傳輸線驅(qū)動(dòng)器MC1488MC1

5、488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ICL232ICL2325.3 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，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

6、，傳輸距離延長(zhǎng)到距離延長(zhǎng)到40004000英尺（速率低于英尺（速率低于100kb/s100kb/s時(shí)），并允許在一條時(shí)），并允許在一條平衡總線上連接最多個(gè)接收器。平衡總線上連接最多個(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)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

7、-485RS-485是是RS-422RS-422的變形，的變形，RS-422ARS-422A是全雙工，兩對(duì)平衡差是全雙工，兩對(duì)平衡差分信號(hào)線分別用于發(fā)送和接收，所以采用分信號(hào)線分別用于發(fā)送和接收，所以采用RS422ARS422A接口通信時(shí)接口通信時(shí)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(duì)平衡差分信號(hào)線，為半雙工，只有一對(duì)平衡差分信號(hào)線，不能同時(shí)發(fā)送和接收，最少只需二根連線。不能同時(shí)發(fā)送和接收，最少只需二根連線。 RS-422、RS-485與RS-232一樣，標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)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。

8、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(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對(duì)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 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(gè)信號(hào)地C，在RS-485中

9、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(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)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(hào)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(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè)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(shí)可不需終接電阻，即一般

10、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(shí)，與RS-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信，即只能有一個(gè)主（Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進(jìn)， 無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個(gè)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(dòng)方式差動(dòng)方式差動(dòng)方式差動(dòng)方

11、式最大距離最大距離/ /m15(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(dòng)器數(shù)目最大驅(qū)動(dòng)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(dòng)器輸出阻抗驅(qū)動(dòng)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 7k10060 對(duì)共用點(diǎn)電壓范圍對(duì)共用點(diǎn)電壓范圍/ / V2525-0.25+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1

12、0個(gè)節(jié)點(diǎn)，RS-485支持32個(gè)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(shí)，應(yīng)注意: (1) 采用一條雙絞線電纜作總線，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)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(huì)發(fā)生信號(hào)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(zhǎng)的分支線引出到總線。總之，應(yīng)該提供一條單一、連續(xù)的信號(hào)通道作為總線。 圖所示為實(shí)際應(yīng)用中常見的一些錯(cuò)誤連接方式（a，c，e）和正確的連接方式（b，d，f）

13、。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(zhǎng)或通信速率的提高，其不良影響會(huì)越來越嚴(yán)重，主要原因是信號(hào)在各支路末端反射后與原信號(hào)疊加，會(huì)造成信號(hào)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(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間（上升或下降時(shí)間）超過電信號(hào)沿總線單向傳輸所需時(shí)間的3倍以上時(shí)就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX4

14、83輸出信號(hào)的上升或下降時(shí)間最小為250ns，典型雙絞線上的信號(hào)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(zhǎng)度不超過16米，采用MAX483作為RS-485接口時(shí)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，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(jiǎn)單有效，但有一個(gè)缺點(diǎn)，匹配電阻要消耗較大功率，對(duì)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

15、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(gè)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(hào)，達(dá)到改善信號(hào)質(zhì)量的目的。節(jié)能效果顯著。MAX481MAX4815.3 RS4855.3 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(shí)，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

16、般在2050V，因此可以起到保護(hù)后級(jí)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(shí)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(jí)，其后級(jí)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、中線的對(duì)地保護(hù)；直流RTN和保護(hù)地之間的保護(hù)；信號(hào)口線對(duì)地的保護(hù)；天饋口饋線芯線對(duì)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(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。 壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間比空氣放電管快，比TV

17、S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(jí)范圍，一般不宜直接應(yīng)用在高頻信號(hào)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(hào)線路、帶饋電的天饋線路。3）瞬態(tài)抑制二極管（TVS） TVS（Transient Voltage Suppression）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(gè)較低的電壓值實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。 TVS的響應(yīng)時(shí)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(shí)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(jí)，低結(jié)

18、電容型TVS的結(jié)電容一般在幾pF幾十pF的數(shù)量級(jí)。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(hào)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)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(jí)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(shí)，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(gè)動(dòng)作溫度值TS，當(dāng)其本體內(nèi)溫度低于TS

19、時(shí)，其阻值維持基本恒定，這時(shí)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(shí)，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)大電流的過流保護(hù)。PTC在信號(hào)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(hào)線走線較長(zhǎng)，可能出戶外時(shí)，端口的防護(hù)等級(jí)要求較高，此時(shí)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

20、級(jí)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(jí)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(jí)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，阻值在不影響信號(hào)傳輸質(zhì)量的情況下可以再取大一些；整流橋四周和對(duì)地共六個(gè)二極管為快恢復(fù)二極管MURS120T3，整流橋中間為TVS管SM6T6V8A，起后級(jí)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(hào)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(shí)，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)

21、對(duì)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 1.0

22、USB 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20002000年年4 4月月2727日由日由CompaqCompaq、HPHP、IntelIntel、LucentLucent、MicrsoftMicrsoft、NECNEC、PhilipsPhilips正式對(duì)外發(fā)布，作為新一代正式對(duì)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)480Mbps4

23、80Mbps。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。 5.4.1 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(jiǎn)單快捷連接簡(jiǎn)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

24、、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(jiǎn)單快捷）連接簡(jiǎn)單快捷 USB USB連接簡(jiǎn)單快捷，可以進(jìn)行連接簡(jiǎn)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(shí)，不必打開機(jī)箱，也不必關(guān)閉主機(jī)電源。時(shí)，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

25、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。 VBUSDGNDD+VBUSD+DGND4 4）無須外接電源）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 Powe

26、r 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。 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(gè)技術(shù)，允許一個(gè)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(gè)外設(shè)。個(gè)外設(shè)。兩個(gè)外設(shè)間的兩個(gè)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(hào)線）接口信號(hào)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(dòng)：無驅(qū)動(dòng)：高速高速

27、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(dòng)：有驅(qū)動(dòng)：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(duì)地電源電壓為對(duì)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）US

28、BUSB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（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溃? 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

29、器集線器(USB Hub) (USB Hub) USB USB設(shè)備設(shè)備 USB USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 USBUSB驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序 USBUSB主控制器驅(qū)動(dòng)程序主控制器驅(qū)動(dòng)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

30、 Hub) (USB Hub) USBUSB設(shè)備設(shè)備 （3）USB的軟件的軟件 USB USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 USBUSB驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序 USBUSB主控制器驅(qū)動(dòng)程序主控制器驅(qū)動(dòng)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(hào)流、塊數(shù)據(jù)流、中斷數(shù)據(jù)控制信號(hào)流、塊數(shù)據(jù)流、中斷數(shù)據(jù)流、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流。流、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流。 1 1）控制信號(hào)流）控制信號(hào)流: : 控制信號(hào)流的作用是當(dāng)控制信號(hào)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(shí)，時(shí)，USBUSB系統(tǒng)軟件與設(shè)備之間建立起控制信號(hào)流來發(fā)送控制信號(hào)，系統(tǒng)軟件與設(shè)備之間建立起控制信號(hào)流來發(fā)送控制信號(hào)，這種數(shù)據(jù)不允

31、許出錯(cuò)或丟失這種數(shù)據(jù)不允許出錯(cuò)或丟失2 2） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流: :實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)數(shù)據(jù)流要求有固定的速率和低延時(shí)，在要求有固定的速率和低延時(shí)，在USBUSB系統(tǒng)中，專門對(duì)此操作進(jìn)行系統(tǒng)中，專門對(duì)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

32、機(jī)輸入信號(hào)。它包括事件通知用于傳輸少量隨機(jī)輸入信號(hào)。它包括事件通知信號(hào)、輸入字符或坐標(biāo)等信息信號(hào)、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(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)流類型對(duì)應(yīng)：?jiǎn)危簡(jiǎn)? /雙向，用于大批數(shù)據(jù)傳輸，要求準(zhǔn)確，出錯(cuò)重傳。雙向，用于大批數(shù)據(jù)傳輸，要求準(zhǔn)確，出錯(cuò)重傳。時(shí)間性不強(qiáng)。時(shí)間性不強(qiáng)。： 雙向，用于配置設(shè)備或特殊用途，發(fā)生錯(cuò)誤需重雙向，用于配置設(shè)備或特殊用途，發(fā)生錯(cuò)誤需重傳。每個(gè)設(shè)備必須要用端點(diǎn)傳。每個(gè)設(shè)備必須要用端點(diǎn)0 0完成完成USBUSB主機(jī)檢測(cè)時(shí)和主機(jī)交換信主機(jī)檢測(cè)時(shí)和主機(jī)交換信息的控制傳送。息的控制傳送。 ：?jiǎn)蜗蛉胫鳈C(jī)，用于隨機(jī)少量

33、傳送。采用查詢中斷：?jiǎn)蜗蛉胫鳈C(jī)，用于隨機(jī)少量傳送。采用查詢中斷方式，出錯(cuò)下一查詢周期重新傳。方式，出錯(cuò)下一查詢周期重新傳。：?jiǎn)危簡(jiǎn)? /雙向，用于連續(xù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，時(shí)間性強(qiáng)，但雙向，用于連續(xù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，時(shí)間性強(qiáng)，但出錯(cuò)無需重傳。傳輸速率固定。出錯(cuò)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(shí)傳輸無握手包等時(shí)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(gè)位的傳輸時(shí)間，然后維持個(gè)位的傳輸時(shí)間，然后維持1 1個(gè)位傳輸時(shí)間個(gè)位傳輸時(shí)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(duì)中斷傳輸，亦由主機(jī)發(fā)送查詢包取，對(duì)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CRCCRC8 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