第9章 通信协议与应用接口技术

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第9章 通信协议与应用接口技术

第9章 通信协议与应用接口技术9.1 通信协议与标准概述9.2 通信总线及接口基本概念 9.3 常用内部串行通信总线及接口 9.4 常用外部通信总线及接口

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9.1 通信协议与标准概述9.1.1通信协议的概念 就协议本身而言,是指在当前的市场经济环境中各 种协会团体及经济组织及人与人之间的相互约定或共同 签署的相互约束的有关文本或条例等。 简单的说,是指当通信实体之间彼此通讯时,所共同

遵守的通讯规则与标准。这里指的通信实体指存在数据通信的各种设备及芯片。

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和其它通信方式一样,在通信系统中规定一个统一的 通信标准,即通信的内容是什么、如何通信、何时通信, 都必须在通信的实体之间达成大家都能接受的协定,这些 协定就被称为通信协议。也可将协议定义为监督和管理两 个实体之间的数据交换的一整套规则。 概括地说,通信协议是对数据传送方式的规定,包括 数据格式定义及数据位定义等。 从通信系统构成通信网这一逻辑解析为不同系统中实 体之间实现的信息传递与交流,要使各实体间能够相互理 解、共同遵守都能接受的规则(规定、标准),我们把这 些规则的集合称之为通信协议。《通信技术基础》

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9.1.2通信协议的主要内容

通信协议的规则主要包括了通信的各实体间要完成的各 种操作(语义)和信息交换的各种格式(语法)等。通信 协议有以下三个要素: 1.语义——即需要发出何种控制信息、完成何种协议 以及做出何种应答,通俗地说“讲什么”;2.语法——即数据与控制信息的结构或格式等,即 “怎么讲”; 3.同步——规定事件实现顺序的详细说明,即确定通 信状态的变化和过程,如通信双方的应答关系,即“顺序 速度控制”。《通信技术基础》

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9.1.3通信标准化组织简介通信标准与通信协议密切相关,在通信协议下会产生各

种通信制式或标准。然而,这些通信协议、制式、标准又是由国际的、地区的或国家的相关组织来制定的。 当前国际通信标准化组织主要有:国际电信联盟 (ITU)、美国电器和电子工程协会(IEEE)、美国电子 工业协会(EIA)、国际标准化组织(ISO)和国际电工委 员会(IEC)等。

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1.国际电信联盟(ITU) - International Telecommunications UnionITU是世界各国政府的电信主管部门之间协调电信事务方 面的一个国际组织,成立于186

5年5月17日。由电信标准部门 (TSS)、无线电通信部门(RS)和电信发展部门(TDS) 组成。 其中TSS它主要由CCITT、CCIR中从事标准化工作的部

门合并组成,其主要职责是完成电信联盟有关电信标准方面的目标,包括研究电信技术、操作和资费等问题,并就这类 问题提出建议,以使全世界的电信标准化。

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2. 美国电器和电子工程协会(IEEE) - Institute of Electrical and Electronic EngineersIEEE是一个非营利性科技学会,拥有全球近175个国 家三十六万多名会员。透过多元化的会员,该组织在太 空、计算机、电信、生物医学、电力及消费性电子产品 等领域中都是主要的权威。在电气及电子工程、计算机 及控制技术领域中,IEEE 发表的文献占了全球将近百分 之三十。IEEE每年也会主办或协办三百多项技术会议。 它定制的标准有数百种之多,如IEEE 802.2、IEEE 802.3、 IEEE 802.11。

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3. 美国电子工业协会(EIA ) - Electronic Industries AssociationEIA美国电子工业协会创建于1924年,当时名为无线 电制造商协会( RMA —Radio Manufacturers‘ Association) EIA主要制定各种电子元器件的电气性能、规格尺寸、 连接方法、测试方法等标准及制定数据通信终端(DCE)

连接接口标准,如EIA-3系列及EIA-4系列标准。以及电子设备的封装规范等数百个标准。

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4. 国际标准化组织(ISO) - International Organization for StandardizationISO成立于1946年,是世界上最大的国际性标准化专 门机构,是一个全球性的非政府组织,专门从事编制和 宣传工业和贸易技术标准的组织。

此标准化组织的工作领域很广,包括了农业、石油工 业、矿业、环境保护、信息处理等。在通信技术方面它 主要制定了开放系统互连标准,提出了一系列的信息处 理标准、信息处理系统及数据通信的有关标准,以及ISO 信息技术标准,以及信息交换、局域网及各种互连业务 的若干标准。

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5.国际电工委员会(IEC) - International Electrotechnical CommissionIEC成立于1906年,是世界上最早的国际性电工标准 化机构,总部设在日内瓦。 IEC负责有关电工、电子领域的国际标准化工作,其 他领域则由ISO负责。IEC的宗旨是促进电工、电子领域 中标准化及有关方面问题的国际合作,增进相互了解。 工作领域包括了电力、电子、电信和原子能方面的电工 技术。现已制订国际电工标准3000多个。

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信的标准很多,很复杂。通信协议包括软件协议和 硬件协议,软件协议主要是通过协议栈来实现,硬件协议 具体体现在通信设备接口和通信总线。 各种通信设备间及设备内外设间的通信,必须采用符 合相应的通信协议或标准的接口或总线协议才能正常通信。 因此本章就常用的一些工业控制、计算机通信等方面 的总线协议及接口进行简单介绍

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9.2 通信总线及接口基本概念9.2.1通信总线接口概述

一个设备中的微处理器要和外围芯片设备以及设备之间都存在通信,首先需确立通信协议,按照统一的电气标准, 然后通过通信介质进行交互数据。 为了简化硬件电路设计、简化系统结构,常用一组线路, 配置以适当的接口电路,与各部件和外围设备连接,这组 共用的连接线路被称为总线。 通信总线和接口是各种电气设备通信的基础,因此,要 实现不同设备之间的正常通信,必须有通信总线和接口。《通信技术基础》

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通信方式按照连接方式可分为有线通信和无线通信。 按照数据传送方式可分为并行通信和串行通信,相应的 通信总线被称为并行总线和串行总线。不管是按照什么 方式来分其数据传输都是按并行或串行通信的方式来进 行的。

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9.2.2 并行通信并行通信传输中有多个数据位,同时在两个设备之间 传输。通信速度快,但用的通信线多、成本高 。

图9.1 并行数据数据传输 《通信技术基础》

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9.2.3 串行通信串行数据传输时,数据是一次一位地在通信线上传输 的。

图9.2 串行数据数据传输 《通信技术基础》

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串行数据通信的方向性结构有三种,即单工、半双工和全双工。

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图9.3 串行数据通信的方向性结构

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串行通信可以分为同步通信和异步通信两类。同步 通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收, 异步通信是一种利用字符的再同步技术的通信方式。 1.同步通信 同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式,一

次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同,通常含有若干个数据字符。它们均由同步 字符、数据字符和校验字符(CRC)组成。

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2.异步通信 异步通信中,在异步通行中有两个比较重要的指标: 字符帧格式和波特率。数据通常以字符或者字节为单位 组成字符帧传送。发送端和

接收端可以由各自的时钟来 控制数据的发送和接收,这两个时钟源彼此独立,互不

同步。

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9.2.4 串行通信和并行通信的发展从技术发展的情况来看,串行传输方式大有彻底取 代并行传输方式的势头。 1.并行传输技术遭遇发展困境 由于并行传送方式的前提是用同一时序传播信号, 用同一时序接收信号,而过分提升时钟频率将难以

让数据传送的时序与时钟合拍,布线长度稍有差异,数据就会以与时钟不同的时序送达。 提升时钟频率还容易引起信号线间的相互干扰。因 此,并行方式难以实现高速化。《通信技术基础》

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