串行通信協(xié)議USB接口

幾十年不變的串行通信技術近兩年被打破了，打破堅冰的技術就是USB。USB接口的出現(xiàn)在工業(yè)通信領域的反映很冷淡，然而在IT界的反響卻十分強烈。如今在計算機外聯(lián)的設備中，越來越多的設備開始使用USB接口。

IT新銳-USB

USB是英文 Universal Serial Bus 的縮寫，翻譯成中文的含義是"通用串行總線"。

從技術上看，USB是一種串行總線系統(tǒng)，它的最大特性是支持即插即用和熱插拔功能。在Windows 2000的操作系統(tǒng)中，任何一款標準的USB設備可以在任何時間、任何狀態(tài)下與計算機連接，并且能夠馬上開始工作。

USB誕生于1994年，是由康柏、IBM、Intel和Microsoft共同推出的，旨在統(tǒng)一外設接口，如打印機、外置Modem、掃描儀、鼠標等的接口，以便于用戶進行便捷的安裝和使用，逐步取代以往的串口、并口和PS/2接口。

發(fā)展至今，USB共有三種標準:1996年發(fā)布的USB1.0，1998年發(fā)布的USB1.1以及剛剛發(fā)布的最新標準USB2.0。此三種標準最大的差別就在于數(shù)據(jù)傳輸速率方面，當然，在其他方面也有不同程度的改進。就目前的USB2.0而言，其傳輸速度可以達到480Mbps，最多可以支持127個設備。

目前在IT領域，USB接口可謂春風得意。人們在市場上可以看到，每一款計算機主板都帶有不少于2個USB接口，USB打印機、USB調制解調器、USB鼠標、USB音箱、USB存儲器等產品越來越多，USB接口已經占據(jù)了串行通信技術的壟斷地位。

但是，在工業(yè)領域，使用USB接口的產品則甚為少見。在工業(yè)領域，人們更要求產品的可靠性和穩(wěn)定性，目前，EIA標準下的串行通信技術完全可以滿足人們對工業(yè)設備傳輸?shù)母鞣N性能要求，而且，這些產品價格非常低廉。相比之下，USB價格較高，并且其即插即用的功能在工業(yè)通信中沒有優(yōu)勢。因為工業(yè)設備一般連接好以后很少進行重復插拔，USB特性的優(yōu)越性不能很好地被體現(xiàn)出來，也就得不到工業(yè)界的普遍認可。因此，在工業(yè)領域，EIA標準依然占據(jù)統(tǒng)治地位。

最被人們熟悉的串行通信技術標準是EIA-232、EIA-422和EIA-485，也就是以前所稱的RS-232、RS-422和RS-485。由于EIA提出的建議標準都是以"RS"作為前綴，所以在工業(yè)通信領域，仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱謂。

EIA-232、EIA-422和EIA-485都是串行數(shù)據(jù)接口標準，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制訂并發(fā)布的，EIA-232在1962年發(fā)布，后來陸續(xù)有不少改進版本，其中最常用的是EIA-232-C版。

目前EIA-232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。EIA-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標準。EIA-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通信。標準規(guī)定，EIA-232的傳送距離要求可達50英尺(約15米)，最高速率為20kbps。

由于EIA-232存在傳輸距離有限等不足，于是EIA-422誕生了。EIA-422標準全稱是"平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性"，它定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長到4000英尺(約1219米)，并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。當然，EIA-422也有缺陷: 因為其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，所以在100kbps速率以內，傳輸距離才可能達到最大值，也就是說，只有在很短的距離下才能獲得最高傳輸速率。一般在100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mbps。另外有一點必須指出，在EIA-422通信中，只有一個主設備(Master)，其余為從設備(Slave)，從設備之間不能進行通信，所以EIA-422支持的是點對多點的雙向通信。

為擴展應用范圍，EIA于1983年在EIA-422基礎上制定了EIA-485標準，增加了多點、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)送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。

由于EIA-485是從EIA-422基礎上發(fā)展而來的，所以EIA-485許多電氣規(guī)定與EIA-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、最大傳輸距離約為1219米、最大傳輸速率為10Mbps等。但是，EIA-485可以采用二線與四線方式，采用二線制時可實現(xiàn)真正的多點雙向通信，而采用四線連接時，與EIA-422一樣只能實現(xiàn)點對多點通信，但它比EIA-422有改進， 無論四線還是二線連接方式總線上可接多達32個設備。

由于EIA-232、EIA-422與EIA-485標準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，標準內容規(guī)定比較簡單，在此標準基礎上，用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此，這些串行通信技術應用很廣，如錄像機、計算機以及許多工業(yè)控制設備上都配備有EIA-232串行通信接口。

目前，還有一項串行通信技術受到人們的關注，這就是IEEE 1394，這項技術雖然還沒有普及，但是，人們對它的前景十分看好。

未來之星-IEEE 1394

IEEE 1394是一種與平臺無關的串行通信協(xié)議，標準速度分為100Mbps、200Mbps和400Mbps，是IEEE(電氣與電子工程師協(xié)會)于1995年正式制定的總線標準。目前，1394商業(yè)聯(lián)盟正在負責對它進行改進，爭取未來將速度提升至800Mbps、1Gbps和1.6Gbps這三個檔次。相比于EIA接口和USB接口，IEEE 1394的速度要高得多，所以，IEEE 1394也稱為高速串行總線。

IEEE 1394提供了一種高速的即插即用總線。接入這條總線，各種外設便不再需要單獨供電，它也支持等時的數(shù)據(jù)傳輸，是將計算機和消費類電器連接起來的重要橋梁。例如，用戶可以在計算機上接駁一部數(shù)字VCR，把它當作一個普通的外設使用，既可用來播放電影，亦可以錄制在計算機上編輯視頻流。除此以外，帶有IEEE 1394接口的DV(數(shù)字視頻)攝影機和數(shù)字衛(wèi)星接收器目前均已上市。由于速度非?？?，所以它是消費類影音(A/V)電器、存儲、打印、高分辨率掃描和其他便攜設備的理想選擇。

從技術上看，IEEE 1394具有很多優(yōu)點，首先，它是一種純數(shù)字接口，在設備之間進行信息傳輸?shù)倪^程中，數(shù)字信號不用轉換成模擬信號，從而不會帶來信號損失;其次，速度很快，1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速度可以非常好地傳輸高品質的多媒體數(shù)據(jù)，而且設備易于擴展，在一條總線中，100Mbps、200Mbps和400Mbps的設備可以共存;另外，產品支持熱插拔，易于使用，用戶可以在開機狀態(tài)下自由增減IEEE 1394接口的設備，整個總線的通信不會受到干擾。

也許有人會問，采用并行方式不是可以達到更高的傳輸速度嗎?例如，包含了8根線芯的一條并行電纜和一條串行電纜相比，前者的速度可以是后者的8倍。從理論上看的確如此，但是在實際使用時，人們還要考慮其他許多因素。例如，在并行電纜的多股線芯之間，電子干擾比較厲害; 速度較高的時候，線芯之間的同步也是一個問題; 總線的問題則更加復雜。而各種IEEE 1394可通過菊花鏈的形式連接成一個網絡，當然，由于成本原因，它只適合組成一個小網，而且內含的設備都是家用電器和計算機外設之類的東西，不適合組建一個真正的"計算機網絡"。但它在一條總線內可以連接大量設備(最多63個)，數(shù)據(jù)的傳輸?shù)玫綐O大簡化，不僅需要的命令集被精簡了，而且只需針對一個地址直接進行讀寫。

目前支持IEEE 1394的產品有臺式計算機、筆記本電腦、高精度掃描儀、數(shù)字視頻(DV)攝影機、數(shù)碼音箱(SA2.5)、數(shù)碼相機等。

CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN)，是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。在汽車產業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應"減少線束的數(shù)量"、"通過多個LAN，進行大量數(shù)據(jù)的高速通信"的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進行了標準化，在歐洲已是汽車網絡的標準協(xié)議。

CAN 的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設備、工業(yè)設備等方面?，F(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術支持。

第1章 數(shù)據(jù)通信基礎

1.1 數(shù)據(jù)通信概述

1.1.1 數(shù)據(jù)通信概念及特點

1.1.2 數(shù)據(jù)通信研究的內容

1.1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構成

1.2 通信協(xié)議

1.2.1 通信協(xié)議的概念

1.2.2 通信協(xié)議的內容和功能

1.2.3 串行通信協(xié)議

1.3 數(shù)據(jù)傳輸模式

1.3.1 串行和并行傳輸

1.3.2 異步和同步傳輸

1.3.3 雙工通信

1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質量標準

1.4.1 傳輸速率

1.4.2 誤碼率

1.4.3 可靠度

1.4.4 功率利用率和頻帶利用率

1.4.5 標準性

1.4.6 通信建立時間

1.4.7 其它指標

1.5 數(shù)據(jù)傳輸媒質

1.5.1 有線傳輸媒質

1.5.2 無線傳輸媒質

第2章 數(shù)據(jù)通信中的調制解調技術及應用

2.1 調制解調技術原理

2.1.1 引言

2.1.2 數(shù)字振幅調制

2.1.3 數(shù)字頻率調制

2.1.4 數(shù)字相位調制

2.2 調制解調器概述

2.2.1 調制解調器的功能

2.2.2 調制解調器的構成

2.2.3 調制解調器的標準

2.2.4 調制解調器的分類

2.3 調制解調器技術規(guī)范

2.3.1 調制解調器的標準速率

2.3.2 TCM技術

2.3.3 調制解調器新技術

2.4 調制解調器應用實例

2.4.1 實例一:調制解調器芯片AM7910及其應用

2.4.2 實例二:調制解調器芯片SSI73K222AL及其應用

2.4.3 實例三:HART調制解調器HT2012的原理和應用

2.4.4 實例四:嵌入式調制解調器與單片機的接口及編程

2.4.5 實例五:基于MODEM的單片機與PC機之間的遠程通信

第3章 數(shù)據(jù)通信中的編/解碼技術及應用

3.1 DTMF編/解碼技術

3.1.1 DTMF編/解碼技術基礎知識

3.1.2 DTMF遠程通信的軟硬件實現(xiàn)技術及其應用

3.1.3 DTMF編/解碼芯片在遙控系統(tǒng)中的應用

3.1.4 幾種新型DTMF編/解碼芯片的應用實例

3.2 三態(tài)邏輯編/解碼技術

3.2.1 幾種常用的三態(tài)邏輯編/解碼芯片及其典型應用電路

3.2.2 三態(tài)邏輯編/解碼器在PC機與單片機通信中的應用

3.2.3 三態(tài)邏輯編/解碼器在信號檢測系統(tǒng)中的應用

3.3 紅外遙控技術

3.3.1 紅外遙控原理

3.3.2 紅外編/解碼方法

3.3.3 幾種新型紅外編/解碼芯片及其應用

3.4 差錯控制技術

3.4.1 抗干擾編碼的基本概念

3.4.2 差錯控制的基本工作方式

3.4.3 幾種常用檢錯碼

3.4.4 數(shù)據(jù)通信中的糾錯編碼

第4章 串行通信總線標準及接口技術

4.1 串行通信總線標準接口

4.2 RS-232C總線標準及應用

4.2.1 RS-232C總線標準接口及電器特性

4.2.2 電平轉換芯片介紹

4.3 RS-449/423/422/485標準總線接口及其應用

4.3.1 RS-232C接口的主要缺點

4.3.2 RS-422串行總線標準及應用

4.3.3 RS-485標準

4.3.4 RS-232C、RS-422A、RS-485性能比較

4.3.5 驅動芯片介紹

……

第5章 51單片機之間的通信技術

第6章 51單片機與PC機的通信技術

附錄A 部分常用網址

A.1 部分國際標準協(xié)會的網址

A.2 部分IC查詢站點

A.3 部分國外電子公司網址

附錄B 集成電路前綴和生產公司

附錄C 波特率表

參考文獻