23串行通信接口与SAS中的通信技术和协议

计算机系统及应用计算机系统及应用第第22222222部分部分计算机接口技术与计算机接口技术与应用应用清华大学电机工程与应用电子技术系清华大学电机工程与应用电子技术系清华大学电机工程与应用电子技术系清华大学电机工程与应用电子技术系盛新富，盛新富，盛新富，盛新富，2012-12-102012-12-102012-12-102012-12-10第第22222222部分部分计算机接口技术与计算机接口技术与应用应用2.12.12.12.1变电站自动化系统（SASSASSASSAS）概述2.22.22.22.2模数转换接口与SASSASSASSAS中的数据采集技术2.32.32.32.3串行通信接口与SASSASSASSAS中的通信技术和协议2.42.42.42.4智能变电站与IEC61850IEC61850IEC61850IEC61850概述2.52.52.52.5智能化的一次设备2.5.12.5.12.5.12.5.1电子式互感器2.5.22.5.22.5.22.5.2高压设备智能化技术2.62.62.62.6网络化的二次设备2.6.12.6.12.6.12.6.1智能变电站中的网络技术及其通信协议栈2.6.22.6.22.6.22.6.2合并单元与智能终端2.6.32.6.32.6.32.6.3间隔层智能电子装置（IEDIEDIEDIED）2.7IEC618502.7IEC618502.7IEC618502.7IEC61850中的数据模型、服务模型和SCLSCLSCLSCL概述2.32.32.32.32.32.32.32.3串行通信接口串行通信接口与与SASSASSASSASSASSASSASSAS中的通信技术和协议中的通信技术和协议内容2.3.12.3.12.3.12.3.1串行通信接口2.3.22.3.22.3.22.3.2电力系统通信技术概述2.3.3SAS2.3.3SAS2.3.3SAS2.3.3SAS中的通信技术概述2.3.4IEC60870-5-101/1042.3.4IEC60870-5-101/1042.3.4IEC60870-5-101/1042.3.4IEC60870-5-101/104协议介绍2.3.12.3.12.3.12.3.12.3.12.3.12.3.12.3.1串行通信接口串行通信接口并行并行并行并行————————8888位同时输入位同时输入位同时输入位同时输入////输出输出输出输出D7D7D7D7D6D6D6D6D5D5D5D5D4D4D4D4D3D3D3D3D2D2D2D2D1D1D1D1D0D0D0D0CPUCPUCPUCPUPA7PA7PA7PA7PA6PA6PA6PA6PA5PA5PA5PA5PA4PA4PA4PA4PA3PA3PA3PA3PA2PA2PA2PA2PA1PA1PA1PA1PA0PA0PA0PA08255A8255A8255A8255ARxDRxDRxDRxDTxDTxDTxDTxD目的目的目的目的源源源源D7D7D7D7D6D5D4D3D2D6D5D4D3D2D6D5D4D3D2D6D5D4D3D2D1D1D1D1D0D0D0D0TdTdTdTd串行串行串行串行————————8888位依次分时输入位依次分时输入位依次分时输入位依次分时输入////输出输出输出输出串行通信的基本概念串行通信的基本概念串行通信的基本概念串行通信的基本概念指数据一位接着一位在一根线路上传输，在传输过程指数据一位接着一位在一根线路上传输，在传输过程指数据一位接着一位在一根线路上传输，在传输过程指数据一位接着一位在一根线路上传输，在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度中，每一位数据都占据一个固定的时间长度中，每一位数据都占据一个固定的时间长度中，每一位数据都占据一个固定的时间长度(Td)(Td)(Td)(Td)。。。。RxDRxDRxDRxDTxDTxDTxDTxD目的目的目的目的源源源源D7D7D7D7D6D5D4D3D2D6D5D4D3D2D6D5D4D3D2D6D5D4D3D2D1D1D1D1D0D0D0D0TdTdTdTd波特率波特率波特率波特率====1/Td1/Td1/Td1/Td波特率波特率波特率波特率((((BaudrateBaudrateBaudrateBaudrate))))是串行通信中衡量数据传输速率的单位是串行通信中衡量数据传输速率的单位是串行通信中衡量数据传输速率的单位是串行通信中衡量数据传输速率的单位,,,,即每秒传送的二进制数据的位即每秒传送的二进制数据的位即每秒传送的二进制数据的位即每秒传送的二进制数据的位数，以位数，以位数，以位数，以位////秒秒秒秒(bps)(bps)(bps)(bps)表示。表示。表示。表示。常用的波特率有：常用的波特率有：常用的波特率有：常用的波特率有：1200120012001200、、、、2400240024002400、、、、4800480048004800、、、、9600960096009600、、、、19200bps19200bps19200bps19200bps等等等等状态寄存器状态寄存器状态寄存器状态寄存器控制寄存器控制寄存器控制寄存器控制寄存器时钟与时钟与时钟与时钟与波特率波特率波特率波特率发生器发生器发生器发生器数据数据数据数据缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器控制控制控制控制逻辑逻辑逻辑逻辑地址地址地址地址译码译码译码译码DBDBDBDB数据发送寄存器数据发送寄存器数据发送寄存器数据发送寄存器发送移位寄存器发送移位寄存器发送移位寄存器发送移位寄存器串行输出串行输出串行输出串行输出0110010165H65H65H65H数据接收寄存器数据接收寄存器数据接收寄存器数据接收寄存器接收移位寄存器接收移位寄存器接收移位寄存器接收移位寄存器串行输入串行输入串行输入串行输入1010011065H65H65H65HCBCBCBCBABABABAB串行通信接口原理图串行通信接口原理图串行通信接口原理图串行通信接口原理图D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0TxDTxDTxDTxDRxDRxDRxDRxDUARTUARTUARTUART异步串行数据格式：数据以帧数据以帧数据以帧数据以帧(Frame)(Frame)(Frame)(Frame)为单位，每一帧包含起始位（为单位，每一帧包含起始位（为单位，每一帧包含起始位（为单位，每一帧包含起始位（1111位）、数据位（位）、数据位（位）、数据位（位）、数据位（7777～～～～8888位）、奇偶校验位（位）、奇偶校验位（位）、奇偶校验位（位）、奇偶校验位（0000～～～～1111位）、停止位（位）、停止位（位）、停止位（位）、停止位（1111～～～～2222位），帧位），帧位），帧位），帧与帧之间可无间隔，也可有间隔（但间隔长度应有限制）与帧之间可无间隔，也可有间隔（但间隔长度应有限制）与帧之间可无间隔，也可有间隔（但间隔长度应有限制）与帧之间可无间隔，也可有间隔（但间隔长度应有限制）一帧一帧一帧一帧LSBLSBLSBLSBMSBMSBMSBMSBBBBBDDDDPPPPSSSS起起起起始始始始位位位位数据位数据位数据位数据位校校校校验验验验位位位位停止位停止位停止位停止位BBBB字节字节字节字节1111字节字节字节字节2222字节字节字节字节3333字节字节字节字节nnnn~~~~~~~~无间隔无间隔无间隔无间隔间隔间隔间隔间隔检错、奇校验、偶校验检错、奇校验、偶校验检错、奇校验、偶校验检错、奇校验、偶校验����串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错检查传输中的错误，叫检查传输中的错误，叫检查传输中的错误，叫检查传输中的错误，叫检错检错检错检错;;;;����最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之外，再传送外，再传送外，再传送外，再传送1111位奇位奇位奇位奇////偶校验位。可采用奇校验或偶校验：偶校验位。可采用奇校验或偶校验：偶校验位。可采用奇校验或偶校验：偶校验位。可采用奇校验或偶校验：奇校验奇校验奇校验奇校验：使所有传送的数位：使所有传送的数位：使所有传送的数位：使所有传送的数位((((含校验位含校验位含校验位含校验位))))中中中中1111的个数为奇数的个数为奇数的个数为奇数的个数为奇数偶校验偶校验偶校验偶校验：使所有传送的数位：使所有传送的数位：使所有传送的数位：使所有传送的数位((((含校验位含校验位含校验位含校验位))))中中中中1111的个数为偶数的个数为偶数的个数为偶数的个数为偶数LSBLSBLSBLSBMSBMSBMSBMSB起起起起始始始始位位位位数据位数据位数据位数据位校校校校验验验验位位位位停停停停止止止止位位位位奇校验算法：字节中全部码元进行异或运算，如结果为1，则全部码元1的总个数为奇数，其效验码为0，否则效验码为1。在接收时候，全部码元异或运算，结果1则正确，为0则错误。例：例：例：例：按按按按8888位数据位，奇校验，位数据位，奇校验，位数据位，奇校验，位数据位，奇校验，1111个停止位，个停止位，个停止位，个停止位，2400bps2400bps2400bps2400bps发送字节发送字节发送字节发送字节65H(01100101B)65H(01100101B)65H(01100101B)65H(01100101B)，则则则则TxDTxDTxDTxD上的波形为：上的波形为：上的波形为：上的波形为：D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7起起起起始始始始位位位位校校校校验验验验位位位位停停停停止止止止位位位位TTTTDDDDTTTTDDDD=1/2400=417us=1/2400=417us=1/2400=417us=1/2400=417us例：例：例：例：按按按按8888位数据位，偶校验，位数据位，偶校验，位数据位，偶校验，位数据位，偶校验，2222个停止位，个停止位，个停止位，个停止位，1200bps1200bps1200bps1200bps发送字节发送字节发送字节发送字节65H(01100101B)65H(01100101B)65H(01100101B)65H(01100101B)，则则则则TxDTxDTxDTxD上的波形为：上的波形为：上的波形为：上的波形为：D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7起起起起始始始始位位位位校校校校验验验验位位位位停停停停止止止止位位位位TTTTDDDDTTTTDDDD=1/1200=833us=1/1200=833us=1/1200=833us=1/1200=833us异步串行通信接收时的同步和定位在异步串行通信接收中，在异步串行通信接收中，在异步串行通信接收中，在异步串行通信接收中，正确地识别正确地识别正确地识别正确地识别RxDRxDRxDRxD引脚上的起始位的过程称为引脚上的起始位的过程称为引脚上的起始位的过程称为引脚上的起始位的过程称为同步同步同步同步；；；；确认各数据位、校验位和停止位的过程称为确认各数据位、校验位和停止位的过程称为确认各数据位、校验位和停止位的过程称为确认各数据位、校验位和停止位的过程称为定位定位定位定位。。。。Td=16TcTd=16TcTd=16TcTd=16Tc接收数据位接收数据位接