《虚拟仪器导论》PPT电子教案第7章 虚拟仪器通信技术

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1、虚拟仪器通信技术虚拟仪器通信技术第7章 虚拟仪器通信技术n教学重点n串行通信串行通信n网络通信网络通信n在在WebWeb上发布上发布VIVInIrDAIrDA无线数据通信无线数据通信7. 1 串行通信7.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念n串行通信串行通信：将数据分解成二进制位用一条信：将数据分解成二进制位用一条信号线，一位一位顺序传送的方式号线，一位一位顺序传送的方式n串行通信的优势串行通信的优势：用于通信的线路少，因而：用于通信的线路少，因而在远距离通信时可以极大地降低成本在远距离通信时可以极大地降低成本n串行通信适合于远距离数据传送串行通信适合于远距离数据传送，也常用于，也常用

2、于速度要求不高的近距离数据传送速度要求不高的近距离数据传送nPCPC系列机上有两个串行异步通信接口系列机上有两个串行异步通信接口1. 数据传送方式全双工全双工半双工半双工单工单工站站A站站B站站A站站B站站A站站B2. 传输速率与传输距离n在串行通信中，传输速率用波特率表示在串行通信中，传输速率用波特率表示 。n波特率波特率是指单位时间内传送二进制数据的位是指单位时间内传送二进制数据的位数，其单位是位数，其单位是位/秒（秒（bps）例如例如：设数据传送的速率为：设数据传送的速率为120120字符字符/ /秒，每个字符秒，每个字符（帧）包括（帧）包括1010个数据位，则传送的波特率为：个数据位，

3、则传送的波特率为： 101012012012001200位位/ /秒秒12001200波特率波特率 每一位传送的时间为每一位传送的时间为T T1/1200=0.833ms1/1200=0.833ms 传输距离传输距离是指发送传输距离是指发送端和接收端之间直端和接收端之间直接传送串行数据的接传送串行数据的最大距离（误码在最大距离（误码在允许的范围内），允许的范围内），它与传输速率及传它与传输速率及传输介质的电气特性输介质的电气特性有关，传输距离往有关，传输距离往往随传输速率的增往随传输速率的增大而减小。大而减小。3. 串行通信方式n串行通讯可以分为两种类型：串行通讯可以分为两种类型： 异步通信异

4、步通信 同步通信同步通信n异步通信异步通信：以字符为单位进行传输。两个字符之间以字符为单位进行传输。两个字符之间的传输间隔是任意的。的传输间隔是任意的。n同步通信同步通信：靠同步字符完成收发双方同步。多个字：靠同步字符完成收发双方同步。多个字符成组传送，在每组信息的开始，加上同步字符，符成组传送，在每组信息的开始，加上同步字符，字符组和同步字符以及需要的其他字符构成一个信字符组和同步字符以及需要的其他字符构成一个信息帧。在没有信息要传输时，要填上空字符，因为息帧。在没有信息要传输时，要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。同步传输不允许有间隙。异步通信协议异步通信协议起始位起始位校验位校验位停

5、止位停止位空闲位空闲位数据位数据位低位低位高位高位字符字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1起始位起始位每个字符开始传送的标志，每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑起始位采用逻辑0电平电平数据位数据位数据位紧跟着起始位传送。数据位紧跟着起始位传送。由由58个二进制位组成，低位先传送个二进制位组成，低位先传送校验位校验位用于校验是否传送正确；可用于校验是否传送正确；可选择奇检验、偶校验或不传送校验位选择奇检验、偶校验或不传送校验位停止位停止位表示该字符传送结束。停止表示该字符传送结束。停止位采用逻辑位采用逻辑1电平，可选择电平，可选择1、1.5或或

6、2位位空闲位空闲位传送字符之间的逻辑传送字符之间的逻辑1电平，电平，表示没有进行传送表示没有进行传送同步通信n以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或个或2个同步字符，最后以校验字符结束个同步字符，最后以校验字符结束n同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂电路比较复杂n串行同步通信主要应用在网络当中串行同步通信主要应用在网络当中n最常使用高级数据链路控制协议最常使用高级数据链路控制协议HDLC4. 校验方式n串行通信一般采用两种校验方式：串行通信一般采用两种校验方式： 奇偶校验奇

7、偶校验 CRC循环冗余校验循环冗余校验 。奇偶校验奇偶校验：是以字符为单位进行校验。在每一：是以字符为单位进行校验。在每一 个字符传输过程中，增加一位作为校验位，个字符传输过程中，增加一位作为校验位，该位是该位是1或或0应能保证字符中应能保证字符中1的个数是奇的个数是奇(奇奇校验校验)或偶或偶(偶校验偶校验)。奇校验：校验位奇校验：校验位=a1+a2+an+1偶校验：校验位偶校验：校验位=a1+a2+an例如，采用偶校验发送字符为例如，采用偶校验发送字符为1101101，则校验位为则校验位为15. RS-232C接口标准n美国电子工业协会美国电子工业协会EIA制定的制定的通用标准串行接口通用标

8、准串行接口n1962年公布，年公布，1969年修订年修订n1987年年1月正式改名为月正式改名为EIA-232Dn设计目的是用于连接调制解调器设计目的是用于连接调制解调器n现已成为数据终端设备现已成为数据终端设备DTE（例如计算机）与数据（例如计算机）与数据通信设备通信设备DCE（例如调制解调器）的标准接口（例如调制解调器）的标准接口n可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机n属于网络层次结构中的最低层：物理层属于网络层次结构中的最低层：物理层RS-232C引脚nPC机上的机上的COM1、COM2接口，就是接口，就是RS-232C接口，使用接口，使用9针

9、和针和25针连接器针连接器不使用联络信号的3线相连方式微机微机TxDRxDGND微机微机为了交换信息，为了交换信息，TxD和和RxD应当交叉连接应当交叉连接程序中不必使程序中不必使RTS和和DTR有效有效也不应检测也不应检测CTS和和DSR是否有效是否有效 RS-232C的电气特性232C接口采用接口采用EIA电平电平n逻辑逻辑“0”为为3V15Vn逻辑逻辑“1”为为3V15Vn实际常用实际常用12V或或15Vn标准标准TTL电平电平n高电平：高电平：2.4V5Vn低电平：低电平：0V0.4V相互转换相互转换7.1.2 LabVIEW串行通信节点n串口子选板共包括串口子选板共包括8个节点，分别

10、实现初始化个节点，分别实现初始化串口、串口写、串口读、检测串口缓存、中串口、串口写、串口读、检测串口缓存、中断以及关闭串口等功能。断以及关闭串口等功能。 VISA配置串口节点VISAVISA配置串口节点用配置串口节点用于初始化串口，在利于初始化串口，在利用计算机控制串口仪用计算机控制串口仪器设备时，先要配置器设备时，先要配置好串口，即先初始化好串口，即先初始化串口，使计算机串口串口，使计算机串口的各种参数设置与仪的各种参数设置与仪器设备的串口保持一器设备的串口保持一致，这样才能够正确致，这样才能够正确地进行串行通信。地进行串行通信。 7.1.3 串行通信编程举例例例7.1 双机串行通信双机串行

11、通信 要求使用两台计算机进行串行通信，一台计算要求使用两台计算机进行串行通信，一台计算机作为甲机，通过机作为甲机，通过RS-232C串口向外发送数据；另串口向外发送数据；另一台计算机作为乙机，接收由甲机发送来的数据。一台计算机作为乙机，接收由甲机发送来的数据。 乙机 甲机 初始化串口 初始化串口 串口写 结束 检测串口输入 缓冲字节数 串口读 结束 数据 甲机发送数据VI的前面板和程序框图乙机接收数据VI的前面板和程序框图 串行通信编程例例7.2 对一台配置了对一台配置了RS-232C串口的仪器实现串行发串口的仪器实现串行发送与接收操作送与接收操作前面板前面板程序框图程序框图7.2 网络通信n

12、虚拟仪器技术与网络技术相结合，构成网虚拟仪器技术与网络技术相结合，构成网络化虚拟测试系统是虚拟仪器发展的方向络化虚拟测试系统是虚拟仪器发展的方向之一。之一。LabVIEW具有强大的网络通信功能，具有强大的网络通信功能，这种功能使得这种功能使得LabVIEW的使用者可以很容的使用者可以很容易地编写出具有强大网络通信能力的易地编写出具有强大网络通信能力的LabVIEW应用软件，以实现远程测控。应用软件，以实现远程测控。 7.2.2 TCP通信1. TCP协议简介协议简介 TCP协议是协议是TCP/IP协议中的一个子协议。协议中的一个子协议。TCP/IP是是Transmission Control

13、Protocol/Internet Protocol的简写，名为的简写，名为传输控制协议传输控制协议/互联网络协议。是互联网络协议。是20世纪世纪70年代由美国国防部开发的协议标准。年代由美国国防部开发的协议标准。 TCP提供了一种面向连接的、可靠的传输提供了一种面向连接的、可靠的传输层服务。层服务。2. TCP节点n在在LabVIEW8.2中，中，TCP 节点位于函数选板节点位于函数选板的【数据通信】的【数据通信】【协议【协议】【TCP】子选】子选板中板中 。3. TCP通信编程举例例例7.37.3 利用利用TCPTCP协议进协议进行双机通信行双机通信 双机通信流程如图双机通信流程如图服务器

14、VI的前面板和程序框图客户机VI的前面板和程序框图7.2.2 UDP通信1. UDP协议简介协议简介 UDP(User Datagram Protocol)，用户数据传，用户数据传输协议，是一个无连接模式协议，提供向另一用户输协议，是一个无连接模式协议，提供向另一用户程序发送信息的最简协议机制，使用程序发送信息的最简协议机制，使用IP 路由功能把路由功能把数据包发送到目的地。数据包发送到目的地。UDP有下述几个特性：有下述几个特性：UDP是一个无连接协议。是一个无连接协议。由于不建立连接，因此一台服务器可同时向多个客户机传输由于不建立连接，因此一台服务器可同时向多个客户机传输相同的信息。相同的

15、信息。UDP信息包的标题很短，只有信息包的标题很短，只有8个字节，相对于个字节，相对于TCP的的20个个字节信息包的额外开销很小。字节信息包的额外开销很小。吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。2. UDP节点n在在LabVIEW8.2中，中，UDP 节点位于函数选板节点位于函数选板的【数据通信】的【数据通信】【协议【协议】【UDP】子选】子选板中板中 3. UDP通信编程举例例例7.4 将服务器端将服务器端产生的正弦信号产生的正弦信号由由UDP

16、 Write节节点发送到客户机。点发送到客户机。服务器服务器VIVI的前面的前面板和程序框图板和程序框图客户机VI的前面板和程序框图 7.2.3 DataSocket通信1. DataSocket基本概念基本概念 DataSocket是是NI公司推出的一项基于公司推出的一项基于TCPIP协议的新技术，协议的新技术，DataSocket面向测量和网上实时面向测量和网上实时高速数据交换，可用于一台计算机内或者网络中多高速数据交换，可用于一台计算机内或者网络中多个应用程序之间的数据交换。个应用程序之间的数据交换。 DataSocket的体系结构如图的体系结构如图 DataSocket的组成nData

17、Socket由由 DataSocket API DataSocket Server组成组成 DataSocket API是一个和协议、编程是一个和协议、编程语言、操作系统无关的应用程序接口，能够语言、操作系统无关的应用程序接口，能够把测量数据转化为适合在网络上传输的数据把测量数据转化为适合在网络上传输的数据流。流。DataSocket Server是一个独立部分，是一个独立部分，可以把现场数据高速传给远端客户。可以把现场数据高速传给远端客户。发布者、服务器和接收者之间的关系n用用DataSocket Server发布数据需要发布数据需要3个部分：个部分： 发布者（发布者（publisher）

18、服务器（服务器（DataSocket Server） 接收者（接收者（subscriber） 三者关系如图三者关系如图 DataSocket 服务器 发布者 接收者 应用程序 接收者 Web Page （1）DataSocket Server ManagernDataSocket Server Manager是一个独立是一个独立运 行 的 程 序 ， 它 的 主 要 功 能 是 设 置运 行 的 程 序 ， 它 的 主 要 功 能 是 设 置DataSocket Server 可连接的客户程序的最可连接的客户程序的最大数目和可创建的数据项的最大数目，创建大数目和可创建的数据项的最大数目，创建用

19、户组和用户，设置用户创建数据项和读写用户组和用户，设置用户创建数据项和读写数据项的权限。数据项的权限。DataSocket Server Manager窗口（2）DataSocket ServenDataSocket Server 也是一个独立运行的程序，也是一个独立运行的程序，它负责监管它负责监管DataSocket Server Manager中所设中所设定 的 各 种 权 限 和 客 户 程 序 之 间 的 数 据 交 换 。定 的 各 种 权 限 和 客 户 程 序 之 间 的 数 据 交 换 。 DataSocket Server 运行后的窗口如图。运行后的窗口如图。2. DataS

20、ocket节点n在在LabVIEW8.2中，中，DataSocket节点位于节点位于函数选板的【数据通信函数选板的【数据通信】【DataSocket】子选板中子选板中 3. DataSocket应用举例例例7.5 DataSocket使用实例。对一内河水使用实例。对一内河水情进行远程监控，将现场监控工作站采集情进行远程监控，将现场监控工作站采集到的内河水位、水流量、闸门开启高度等到的内河水位、水流量、闸门开启高度等参数通过通信网络发送到控制中心，以实参数通过通信网络发送到控制中心，以实现对内河水情的实时监控。现对内河水情的实时监控。 在本例中，内河水情数据用随机数产在本例中，内河水情数据用随机

21、数产生，以代替真实的采集数据。生，以代替真实的采集数据。 DataSocket发布端程序框图图为了方便，把水位、水流量和闸门开启高度合并成为了方便，把水位、水流量和闸门开启高度合并成一个数组传输，由写入一个数组传输，由写入DataSocket节点写入，地节点写入，地址为址为Dstp：/202.119.80.170/water，外层用，外层用While循环连续写入数据。循环连续写入数据。 远程接收端程序框图和运行结果7.3 在Web上发布VI n LabVIEW可以将可以将VI发布到发布到Web上，这样用上，这样用户就可以通过浏览器来访问户就可以通过浏览器来访问VI程序的前面板，程序的前面板，甚

22、至还可以控制远程计算机上甚至还可以控制远程计算机上VI程序的运行。程序的运行。 n网站服务器、网站服务器、VI及远程用户客户端的关系及远程用户客户端的关系 VI 远程用户 客户端 网站服务器 远程用户 客户端 远程用户 客户端 7.3.1 Web服务器配置 Web Web服务器配置界面服务器配置界面 Web服务器可见VI配置界面 Web服务器浏览器访问配置界面 7.3.2 Web发布网页配置 选择选择VIVI和查看选项界面和查看选项界面选择HTML输出界面 保存新网页界面7.3.3 客户端的远程连接连接远程前面板界面连接远程前面板界面 客户端运行结果7.4 IrDA无线数字通信nIrDA是红外

23、数据协会的英文缩写（是红外数据协会的英文缩写（Infrared Data Association）。）。IrDA标准包括三个基标准包括三个基本的规范和协议：本的规范和协议：n红外物理层连接规范红外物理层连接规范 (Infrared Physical Layer Link Specification，IrPHY)n红外连接访问协议红外连接访问协议(Infrared Link Access Protocol，IrLAP) n红 外 连 接 管 理 协 议红 外 连 接 管 理 协 议 ( I n f r a r e d L i n k Management Protocol，IrLMP)。 IrDA节点n在在LabVIEW8.2中，中，IrDA 节点位于函数选节点位于函数选板的【数据通信】板的【数据通信】【协议【协议】【IrDA】子】子选板，如图所示选板，如图所示 。IrDA通信编程举例例例7.6 利用利用IrDA技术进行双机通信技术进行双机通信服务发起方服务发起方的程序框图的程序框图 服务接收方服务接收方的程序框图的程序框图 Thank You !本章结束本章结束