1、現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院1 2022-5-27第2章 工業(yè)串行通信原理 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院2 2022-5-272.1 2.1 工業(yè)串行通信概述工業(yè)串行通信概述2.2 串行通信的基礎(chǔ)知識(shí)串行通信的基礎(chǔ)知識(shí)本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容 本章主要介紹工業(yè)串行通信的基本概念和基礎(chǔ)知本章主要介紹工業(yè)串行通信的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)。識(shí)。2.3 工業(yè)串行通信與工業(yè)串行通信與EIA4852.4 串行通信的總線控制方式串行通信的總線控制方式現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院3 2022-5-27 通信的目的是傳送信息。通信中應(yīng)包含有發(fā)信方、收信方、傳送途徑和傳送方式。發(fā)信方又可稱為信源，收信方又可稱為信宿。簡

2、單的通信系統(tǒng)模型如圖2-1所示。2.1 工業(yè)串行通信概述圖2-1 通信系統(tǒng)模型現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院4 2022-5-27 通信系統(tǒng)可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類。模擬信號(hào)既可以通過模擬通信系統(tǒng)傳送，也可以通過數(shù)字通信系統(tǒng)傳送；數(shù)字信號(hào)既可以通過數(shù)字通信系統(tǒng)傳送，也可以通過模擬通信系統(tǒng)傳送。 在模擬通信系統(tǒng)中直接傳送的一定是模擬信號(hào)。模擬通信系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是抗干擾能力差和保密性差。2.1 工業(yè)串行通信概述現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院5 2022-5-27 在數(shù)字通信系統(tǒng)中直接傳送的一定是離散數(shù)字信號(hào)。相對于模擬通信系統(tǒng)來說，數(shù)字通信系統(tǒng)明顯的優(yōu)越性是抗干擾性強(qiáng)、保密性好，且數(shù)字電路易

3、于集成、縮小體積，所以現(xiàn)代通信越來越多地采用數(shù)字通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)通常是數(shù)字通信系統(tǒng)。 模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖2-2所示。2.1 工業(yè)串行通信概述現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院6 2022-5-272.1 工業(yè)串行通信概述圖2-2 模擬/數(shù)字通信系統(tǒng)模型現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院7 2022-5-272.1 工業(yè)串行通信概述 不經(jīng)變換的原始數(shù)據(jù)信號(hào)稱為基帶信號(hào)，直接利用基帶信號(hào)通過傳輸信道進(jìn)行傳輸?shù)姆绞椒Q為基帶傳輸，直接傳送這種基帶信號(hào)的系統(tǒng)稱為基帶傳輸系統(tǒng)?；鶐鬏斒墙鉀Q數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)囊环N方式。 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU和外部數(shù)字通信有兩種通信方式，即并行通信和串行通信。 串行通信

4、由于硬件結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活，在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。特別是近十年來，作為串行通信應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)得到了飛躍發(fā)展?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院8 2022-5-272.1 2.1 工業(yè)串行通信概述工業(yè)串行通信概述2.2 串行通信的基礎(chǔ)知識(shí)串行通信的基礎(chǔ)知識(shí)本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容 本章主要介紹工業(yè)串行通信的基本概念和基礎(chǔ)知本章主要介紹工業(yè)串行通信的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)。識(shí)。2.3 工業(yè)串行通信與工業(yè)串行通信與EIA4852.4 串行通信的總線控制方式串行通信的總線控制方式現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院9 2022-5-272.2.1 串行通信的概念 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信任務(wù)是傳送數(shù)據(jù)或

5、數(shù)據(jù)化的信息。這些數(shù)據(jù)通常以離散的二進(jìn)制0、1序列的方式表示。碼元是所傳輸數(shù)據(jù)的基本單位。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中所傳輸?shù)拇蠖酁槎a，它的每一位只能在0或1兩個(gè)狀態(tài)中取一個(gè)，每一位就是一個(gè)碼元。 二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在電路中被表示成“0”和“1”的碼元形式。這些碼元在傳輸方向上可以是多位并行排列，也可以是一位接一位地串行排列?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院10 2022-5-272.2.1 串行通信的概念 a）并行傳輸 一條信息的各位數(shù)據(jù)被同時(shí)傳送的通信方式稱為并行通信。并行通信堪稱“齊步走”。并行通信的特點(diǎn)是，各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，傳送速度快、效率高，但有多少數(shù)據(jù)位傳送就至少需多少根線，因此傳送成本高，只適用

6、于近距離（相距數(shù)米）的通信?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院11 2022-5-272.2.1 串行通信的概念 一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通信方式稱為串行通信，通常，最低位b0在先，依次從低到高逐位送出，當(dāng)其最高位（如b7）被送出時(shí)，該碼組就被發(fā)送完成。串行傳輸方式只使用一條傳送通道，即一條信道，外設(shè)和計(jì)算機(jī)間使用一根數(shù)據(jù)信號(hào)線（另外需要地線，可能還需要控制線），數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)信號(hào)線上一位一位地進(jìn)行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度。串行通信的特點(diǎn)是，數(shù)據(jù)按位順序傳送，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低，但傳送速度慢。串行通信的距離可以從幾米到幾千米。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院12

7、 2022-5-272.2.1 串行通信的概念b）串行傳輸 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院13 2022-5-272.2.2 串行通信的數(shù)據(jù)幀 在數(shù)字通信中，數(shù)據(jù)（信號(hào)碼元）應(yīng)以幀的形式組織起來，以便于接收和識(shí)別處理。 串行通信的數(shù)據(jù)格式有面向字符型的數(shù)據(jù)格式，如單同步、雙同步、外同步；也有面向比特型的數(shù)據(jù)格式，這以幀為單位傳輸，每幀由六個(gè)部分組成，分別是標(biāo)志區(qū)、地址區(qū)、控制區(qū)、信息區(qū)、幀校驗(yàn)區(qū)和標(biāo)志區(qū)?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院14 2022-5-272.2.2 串行通信的數(shù)據(jù)幀 從開始標(biāo)志到結(jié)束標(biāo)志之間構(gòu)成一個(gè)完整的信息單位，稱為一幀（Frame）。所有的信息是以幀的形式傳輸?shù)模鴺?biāo)志字符提供

8、了每一幀的邊界。接收端可以通過搜索“標(biāo)志字符”來探知幀的開頭和結(jié)束，以此建立幀同步。 在網(wǎng)絡(luò)通信中，“包”（Packet）和“幀”（Frame）的概念相同，均指通信中的一個(gè)數(shù)據(jù)塊（報(bào)文）。對于某種具體通信網(wǎng)絡(luò)，一般使用術(shù)語“幀”。一種網(wǎng)絡(luò)的幀格式可能與另一種網(wǎng)絡(luò)不同，通常使用術(shù)語“包”來指一般意義的幀。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院15 2022-5-272.2.3 同步通信與異步通信1. 同步通信 所謂同步通信是指在約定的通信速率下，發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘信號(hào)頻率和相位始終保持一致（同步），這就保證了通信雙方在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)具有完全一致的定時(shí)關(guān)系。 同步通信把許多字符組成一個(gè)信息組，或稱為信息

9、幀，每幀的開始用同步字符來指示。由于發(fā)送和接收的雙方采用同一時(shí)鐘，所以在傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)還要傳送時(shí)鐘信號(hào)，以便接收方可以用時(shí)鐘信號(hào)來確定每個(gè)信息位。串行數(shù)據(jù)流的同步傳輸如圖2-4所示?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院16 2022-5-272.2.3 同步通信與異步通信圖2-4 串行數(shù)據(jù)流的同步傳輸現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院17 2022-5-272.2.3 同步通信與異步通信 同步通信要求在傳輸線路上始終保持連續(xù)的字符位流，若計(jì)算機(jī)沒有數(shù)據(jù)傳輸，則線路上要用專用的“空閑”字符或同步字符填充。 同步通信傳送信息的位數(shù)幾乎不受限制，通常一次通信傳送的數(shù)據(jù)有幾十到幾千個(gè)字節(jié)，通信效率較高。但它要求在通信中

10、保持精確的位同步、幀同步，所以其發(fā)送器和接收器比較復(fù)雜，成本也較高，一般用于傳送速率要求較高的場合?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院18 2022-5-272.2.3 同步通信與異步通信2. 異步通信 異步通信規(guī)定字符由起始位（Start Bit）、數(shù)據(jù)位（Data Bit）、奇偶校驗(yàn)位（Parity）和停止位（Stop Bit）組成。起始位表示一個(gè)字符的開始，接收方可用起始位使自己的接收時(shí)鐘與數(shù)據(jù)同步。停止位則表示一個(gè)字符的結(jié)束。 這種用起始位開始，停止位結(jié)束所構(gòu)成的一串信息稱為幀（Frame）（注意：異步通信中的“幀”與同步通信中“幀”是不同的，異步通信中的“幀”只包含一個(gè)字符，而同步通信中“幀

11、”可包含幾十個(gè)到上千個(gè)字符）。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院19 2022-5-272.2.3 同步通信與異步通信 在傳送一個(gè)字符時(shí)，由一位低電平的起始位開始，接著傳送數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位為58位。在傳輸時(shí)，按低位在前、高位在后的順序傳送。奇偶校驗(yàn)位用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性，也可以沒有，可由程序來指定。 最后傳送的是高電平的停止位，停止位可以是1位、1.5位或2位。停止位結(jié)束到下一個(gè)字符的起始位之間的空閑位要由高電平來填充（只要不發(fā)送下一個(gè)字符，線路上就始終為空閑位，數(shù)據(jù)幀之間的間隔大小不確定，使得傳送的數(shù)據(jù)碼組間沒有確定時(shí)間關(guān)系，是謂異步）?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院20 2022-5-272.2.

12、3 同步通信與異步通信 異步通信中典型的幀格式是：1位起始位，58位數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗(yàn)位（可選），12位停止位，如圖2-5所示。 圖2-5 串行數(shù)據(jù)流的異步傳輸現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院21 2022-5-272.2.3 同步通信與異步通信 從以上敘述可以看出，在異步通信中，每接收一個(gè)字符，接收方都要重新與發(fā)送方同步一次，所以接收端的同步時(shí)鐘信號(hào)并不需要嚴(yán)格地與發(fā)送方同步，只要它們在一個(gè)字符的傳輸時(shí)間范圍內(nèi)能保持同步即可，這意味著對時(shí)鐘信號(hào)漂移的要求要比同步信號(hào)低得多，硬件成本也要低得多，但是異步傳送一個(gè)字符，要增加大約20的附加信息位，所以傳送效率比較低。異步通信方式簡單可靠，也容易實(shí)現(xiàn)，

13、故廣泛地應(yīng)用于各種微型機(jī)系統(tǒng)中。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院22 2022-5-272.2.3 同步通信與異步通信 3. 典型串行異步通信的實(shí)現(xiàn) 由于CPU與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有“發(fā)送移位寄存器”（并串）和“接收移位寄存器”（串并）。典型的串行接口的結(jié)構(gòu)如圖2-6所示?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院23 2022-5-272.2.3 同步通信與異步通信圖2-6 典型串行接口結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院24 2022-5-272.2.3 同步通信與異步通信 接口中的“控制寄存器”用來容納CPU送給此接口的各種控制信息，這些控制信息決定接

14、口的工作方式。 “狀態(tài)寄存器”的各位稱為“狀態(tài)位”，每一個(gè)狀態(tài)位都可以用來指示數(shù)據(jù)傳輸過程中的狀態(tài)或某種錯(cuò)誤。例如，可以用狀態(tài)寄存器的D5位為“1”表示“數(shù)據(jù)輸出寄存器”空，用D0位表示“數(shù)據(jù)輸入寄存器滿”，用D2位表示“奇偶檢驗(yàn)錯(cuò)”等。 能夠完成上述“并串并”轉(zhuǎn)換功能的電路，通常稱為“通用異步收發(fā)器”（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter，UART）。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院25 2022-5-272.2.4 串行通信的全雙工和半雙工方式1. 全雙工方式（Full Duplex） 當(dāng)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分流，分別由2根不同的傳輸線傳送

15、時(shí)，通信雙方都能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作，這樣的傳送方式就是全雙工制，如圖2-7所示。在全雙工方式下，通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送。全雙工方式無需進(jìn)行方向的切換，因此，沒有切換操作所產(chǎn)生的時(shí)間延遲，這對那些不能有時(shí)間延誤的交互式應(yīng)用（例如遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制系統(tǒng)）十分有利 。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院26 2022-5-272.2.4 串行通信的全雙工和半雙工方式圖2-7 串行通信的全雙工方式現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院27 2022-5-272.2.4 串行通信的全雙工和半雙工方式2. 半雙工方式（Half Duplex） 若使用同一根傳輸線既作

16、接收又作發(fā)送，雖然數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向上傳送，但通信雙方不能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，這樣的傳送方式就是半雙工制。 同一時(shí)間內(nèi)，通信雙方之間的數(shù)據(jù)交換只是單向的。因此，半雙工模式下，在某一具體時(shí)間數(shù)據(jù)不是發(fā)送就是接收，二者必居其一，不可能同時(shí)二者兼而有之，傳輸線分時(shí)復(fù)用。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院28 2022-5-272.2.4 串行通信的全雙工和半雙工方式圖2-8 串行通信的半雙工方式 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院29 2022-5-272.2.5 數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸距離 1. 波特率 在串行通信中，用“波特率”來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。當(dāng)碼元采用二進(jìn)制時(shí)，波特率即為比特率。所謂波特率，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制

17、位數(shù)，其單位為bit/s。它是衡量串行數(shù)據(jù)速度快慢的重要指標(biāo)。有時(shí)也用“位周期”來表示傳輸速率，位周期是波特率的倒數(shù)。國際上規(guī)定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波特率系列：110bit/s、300bit/s、600bit/s、1200bit/s、1800bit/s、2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、14.4kbit/s、19.2kbit/s、28.8kbit/s、33.6kbit/s、56kbit/s。 例如：9600bit/s，指每秒傳送9600位，包含字符的數(shù)位和其他必需的數(shù)位，如奇偶校驗(yàn)位等。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院30 2022-5-272.2.5 數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸距離 通信

18、線上所傳輸?shù)淖址麛?shù)據(jù)（代碼）是逐位傳送的，1個(gè)字符由若干位組成，因此每秒鐘所傳輸?shù)淖址麛?shù)（字符速率）和波特率是兩種概念。在串行通信中，所說的傳輸速率是指波特率，而不是指字符速率，它們兩者的關(guān)系是：假如在異步串行通信中，傳送1個(gè)字符，包括12位（其中有1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位校驗(yàn)位，2位停止位），其傳輸速率是1200bit/s，每秒所能傳送的字符數(shù)是1200/(1+8+1+2)個(gè)=100個(gè)。圖2-9 波特率與位周期 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院31 2022-5-272.2.5 數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸距離 2. 發(fā)送/接收時(shí)鐘 在串行傳輸過程中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列是以數(shù)字信號(hào)波形的形式出現(xiàn)的，如何對這

19、些數(shù)字波形定時(shí)發(fā)送出去或接收進(jìn)來，以及如何對發(fā)/收雙方之間的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行同步控制的問題就引出了發(fā)送/接收時(shí)鐘的應(yīng)用?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院32 2022-5-272.2.5 數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸距離 在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器在發(fā)送時(shí)鐘作用下將發(fā)送移位寄存器的數(shù)據(jù)按串行移位輸出；在接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收器在接收時(shí)鐘作用下對來自通信線上串行數(shù)據(jù)，按位串行移入移位寄存器。 可見，發(fā)送/接收時(shí)鐘是對數(shù)字波形的每一位進(jìn)行移位操作，因此，從這個(gè)意義上來講，發(fā)送/接收時(shí)鐘又可叫做移位時(shí)鐘脈沖。 另外，從數(shù)據(jù)傳輸過程中，接收方進(jìn)行同步檢測的角度來看，接收時(shí)鐘成為接收方保證正確接收數(shù)據(jù)的重要工具。為此，接收器采用比波特

20、率更高頻率的時(shí)鐘來提高定位采樣的分辨能力和抗干擾能力?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院33 2022-5-272.2.5 數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸距離3. 波特率因子 在波特率指定后，輸入移位寄存器/輸出移位寄存器在接收時(shí)鐘/發(fā)送時(shí)鐘控制下，按指定的波特率速度進(jìn)行移位。一般幾個(gè)時(shí)鐘脈沖移位一次，要求：接收時(shí)鐘/發(fā)送時(shí)鐘是波特率的16倍、32倍或64倍。波特率因子就是發(fā)送/接收1個(gè)數(shù)據(jù)位所需要的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)，其單位是個(gè)/位。如波特率因子為16，則16個(gè)時(shí)鐘脈沖移位1次。例如波特率=9600bit/s，波特率因子=32，則接收時(shí)鐘和發(fā)送時(shí)鐘頻率=960032Hz=307200Hz?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院3

21、4 2022-5-272.2.5 數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸距離4. 傳輸距離 串行通信中，數(shù)據(jù)位信號(hào)流在信號(hào)線上傳輸時(shí)，要引起畸變，畸變的大小與以下因素有關(guān)：波特率信號(hào)線的特征（頻帶范圍），傳輸距離信號(hào)的性質(zhì)及大?。娖礁叩?、電流大小）。當(dāng)畸變較大時(shí)，接收方出現(xiàn)誤碼。在規(guī)定的誤碼率下，當(dāng)波特率、信號(hào)線、信號(hào)的性質(zhì)及大小一定時(shí)，串行通信的最大傳輸距離就一定。為了加大傳輸距離，可以加中繼器。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院35 2022-5-272.2.6 差錯(cuò)檢驗(yàn)1. 冗余數(shù)據(jù)校驗(yàn) 發(fā)送冗余數(shù)據(jù)校驗(yàn)是實(shí)行差錯(cuò)校驗(yàn)的一種簡單辦法。發(fā)送者對每條報(bào)文都發(fā)送兩次，由接收者根據(jù)這兩次收到的數(shù)據(jù)是否一致來判斷本次通信

22、的有效性。當(dāng)然，采用這種方法意味著每條報(bào)文都要花兩倍的時(shí)間進(jìn)行傳輸。在傳送短報(bào)文時(shí)經(jīng)常會(huì)用到它。許多紅外線控制器就使用這種方法進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院36 2022-5-272.2.6 差錯(cuò)檢驗(yàn)2. 奇偶校驗(yàn) 串行通信中經(jīng)常采用奇偶校驗(yàn)來進(jìn)行錯(cuò)誤檢查。校驗(yàn)位可以按奇數(shù)位校驗(yàn)，也可以按偶數(shù)位校驗(yàn)。許多串口支持58個(gè)數(shù)據(jù)位再加上 奇偶校驗(yàn)位的工作方式，是一種只有一位冗余位的校驗(yàn)編碼方法。奇校驗(yàn)的約定編碼規(guī)律要求編碼后的校驗(yàn)碼中“1”的個(gè)數(shù)（包含有效信息位和校驗(yàn)位）保持為奇數(shù)；偶校驗(yàn)則要求編碼后的校驗(yàn)碼中“1”的個(gè)數(shù)（包含有效信息位和校驗(yàn)位）保持為偶數(shù)。 接收方檢驗(yàn)接收到的數(shù)據(jù)，如果

23、接收到的數(shù)據(jù)違背了事先約定的奇偶校驗(yàn)規(guī)則，不是所期望的數(shù)值，說明出現(xiàn)了傳輸錯(cuò)誤，則向發(fā)送方發(fā)送出錯(cuò)通知?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院37 2022-5-272.2.6 差錯(cuò)檢驗(yàn)3. 校驗(yàn)和 另一種差錯(cuò)校驗(yàn)的方法是在通信數(shù)據(jù)中加入一個(gè)差錯(cuò)校驗(yàn)字節(jié)。對一條報(bào)文中的所有字節(jié)進(jìn)行數(shù)學(xué)或者邏輯運(yùn)算，計(jì)算出校驗(yàn)和。將校驗(yàn)和形成的差錯(cuò)校驗(yàn)字節(jié)作為該報(bào)文的組成部分。接收端對收到的數(shù)據(jù)重復(fù)這樣的計(jì)算，如果得到了一個(gè)不同的結(jié)果，就判定通信過程發(fā)生了差錯(cuò)，說明它接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院38 2022-5-272.2.6 差錯(cuò)檢驗(yàn) 一個(gè)典型的計(jì)算校驗(yàn)和的方法是將這條報(bào)文中所有字節(jié)的值相加，

24、然后用結(jié)果的最低字節(jié)作為校驗(yàn)和。校驗(yàn)和通常只有一個(gè)字節(jié)，因而不會(huì)對通信有明顯的影響。適合在長報(bào)文的情況下使用。但這種方法并不是絕對安全的，會(huì)存在很小概率的判斷失誤。那就是即便在數(shù)據(jù)并不完全吻合的情況下有可能出現(xiàn)得到的校驗(yàn)和一致，將有差錯(cuò)的通信過程判斷為沒有發(fā)生差錯(cuò)。 CRC(Cyclic Redundancy Checks)的意思是循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。CRC也是串行通信中常用的檢錯(cuò)方法，它采用比校驗(yàn)和更為復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，其檢驗(yàn)結(jié)果也更加可靠?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院39 2022-5-272.2.6 差錯(cuò)檢驗(yàn)4. 出錯(cuò)的簡單處理 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測到通信中出現(xiàn)的差錯(cuò)或者接收到一條無法理解的報(bào)文時(shí)，應(yīng)

25、該盡量通知發(fā)送報(bào)文的節(jié)點(diǎn)，要求它重新發(fā)送或者采取別的措施來糾正。 經(jīng)過多次重發(fā)，如果發(fā)送者仍不能糾正這個(gè)錯(cuò)誤，發(fā)送者應(yīng)該跳過對這個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送，發(fā)布一條出錯(cuò)消息，通過報(bào)警或者其他操作來通知操作人員發(fā)生了通信差錯(cuò)，并盡可能繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院40 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼 數(shù)據(jù)的編碼研究數(shù)據(jù)在信號(hào)傳輸過程中如何進(jìn)行編碼（變換），不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸有4種組合（見圖2-10），每一種相應(yīng)地需要進(jìn)行不同的編碼處理。 用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼；用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制。本章只講解用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)的編碼問題。圖2-10

26、數(shù)據(jù)編碼的不同組合現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院41 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼 數(shù)據(jù)編碼是指把需要加工處理的數(shù)據(jù)庫信息，用特別的數(shù)字來表示的一種技術(shù)，是根據(jù)一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和目標(biāo)的定性特征，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為代碼或編碼字符，在數(shù)據(jù)傳輸中表示數(shù)據(jù)組成，并作為傳送、接收和處理的一組規(guī)則和約定。 幾種常見的數(shù)據(jù)編碼方案有單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼、雙相碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼、多電平編碼等。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院42 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼 1. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 常用的編碼有三類：不歸零碼，分單極性不歸零碼和雙極性不歸零碼兩種；歸零碼，分單極性歸

27、零碼和雙極性歸零碼兩種；自同步碼，有曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼兩種。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼，就是要解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示問題，即通過對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼來表示數(shù)據(jù)。數(shù)字信號(hào)編碼的工作由網(wǎng)絡(luò)上的硬件完成，常用的編碼方法有以下三種：現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院43 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼（1）不歸零碼 不歸零碼又可分為單極性不歸零碼和雙極性不歸零碼。圖2-11a所示為單極性不歸零碼。在每一碼元時(shí)間內(nèi)，無電壓表示數(shù)字“0”，有恒定的正電壓表示數(shù)字“1”。每個(gè)碼元的中心是取樣時(shí)間，即判決門限為0.5，0.5以下為“0”，0.5以上為“1”。圖2-11b所示為雙極性不歸零碼。在每

28、一碼元時(shí)間內(nèi)，以恒定的負(fù)電壓表示數(shù)字“0”，以恒定的正電壓表示數(shù)字“1”。判決門限為零電平，0以下為“0”，0以上為“1”?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院44 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼 b）雙極性不歸零碼 圖2-11 不歸零碼a）單極性不歸零碼 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院45 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼（2）歸零碼 歸零碼是指編碼在發(fā)送“0”或“1”時(shí)，在每一碼元的時(shí)間內(nèi)會(huì)返回初始狀態(tài)（零），如圖2-12所示。歸零碼可分為單極性歸零碼和雙極性歸零碼。 圖2-12a所示為單極性歸零碼，以無電壓表示數(shù)字“0”，以恒定的正電壓表示數(shù)字“1”。與單極性不歸零碼的區(qū)別是，“1”

29、碼發(fā)送的是窄脈沖，發(fā)完后歸到零電平。圖2-12b所示為雙極性歸零碼，以恒定的負(fù)電壓表示數(shù)字“0”，以恒定的正電壓表示數(shù)字“1”。與雙極性不歸零碼的區(qū)別是，兩種信號(hào)波形發(fā)送的都是窄脈沖，發(fā)完后歸到零電平?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院46 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼 b）雙極性歸零碼圖2-12 歸零碼 a）單極性歸零碼現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院47 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼（3）自同步碼 自同步碼是指編碼在傳輸信息的同時(shí)，將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸過去。這樣，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)就不必通過其他信道發(fā)送同步信號(hào)。局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)通信常使用自同步碼，典型代表是曼徹斯特編碼和差分曼徹斯

30、特編碼，如圖2-13所示。 圖2-13 自同步碼現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院48 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼曼徹斯特（Manchester）編碼：每一位的中間（1/2周期處）有一跳變，該跳變既作為時(shí)鐘信號(hào)（同步），又作為數(shù)據(jù)信號(hào)。從高到低的跳變表示數(shù)字“0”，從低到高的跳變表示數(shù)字“1”。差分曼徹斯特（Different Manchester）編碼：每一位的中間（1/2周期處）有一跳變，但是該跳變只作為時(shí)鐘信號(hào)（同步）。數(shù)據(jù)信號(hào)根據(jù)每位開始時(shí)有無跳變進(jìn)行取值，有跳變表示數(shù)字“0”，無跳變表示數(shù)字“1”?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院49 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼（3）自

31、同步碼 自同步碼是指編碼在傳輸信息的同時(shí)，將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸過去。這樣，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)就不必通過其他信道發(fā)送同步信號(hào)。局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)通信常使用自同步碼，典型代表是曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼，如圖2-13所示。 圖2-13 自同步碼現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院50 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼2. 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼最常用的方法是脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modlation，PCM）。它以香農(nóng)采樣定理為理論基礎(chǔ)，對模擬信號(hào)通過采樣、量化和編碼轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 （1）理論基礎(chǔ)（香農(nóng)采樣定理） 若對連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行周期性采樣，只要采樣頻

32、率大于等于有效信號(hào)最高頻率或其帶寬的兩倍，則采樣值便可包含原始信號(hào)的全部信息，利用低通濾波器可以從這些采樣中重新構(gòu)造出原始信號(hào)。（2）PCM工作步驟 :采樣采樣 、量化、編碼。、量化、編碼。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院51 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼圖2-14 原始模擬信號(hào)現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院52 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼圖2-15 對模擬信號(hào)采樣現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院53 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼圖2-16 對采樣值量化現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院54 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼圖2-17 將量化編碼現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)

33、院55 2022-5-272.2.7 數(shù)據(jù)的編碼經(jīng)過上面的處理過程，原來的模擬信號(hào)經(jīng)PCM編碼后得到如圖2-18所示的一系列二進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖2-18 模擬數(shù)據(jù)的PCM編碼現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院56 2022-5-272.1 2.1 工業(yè)串行通信概述工業(yè)串行通信概述2.2 串行通信的基礎(chǔ)知識(shí)串行通信的基礎(chǔ)知識(shí)本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容 本章主要介紹工業(yè)串行通信的基本概念和基礎(chǔ)知本章主要介紹工業(yè)串行通信的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)。識(shí)。2.3 工業(yè)串行通信與工業(yè)串行通信與EIA4852.4 串行通信的總線控制方式串行通信的總線控制方式現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院57 2022-5-272.3.1 工業(yè)控

34、制中的串行通信特點(diǎn)工業(yè)控制中的串行通信的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)有如下特點(diǎn)：1）數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性。 通常，制造自動(dòng)化系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求在0.010.5s，過程控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間為0.52s。而信息網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間則是26s。顯然，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求高得多。2）高可靠性。 工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)在工業(yè)環(huán)境下數(shù)據(jù)傳送的完整性，對于工作在環(huán)境惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的通信網(wǎng)絡(luò)，必須解決環(huán)境適應(yīng)性問題。它包括電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性EMC、氣候環(huán)境適應(yīng)性、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性（耐沖擊、耐振動(dòng)）。在易爆或可燃的場合，它應(yīng)具有本質(zhì)安全的性能。現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院58 2022-5-272.3.1 工業(yè)控制

35、中的串行通信特點(diǎn)3）工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)需要解決不同廠商的產(chǎn)品和系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上相互兼容的問題，強(qiáng)調(diào)互可操作性，因此它在現(xiàn)代通信系統(tǒng)所基于的ISO/OSI“開放系統(tǒng)互連的參考模型”上，加了用戶層，通過標(biāo)準(zhǔn)功能塊和裝置描述（DD）功能來解決這種完整的開放性通信。4）總線供電。工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸通信信息，而且要能夠?yàn)楝F(xiàn)場設(shè)備傳輸工作電源。這主要是從線纜鋪設(shè)和維護(hù)方便考慮，同時(shí)總線供電還能減少線纜，降低布線成本。現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院59 2022-5-272.3.1 工業(yè)控制中的串行通信特點(diǎn)5）廣播、多播與單播通信方式。工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)把松散的單一用戶（變送器、執(zhí)行器、控制器或控制系統(tǒng)等）接入某個(gè)系統(tǒng)

36、，其通信方式常使用廣播方式、多組方式或基于客戶/服務(wù)器的單播方式。而在IT網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)自主系統(tǒng)與另一個(gè)自主系統(tǒng)只在需要通信時(shí)建立一對一的方式。6）現(xiàn)場控制層設(shè)備間傳輸?shù)男畔㈤L度都比較小。 這些信息包括生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)的測量值、控制量、開關(guān)與閥門的工作位置、報(bào)警狀態(tài)、設(shè)備的資源與維護(hù)信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點(diǎn)與量程調(diào)校信息等。其長度一般都比較小，通常僅為幾位（bit）或幾個(gè)、十幾個(gè)、幾十個(gè)字節(jié)（Byte），對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐掏铝恳蟛桓摺，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院60 2022-5-272.3.2 EIA485的接口電路與電氣特性 EIA485（過去叫做RS-485或者RS485）是隸屬于OSI體

37、系物理層的電氣特性規(guī)定，為2線，半雙工，多點(diǎn)通信的標(biāo)準(zhǔn)。 它的電氣特性和RS232大不一樣。用線纜兩端的電壓差值來表示傳遞信號(hào)。1極的電壓標(biāo)識(shí)為邏輯1，另一段標(biāo)識(shí)為邏輯0。兩端的電壓差最小為0.2V以上時(shí)有效，任何不高于12V或者不低于-7V的差值對接收端都被認(rèn)為是正確的。當(dāng)采用+5V電源供電時(shí)：若差分電壓信號(hào)為-2500-200mV時(shí)，為邏輯“0”；若差分電壓信號(hào)為+200+2500mV時(shí)，為邏輯“1”；若差分電壓信號(hào)為-200+200mV時(shí)，為高阻狀態(tài)。現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院61 2022-5-272.3.2 EIA485的接口電路與電氣特性EIA485的差分平衡電路如圖2-19所示。

38、其一根導(dǎo)線上的電壓是另一根導(dǎo)線上的電壓取反。接收器的輸入電壓為這兩根導(dǎo)線電壓的差值（VA-VB）。圖2-19 差分平衡電路現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院62 2022-5-272.3.2 EIA485的接口電路與電氣特性 差分電路的最大優(yōu)點(diǎn)是抑制噪聲。由于在它的兩根信號(hào)線上傳遞著大小相同、方向相反的電流，而噪聲電壓往往在兩根導(dǎo)線上同時(shí)出現(xiàn)，一根導(dǎo)線上出現(xiàn)的噪聲電壓會(huì)被另一根導(dǎo)線上出現(xiàn)的噪聲電壓抵消，因而可以極大地削弱噪聲對信號(hào)的影響。 差分電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不受節(jié)點(diǎn)間接地電平差異的影響。在非差分（即單端，如RS232C）電路中，多個(gè)信號(hào)共用一根接地線，長距離傳輸時(shí)，不同節(jié)點(diǎn)接地線的電平差異 可能相

39、差好幾伏，甚至?xí)鹦盘?hào)的誤讀。差分電路則完全不會(huì)受到接地電平差異的影 響?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院63 2022-5-272.3.2 EIA485的接口電路與電氣特性 應(yīng)該指出的是，EIA485標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定連接器、信號(hào)功能和引腳分配。要保持兩根信號(hào)線相鄰，兩根差動(dòng)導(dǎo)線應(yīng)該位于同一根雙絞線內(nèi)。引腳A與引腳B不要調(diào)換。 EIA485僅僅規(guī)定了接收端和發(fā)送端的電氣特性。它沒有規(guī)定或推薦任何數(shù)據(jù)協(xié)議。EIA485可以應(yīng)用于配置便宜的廣域網(wǎng)和采用單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收通信鏈接。它提供高速的數(shù)據(jù)通信速率（平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，12 m時(shí)，10Mbit/s；1200 m時(shí)，100 kbit/s）

40、。EIA485和EIA422一樣使用雙絞線進(jìn)行高電壓差分平衡傳輸，它可以進(jìn)行大面積長距離傳輸（超過4000ft，1200m）。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院64 2022-5-272.3.2 EIA485的接口電路與電氣特性 EIA485推薦使用在點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，總線型，不能是星形、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。理想情況下EIA485需要2個(gè)終端電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。沒有終端阻抗的話，當(dāng)所有的設(shè)備都靜止或者沒有能量的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生噪聲。沒有終端電阻的話，會(huì)使得較快速的發(fā)送端產(chǎn)生多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的邊緣，這其中的一些是不正確的。之所以不能使用星形或者環(huán)形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是由于這些結(jié)構(gòu)有不必要的反射，過低或者過高的

41、終端電阻可以產(chǎn)生電磁干擾?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院65 2022-5-272.3.2 EIA485的接口電路與電氣特性 EIA485可以采用二線與四線連接方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信；在采用四線制時(shí)可以和EIA422一樣實(shí)現(xiàn)全雙工。與EIA422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多的通信，即只能有一個(gè)主（Master）設(shè)備，其余為從（Slave）設(shè)備，但它比EIA422有改進(jìn)，無論四線還是二線連接方式總線上最多可接到32個(gè)設(shè)備。在某些限制條件下EIA485和EIA422可以實(shí)現(xiàn)相互的連接。在短距離傳輸時(shí)可不需終端電阻，即一般在300m以下不需終端電阻。終端電阻接在傳輸總線的兩端。現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江

42、學(xué)院66 2022-5-272.3.2 EIA485的接口電路與電氣特性表2-1 EIA485總線電氣性能規(guī) 范EIA485工作模式差分傳輸（平衡傳輸）允許的收發(fā)器數(shù)目32（受芯片驅(qū)動(dòng)能力限制）最大電纜長度4000ft（1219m）最高數(shù)據(jù)速率10Mbit/s最小驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍1.5V最大驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍5V最大輸出短路電流250mA最大輸入電流1.0mA/12V輸入或-0.8mA/-7V輸入驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗54輸入端電容50pF接收器輸入靈敏度200mV接收器最小輸入阻抗12k接收器輸入電壓范圍-7+12V接收器輸出邏輯高200mV接收器輸出邏輯低200mV現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院67 2

43、022-5-272.3.3 EIA485的半雙工與全雙工連接 利用EIA485接口可以使一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)發(fā)送器與接收器互連，在多臺(tái)計(jì)算機(jī)或帶微控制器的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信，形成分布式測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1. EIA485的半雙工通信方式 在大多數(shù)應(yīng)用條件下，EIA485的端口都采用半雙工通信方式。有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器共享一條信號(hào)通路。圖2-20所示為EIA485端口的半雙工連接圖。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院68 2022-5-272.3.3 EIA485的半雙工與全雙工連接圖2-20 EIA485端口的半雙工連接現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院69 2022-5-272.3.3 EIA485的半雙

44、工與全雙工連接 圖中兩個(gè)120電阻是作為總線的終端電阻存在的。當(dāng)終端電阻等于電纜的特征阻抗時(shí)，可以削弱甚至消除信號(hào)的反射。特征阻抗是導(dǎo)線的特征參數(shù)，它的數(shù)值隨著導(dǎo)線的直徑、在電纜中與其他導(dǎo)線的相對距離及導(dǎo)線的絕緣類型的變化而變化。特征阻抗值與導(dǎo)線的長度無關(guān)，一般雙絞線的特征阻抗值為100150。 EIA485的驅(qū)動(dòng)器必須能驅(qū)動(dòng)32個(gè)單位負(fù)載加上一個(gè)60的并聯(lián)終端電阻，總的負(fù)載包括驅(qū)動(dòng)器、接收器和終端電阻，不低于54。圖2-20中兩個(gè)120電阻的并聯(lián)值為60，32個(gè)單位負(fù)載中接收器的輸入阻抗會(huì)使得總負(fù)載略微降低，而驅(qū)動(dòng)器的輸出與導(dǎo)線的串聯(lián)阻抗又會(huì)使總負(fù)載增大。最終需要滿足不低于54的要求。現(xiàn)場總

45、線原理及應(yīng)用三江學(xué)院70 2022-5-272.3.3 EIA485的半雙工與全雙工連接 還應(yīng)該注意的是，在一個(gè)半雙工連接中，在同一時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器工作。如果發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)啟用，一個(gè)企圖使總線上呈現(xiàn)邏輯1，另一個(gè)企圖使總線上呈現(xiàn)邏輯0，則會(huì)發(fā)生總線競爭，在某些元器件上就會(huì)產(chǎn)生大電流。因此所有EIA485的接口芯片都必須包括限流和過熱關(guān)閉功能，以便在發(fā)生總線競爭時(shí)保護(hù)芯片?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院71 2022-5-272.3.3 EIA485的半雙工與全雙工連接2. EIA485的全雙工連接 圖2-21 兩個(gè)EIA485端口的全雙工連接盡管大多數(shù)EIA485的連接是半雙工的，

46、但是也可以形成全雙工的EIA485連接。圖2-21和圖2-22分別表示兩點(diǎn)和多點(diǎn)之間的全雙工EIA485連接。在全雙工連接中信號(hào)的發(fā)送和接收方向都有它自己的通路。在全雙工、多節(jié)點(diǎn)連接中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以在一條通路上向所有其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而在另一條通路上接收來自其他節(jié)點(diǎn)的信息。現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院72 2022-5-272.3.3 EIA485的半雙工與全雙工連接圖2-21 兩個(gè)EIA485端口的全雙工連接現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院73 2022-5-272.3.3 EIA485的半雙工與全雙工連接圖2-22 多個(gè)EIA485端口的全雙工連接 兩點(diǎn)之間全雙工連接的通信在發(fā)送和接收上都不會(huì)存在

47、問題。但當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享信號(hào)通路時(shí)，需要以某種方式對網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)進(jìn)行管理。這是在全雙工、半雙工連接中都需要解決的問題。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院74 2022-5-272.1 工業(yè)串行通信概述工業(yè)串行通信概述2.2 串行通信的基礎(chǔ)知識(shí)串行通信的基礎(chǔ)知識(shí)本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容 本章主要介紹工業(yè)串行通信的基本概念和基礎(chǔ)知本章主要介紹工業(yè)串行通信的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)。識(shí)。2.3 工業(yè)串行通信與工業(yè)串行通信與EIA4852.4 串行通信的總線控制方式串行通信的總線控制方式現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院75 2022-5-272.4.1 串行總線的結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為星形、環(huán)形、總線型、樹形網(wǎng)絡(luò)拓

48、撲結(jié)構(gòu)，如圖2-23所示。 a）星形 b）環(huán)形 c）總線型 d）樹形 圖2-23 常用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院76 2022-5-272.4.1 串行總線的結(jié)構(gòu) EIA485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)，因此EIA485網(wǎng)絡(luò)最好用一條總線串聯(lián)各個(gè)節(jié)點(diǎn)。從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短，圖2-24所示為實(shí)際應(yīng)用中常見的一些錯(cuò)誤連接方式（見圖2-24ac）和更正的連接方式（見圖2-24df）。圖2-24ac所示三種不恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)連接盡管在某些情況下（短距離、低速率）仍然可以正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，信號(hào)在各支路末端反射后與原信號(hào)

49、疊加造成信號(hào)質(zhì)量下降?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院77 2022-5-272.4.1 串行總線的結(jié)構(gòu) a） b） c） d） e） f） 圖2-24 EIA485網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院78 2022-5-272.4.2 串行通信的總線控制方式 現(xiàn)場總線系統(tǒng)是工廠的底層控制網(wǎng)絡(luò)，它把現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)以及故障信息等送往控制室，同時(shí)又將各種控制、維護(hù)、組態(tài)命令，以及工作電源等送往各相關(guān)現(xiàn)場設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程現(xiàn)場級(jí)控制設(shè)備之間及其與操作終端和上層控制管理網(wǎng)絡(luò)的連接與信息共享。 由于現(xiàn)場總線所肩負(fù)的任務(wù)特殊，因而它對信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性要求較高。 現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院7

50、9 2022-5-272.4.2 串行通信的總線控制方式 現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）位于物理層和應(yīng)用層之間，DLL一般可分為邏輯鏈路控制子層（LLC）和介質(zhì)訪問控制子層（Medium Access Control，MAC）兩部分。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)是一種廣播網(wǎng)絡(luò)，而決定廣播網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和可靠性的關(guān)鍵是介質(zhì)訪問控制MAC方式，它規(guī)定了信道使用權(quán)的分配方式。現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院80 2022-5-272.4.2 串行通信的總線控制方式1. 主從總線通信方式 主從總線通信方式又稱為1 N通信方式，是指在總線結(jié)構(gòu)的子網(wǎng)上有N個(gè)站，其中只有1個(gè)主站，其他皆是從站。 1 N通信方式采用集中式存取控制技術(shù)分配總線使用權(quán)，通常采用輪詢表法。所謂輪詢表是一張從站機(jī)號(hào)排列順序表，該表配置在主站中，主站按照輪詢表的排列順序?qū)恼具M(jìn)行詢問，看它是否要使用總線，從而達(dá)到分配總線使用權(quán)的目的?，F(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院81 2022-5-272.4.2 串行通信的總線控制方式 1 N通信方式中當(dāng)從站獲得總線使用權(quán)后有兩種數(shù)據(jù)傳送方式。一種是只允許主-從通信，不允許從-從通信，從站與從站要交換數(shù)據(jù)，必須經(jīng)主站中轉(zhuǎn)；另一種是既允許主-從通信也允許從-從通信，從站獲得總線使用權(quán)后先安排主-從通信，再安排自己與其他從站之間的通信。現(xiàn)場總線原理及應(yīng)用三江學(xué)院82 2022-5-272.4.2 串行通信的總線控制