1、2011年05月18日 東北大學(xué)秦皇島分校幾種流行的現(xiàn)場總線幾種流行的現(xiàn)場總線2011年05月18日 通用串行端口數(shù)據(jù)通信通用串行端口數(shù)據(jù)通信 EIA-232-D接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn) EIA-485-D接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn) 控制器局域網(wǎng) 基金會現(xiàn)場總線 Profibus現(xiàn)場總線2011年05月18日 EIA-232-D接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn) EIA-485-D接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)2011年05月18日 美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制訂的物理接口標(biāo)物理接口標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，也是目前數(shù)據(jù)通信中應(yīng)用最廣泛的一種標(biāo)準(zhǔn)。 前身是RS-232-C物理接口標(biāo)準(zhǔn)。2011年05月18日 DB25連接器 DB9連接器連接器2011年05月18日

2、 EIA-232-D電氣特性采用負(fù)邏輯。 515V，表示邏輯“1”； 515V，表示邏輯“0”。 EIA-232-D的邏輯電平與TTL電平不兼容，必須進行電平轉(zhuǎn)換。 2011年05月18日非平衡電氣連接方式非平衡電氣連接方式地線地線信號線信號線2011年05月18日發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端噪聲噪聲地線地線2011年05月18日2011年05月18日 最簡接線（最簡接線（3線制）線制） 標(biāo)準(zhǔn)接線標(biāo)準(zhǔn)接線 （7 7線制）線制）2011年05月18日無硬件握手方式無硬件握手方式2011年05月18日 最簡接線（最簡接線（3線制）線制） 標(biāo)準(zhǔn)接線標(biāo)準(zhǔn)接線 （7線制）線制）2011年05月18日全握手方

3、式全握手方式甲甲乙乙2011年05月18日 EIA-232-D接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn) EIA-485-D接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)2011年05月18日 EIA-232最大傳輸距離15m，最大傳輸速率19.2Kbps，最多2個節(jié)點。 EIA-485最大傳輸距離1200m，最大傳輸速率10Mbps，最多32個節(jié)點。 EIA-485更適合工業(yè)通訊。2011年05月18日 EIA-485-D電氣特性采用正邏輯。 26V，表示邏輯“1”； 26V，表示邏輯“0”。 接口信號電平比EIA-232-D降低了，不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。 2011年05月18日 平衡差分電

4、路，能夠抑制噪聲。串音串音2011年05月18日 RS485的信號發(fā)送端會先分解成正負(fù)的兩條線路；當(dāng)?shù)竭_接收端后，再將信號相減還原成原來的信號。 這種方式可以有效的抑制噪聲，適用于工業(yè)數(shù)據(jù)通訊。2011年05月18日 發(fā)送端信號： DT=(D+)(D-) DT：發(fā)送端原始信號； D+、D-：差分后信號。如果無噪聲干擾，接收端信號： DR(D+)(D-) = DT 2011年05月18日 如果存在噪聲干擾，傳輸線上信號電壓分別成為 (D)Noise和(D-)Noise； 如果接收端接收此信號，并計算電壓差：DR(D)+Noise-(D-)Noise(D+)-(D-)DT 與發(fā)送端信號相同2011

5、年05月18日 EIA-485的全雙工連接 EIA-485的半雙工連接(重要) EIA-232到EIA-485端口的轉(zhuǎn)換2011年05月18日2011年05月18日2011年05月18日 主要用于將PC機接入EIA-485網(wǎng)絡(luò)2011年05月18日 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?011年05月18日 半雙工通信時，采用總線形或樹形拓?fù)洹?EIA-485規(guī)定，每個網(wǎng)段最多連接32個負(fù)載。如果超過32個，需要添加中繼器。2011年05月18日 網(wǎng)段的一個節(jié)點被指定為主節(jié)點，其他節(jié)點為從節(jié)點。 由主節(jié)點負(fù)責(zé)控制網(wǎng)段上所有的通信連接。從節(jié)點不能主動發(fā)起通信。 為保證每個從節(jié)點都有機會傳送數(shù)據(jù)，主節(jié)點需要對從節(jié)點依次逐一輪

6、詢。 主節(jié)點不停地傳送報文給從節(jié)點，并等待從節(jié)點的應(yīng)答報文。2011年05月18日Controller Drive1Sensor Drive3Drive2Data AcquisitionALLEN-BRADLEY789456123.0- F1F6F2F7F3F8F4F9F5F10P Pa an ne el lV Vi ie ew w 5 55 50 0vHMIAnalog I/O 2011年05月18日 計算機和MicroLogix1000控制器處于同一EIA-485網(wǎng)絡(luò)，通過配置實現(xiàn)PC機與多臺MicroLogix1000的主從通訊。 計算機作為主設(shè)備 MicroLogix1000作為從設(shè)備

7、 在水處理、冶金等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用2011年05月18日DF1 SlaveDF1 SlaveDF1 MasterDF1 Slave2011年05月18日1、建立已知類型(如DF1全雙工)的通訊，并啟動RSLogix500軟件，在線MicroLogix1000控制器。2011年05月18日2、選擇、選擇Channel Configuration（通道組態(tài)）（通道組態(tài)）2011年05月18日3、將程序下載到MicroLogix控制器中，此時與PC機的原有通訊丟失，等待建立新通訊。2011年05月18日1、啟動RSLinx軟件，選擇組態(tài)驅(qū)動.2011年05月18日2、選擇驅(qū)動類型為DF1 Polli

8、ng Master Driver.協(xié)議類型2011年05月18日3、設(shè)置計算機的節(jié)點地址為1。PC機節(jié)點地址2011年05月18日4、定義輪詢列表，將從節(jié)點地址加入。從節(jié)點地址2011年05月18日5、設(shè)置計算機串口，定義物理層。2011年05月18日6、設(shè)置、設(shè)置DF1主從協(xié)議規(guī)定部分，超時和差主從協(xié)議規(guī)定部分，超時和差錯檢測模式。錯檢測模式。2011年05月18日2011年05月18日 詳述EIA-232和EIA-485在抗噪聲干擾方面的不同點，并分析原因。 詳述主從通訊過程。2011年05月18日 通用串行端口數(shù)據(jù)通信 EIA-232-D接口標(biāo)準(zhǔn) EIA-485-D接口標(biāo)準(zhǔn) 控制器局域網(wǎng)

9、 基金會現(xiàn)場總線 Profibus現(xiàn)場總線2011年05月18日 背景與應(yīng)用背景與應(yīng)用 CAN與ISO 7層模型 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層2011年05月18日 由歐洲由歐洲 Bosch 開發(fā)開發(fā) 要求來自要求來自 BMW 與與 Mercedes 應(yīng)用于汽車內(nèi)部的通訊應(yīng)用于汽車內(nèi)部的通訊 減少配線的數(shù)量減少配線的數(shù)量 銜接各個分布式控制器銜接各個分布式控制器 可靠可靠 通過通過EMC測試測試 可靠的錯誤檢測機制可靠的錯誤檢測機制 應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域 不僅僅是汽車行業(yè)不僅僅是汽車行業(yè) 過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床2011年05月18日車尾燈車尾燈發(fā)動機發(fā)動機控制控

10、制門門車前燈車前燈ABS儀表板儀表板CAN2011年05月18日 ISO 道路交通運輸工具數(shù)據(jù)信息交換高速通信控制器局域網(wǎng)（CAN）國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898。 CAN總線僅定義物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，基于CAN總線又開發(fā)了新的協(xié)議：如DeviceNet、SDS、CANopen等。2011年05月18日 背景與應(yīng)用 CAN與與OSI 7層模型層模型 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層2011年05月18日邏輯鏈路控制子層超載通知接收濾波介質(zhì)訪問控制子層故障限定錯誤檢測確認(rèn)報文幀仲裁物理層位定時同步位編碼/解碼ISO OSI 7 層模型層模型CAN 層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)表述層表述層應(yīng)用層應(yīng)用層會話層會話層傳輸層傳輸層網(wǎng)

11、絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層2011年05月18日 背景與應(yīng)用 CAN與OSI 7層模型 物理層物理層 數(shù)據(jù)鏈路層2011年05月18日 CAN組網(wǎng)組網(wǎng) CAN總線速率與距離的關(guān)系 電氣特性 位編碼 位定時 同步2011年05月18日CAN總線常用物理介質(zhì)為UTP。2011年05月18日 CAN組網(wǎng) CAN總線速率與距離的關(guān)系總線速率與距離的關(guān)系 電氣特性 位編碼 位定時 同步2011年05月18日2011年05月18日 CAN的直接通信距離最遠可達10km（傳輸速率為5kbps）；最高通信速率可達1Mbps（傳輸距離為40m）。 CAN的節(jié)點數(shù)最多為110個。2011年05月1

12、8日 CAN總線的速率與距離的關(guān)系 電氣特性電氣特性 位定時 位編碼 同步2011年05月18日采用差分傳輸?shù)姆绞健２捎貌罘謧鬏數(shù)姆绞?。雙絞線中一根為雙絞線中一根為CAN-H,另一根為另一根為CAN-L.V-CAN_HCAN_LCAN_H/CAN_L2.5V1.5V3.5V地線地線102011年05月18日 邏輯“1” 時，總線呈現(xiàn)“隱性”狀態(tài)。 VCAN-H和VCAN-L固定在平均電壓2.5V，即Vdiff近似為0。 邏輯“0” 時，總線呈現(xiàn)“顯性”狀態(tài)。 VCAN-H為3.5V,VCAN-L為1.5V，即Vdiff為2V。2011年05月18日 電氣特性 CAN總線的速率與距離的關(guān)系 位編

13、碼位編碼 位定時 同步2011年05月18日 采用全寬單極性不歸零碼（NRZ）2011年05月18日 NRZ 技術(shù)的優(yōu)勢 信號變換越少，噪音信號就越少 適用于逐位仲裁技術(shù)適用于逐位仲裁技術(shù) (Bit-Wise Arbitration) NRZ 技術(shù)的劣勢 不確定性同步 (Non-determinant Synchronisation) 采用位填充位填充技術(shù) (Bit-Stuffing)解決2011年05月18日 位填充：在每五個連續(xù)的同電位(或邏輯)之后，嵌入一個位的反相電位(或邏輯)。 實例 : 傳輸數(shù)據(jù) = 1100000000100000000111S2011年05月18日 電氣特性 C

14、AN總線的速率與距離的關(guān)系 位編碼 位定時位定時 同步2011年05月18日 理想的發(fā)送器是在沒有進行同步的情況下，每秒發(fā)送的位數(shù)定義為正常位速率。 在一個給定的CAN系統(tǒng)里，位速率是唯一的，并且是固定的。 位時間指一位的持續(xù)時間。2011年05月18日同步段同步段傳播段傳播段相位緩沖段相位緩沖段1 相位緩沖段相位緩沖段2采樣點采樣點2011年05月18日 同步段用于同步總線上的各個節(jié)點或設(shè)備。在此段內(nèi)，等待一個跳變沿。 傳播段用于補償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的物理延遲時間。 相位緩沖段1和2用于補償相位邊沿的誤差。2011年05月18日2011年05月18日 硬同步硬同步 重同步2011年05月18日 僅在總

15、線空閑時通過一個跳變沿（幀起始）完成； 硬同步的效果是強迫該跳變沿位于重新開始計時的位時間的同步段之內(nèi)。 2011年05月18日 在信息幀的隨后位中，每當(dāng)有跳變沿出現(xiàn)，且該跳變落在了同步段之外，就會引起一次重同步。 重同步機制根據(jù)跳變沿的位置延長或者縮短位時間以調(diào)整采樣點的位置，保證正確采樣。 2011年05月18日 相位誤差：跳變沿相對同步段的位置。 如果跳變沿處于同步段內(nèi)，則相位誤差為0； 如果跳變沿位于采樣點之前，同步段之后，則相位誤差大于0； 如果跳變沿位于當(dāng)前的采樣點之后，下一個位的同步段之前，則相位誤差小于0。2011年05月18日 跳變沿落在了同步段之后采樣點之前，為正的相位誤差

16、，接收器會認(rèn)為是一個慢速發(fā)送器發(fā)送的滯后邊沿。 2011年05月18日 跳變沿落在了采樣點之后同步段之前，為負(fù)的相位誤差，接收器認(rèn)為這是一個快速發(fā)送器發(fā)送的下一個位時間的提前邊沿。 2011年05月18日 背景與應(yīng)用背景與應(yīng)用 CAN與OSI七層模型 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層2011年05月18日 介質(zhì)訪問控制子層（介質(zhì)訪問控制子層（MAC） 邏輯鏈路控制子層（LLC）2011年05月18日 介質(zhì)訪問控制介質(zhì)訪問控制 報文分幀 錯誤檢測2011年05月18日 載波監(jiān)聽多路訪問載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測沖突檢測 (Carrier Sense Multiple Access /Collisio

17、n Detect) 允許多個節(jié)點進行總線訪問 用于以太網(wǎng) (Ethernet), CAN 等. 非破壞性的位元形式仲裁非破壞性的位元形式仲裁 (None-Destructive Bit-wise Arbitration) 利用 NRZ (不歸零碼) 技術(shù) 信號沖突時不會破壞信號 不浪費帶寬 (bandwidth) 保證很高的信號吞吐率 (throughput)2011年05月18日 如果網(wǎng)絡(luò)上正在發(fā)送一幀報文，另一個節(jié)點必須等待，直到發(fā)送如果網(wǎng)絡(luò)上正在發(fā)送一幀報文，另一個節(jié)點必須等待，直到發(fā)送結(jié)束后才能開始發(fā)送自己的報文結(jié)束后才能開始發(fā)送自己的報文.節(jié)點節(jié)點1節(jié)點節(jié)點1發(fā)送的報文發(fā)送的報文幀間

18、隔幀間隔Time 3 位時間位時間節(jié)點節(jié)點1想要發(fā)送報文想要發(fā)送報文它偵聽網(wǎng)絡(luò)上有報文發(fā)送，于是等待此次發(fā)送結(jié)它偵聽網(wǎng)絡(luò)上有報文發(fā)送，于是等待此次發(fā)送結(jié)束，直到結(jié)束后，還要間隔至少束，直到結(jié)束后，還要間隔至少3個位時間個位時間節(jié)點節(jié)點X正在發(fā)送正在發(fā)送2011年05月18日節(jié)點節(jié)點 A節(jié)點節(jié)點 B節(jié)點節(jié)點 C總線總線隱隱顯顯t1t2SOF t1 & t2 , 節(jié)點節(jié)點 C 和節(jié)點和節(jié)點 B 丟失仲裁丟失仲裁RDRDRD2011年05月18日000100000001xxxx11EOF101101101000節(jié)點節(jié)點A 發(fā)送發(fā)送: - CAN ID 1460總線上所看到的信號總線上所看到的信號:0

19、00100000001xxxx01EOF101101101000節(jié)點節(jié)點B 發(fā)送發(fā)送: - CAN ID 1464010110111節(jié)點節(jié)點B 裁定失敗，終止發(fā)射裁定失敗，終止發(fā)射 節(jié)點節(jié)點B認(rèn)可信號認(rèn)可信號01裁定區(qū)裁定區(qū) 認(rèn)可區(qū)認(rèn)可區(qū)2011年05月18日 介質(zhì)訪問控制 報文分幀報文分幀 錯誤檢測2011年05月18日 標(biāo)準(zhǔn)幀：含有11位標(biāo)識符，稱為BASIC-CAN。 擴展幀：含有29位標(biāo)識符，稱為Peli-CAN。2011年05月18日 數(shù)據(jù)幀：將數(shù)據(jù)由發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌?。?shù)據(jù)幀：將數(shù)據(jù)由發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌?遠程幀：由節(jié)點發(fā)出，請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀。 錯誤幀：檢測到總線錯誤

20、后發(fā)出。 過載幀：相鄰數(shù)據(jù)幀間提供附加的延時。 幀間空間：分隔多個數(shù)據(jù)幀。2011年05月18日2011年05月18日 幀起始標(biāo)志位幀起始標(biāo)志位(SOF) 標(biāo)志數(shù)據(jù)幀的起始，一個顯性位。 在此進行硬同步。 仲裁域（Arbitration Field） 由標(biāo)識符和遠程發(fā)送請求位RTR標(biāo)志組成。 2011年05月18日 控制域 四位數(shù)據(jù)長度碼（DLC）和兩個保留位。 數(shù)據(jù)域 由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，包括08個字節(jié)。 2011年05月18日 循環(huán)冗余碼（CRC）域CRC域包括CRC校驗碼和界定符(一個隱性位)。生成多項式：生成多項式：X X1515+X+X1414+X+X1010+X+X8 8+

21、X+X7 7+X+X4 4+X+X3 3+1+1 應(yīng)答域（ACK） 應(yīng) 答 隙 （ A C K S L O T ） 和 應(yīng) 答 界 定 （ A C K DELIMITER）。當(dāng)接收器正確地接收到有效的報文，就會在應(yīng)答隙位發(fā)送一顯性位。 2011年05月18日 幀結(jié)尾 每個數(shù)據(jù)幀和遠程幀均由7個“隱性位”構(gòu)成標(biāo)志序列界定。2011年05月18日 每個接收節(jié)點可以通過發(fā)送遠程幀啟動發(fā)送節(jié)點傳送數(shù)據(jù)。多用于點對點通信。2011年05月18日 由幀起始、仲裁域、控制域、CRC域、應(yīng)答域、幀結(jié)尾組成。 與數(shù)據(jù)幀相反，仲裁域中的RTR位是隱性的。且沒有數(shù)據(jù)域。2011年05月18日 錯誤標(biāo)志：錯誤主動標(biāo)志和錯誤被動標(biāo)志 錯誤界定符：由8個隱性位構(gòu)成。2011年05月18日 錯誤主動標(biāo)志：連續(xù)6個顯性位。 優(yōu)先級高，違反了位填充規(guī)則 錯誤被動標(biāo)志：連續(xù)6個隱性位。 優(yōu)先級低，可被其他節(jié)點顯性位覆蓋。2011年05月18日 超載標(biāo)志和超載定界符2011年05月18日 發(fā)送超載幀條件：接收器要求延遲下一數(shù)據(jù)幀或遠程幀的到達。 超載標(biāo)志由6個顯性位組成。 超載定界符由8個隱性位組成。2011年05月18日 間歇域和總線空閑2011年05月18日 間歇域包括3個隱性位。在此期間，不允許發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠程幀，用于標(biāo)示一個超