1、,東北大學(xué)秦皇島分校,通用串行端口數(shù)據(jù)通信,1,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),2,EIA-232-D接口標(biāo)準(zhǔn),美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制訂的物理接口標(biāo)準(zhǔn). 前身是RS-232-C物理接口標(biāo)準(zhǔn)。,3,機(jī)械特性,DB25連接器 DB9連接器,4,電氣特性ext,不平衡電氣連接方式,地線(xiàn),信號(hào)線(xiàn),5,電氣特性ext,噪聲,地線(xiàn),6,電氣特性,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”。,7,接口特性,8,近距離通信,最簡(jiǎn)接線(xiàn)（3線(xiàn)制） 標(biāo)準(zhǔn)接線(xiàn) （7線(xiàn)制）,9,最簡(jiǎn)接線(xiàn),無(wú)硬件握手方式,10,近距離通信,

2、最簡(jiǎn)接線(xiàn)（3線(xiàn)制） 標(biāo)準(zhǔn)接線(xiàn) （7線(xiàn)制）,11,標(biāo)準(zhǔn)接線(xiàn),全握手方式,甲,乙,12,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),13,EIA-485與EIA-232,EIA-232最大傳輸距離15m，最大傳輸速率19.2Kbps，最多2個(gè)節(jié)點(diǎn)。 EIA-485最大傳輸距離1200m，最大傳輸速率10Mbps，最多32個(gè)節(jié)點(diǎn)。 EIA-485更適合工業(yè)通訊。,14,EIA-485的電氣特性,EIA-485-D電氣特性采用正邏輯。 26V，表示邏輯“1”； 26V，表示邏輯“0”。,15,EIA-485的電氣特性ext,平衡電氣連接，能夠抑制噪聲。,串音,16,E

3、IA-485的電氣特性ext,發(fā)送端信號(hào)： DT=(D+)(D-) DT：發(fā)送端原始信號(hào)； D+、D-：差分后信號(hào)。 如果無(wú)噪聲干擾，接收端信號(hào)： DR(D+)(D-) = DT,17,EIA-485的電氣特性ext,如果存在噪聲干擾，傳輸線(xiàn)上信號(hào)電壓分別成為 (D)Noise和(D-)Noise； 如果接收端接收此信號(hào)，并計(jì)算電壓差： DR(D)+Noise-(D-)Noise(D+)-(D-)DT 與發(fā)送端信號(hào)相同,18,EIA-485的端口連接,EIA-485的全雙工連接 EIA-485的半雙工連接,19,EIA-485的全雙工連接,20,EIA-485的半雙工連接,21,EIA-485

4、的網(wǎng)絡(luò)連接,半雙工通信時(shí)，采用總線(xiàn)形。 EIA-485規(guī)定，每個(gè)網(wǎng)段最多連接32個(gè)負(fù)載。如果超過(guò)32個(gè)，需要添加中繼器。,22,主從式介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式,網(wǎng)段的一個(gè)節(jié)點(diǎn)被指定為主節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn)。 由主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)控制網(wǎng)段上所有的通信連接。從節(jié)點(diǎn)不能主動(dòng)發(fā)起通信。 為保證每個(gè)從節(jié)點(diǎn)都有機(jī)會(huì)傳送數(shù)據(jù)，主節(jié)點(diǎn)需要對(duì)從節(jié)點(diǎn)依次逐一輪詢(xún)。 主節(jié)點(diǎn)不停地傳送報(bào)文給從節(jié)點(diǎn)，并等待從節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答報(bào)文。,23,主從通訊示例,Controller,Drive1,Sensor,Drive3,Drive2,Data Acquisition,HMI,Analog I/O,24,示例：DF1主從通訊配置,計(jì)算機(jī)和Micr

5、oLogix1000控制器處于同一EIA-485網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)配置實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與MicroLogix1000的主從通訊。 計(jì)算機(jī)作為主設(shè)備 MicroLogix1000作為從設(shè)備,25,MicroLogix1000作為從節(jié)點(diǎn)的配置,1、建立已知類(lèi)型(如DF1全雙工)的通訊，并啟動(dòng)RSLogix500軟件，在線(xiàn)MicroLogix1000控制器。,26,第二步,2、選擇Channel Configuration（通道組態(tài)）,27,第三步,3、將程序下載到MicroLogix控制器中，此時(shí)與PC機(jī)的原有通訊丟失，等待建立新通訊。,28,計(jì)算機(jī)作為主設(shè)備的配置1,1、啟動(dòng)RSLinx軟件，選擇組態(tài)驅(qū)動(dòng).,

6、29,計(jì)算機(jī)作為主設(shè)備的配置2,2、選擇驅(qū)動(dòng)類(lèi)型為DF1 Polling Master Driver.,協(xié)議類(lèi)型,30,計(jì)算機(jī)作為主設(shè)備的配置3,3、設(shè)置計(jì)算機(jī)的節(jié)點(diǎn)地址為1。,31,計(jì)算機(jī)作為主設(shè)備的配置4,4、定義輪詢(xún)列表，將從節(jié)點(diǎn)地址加入。,從節(jié)點(diǎn)地址,32,計(jì)算機(jī)作為主設(shè)備的配置5,5、設(shè)置計(jì)算機(jī)串口，定義物理層。,33,計(jì)算機(jī)作為主設(shè)備的配置6,6、設(shè)置DF1主從協(xié)議規(guī)定部分，超時(shí)和差錯(cuò)檢測(cè)模式。,34,通訊建立,35,習(xí)題,詳述EIA-232和EIA-485在抗噪聲干擾方面的不同點(diǎn)，并分析原因。 詳述主從通訊過(guò)程。,36,CAN-控制器局域網(wǎng),背景與應(yīng)用 CAN與ISO 7層模型

7、物理層 數(shù)據(jù)鏈路層,37,CAN - 控制器局域網(wǎng)絡(luò),由歐洲 Bosch 所開(kāi)發(fā) 要求來(lái)自 BMW 與 Mercedes 應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)部的通訊 減少配線(xiàn)的數(shù)量 銜接各個(gè)分布式控制器,38,CAN - 控制器局域網(wǎng)絡(luò)ext,車(chē)尾燈,發(fā)動(dòng)機(jī) 控制,門(mén),車(chē)前燈,ABS,儀表板,CAN,39,CAN-控制器局域網(wǎng),背景與應(yīng)用 CAN與OSI 7層模型 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層,40,CAN 與 OSI /RM,邏輯鏈路控制子層,超載通知,接收過(guò)濾,介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層,故障限定,錯(cuò)誤檢測(cè),確認(rèn),報(bào)文幀,仲裁,物理層,位定時(shí)和同步,傳輸速率,信號(hào)電平,ISO OSI 7 層模型,CAN 層次結(jié)構(gòu),表述層,應(yīng)用層,

8、會(huì)話(huà)層,傳輸層,網(wǎng)絡(luò)層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,41,CAN-控制器局域網(wǎng),背景與應(yīng)用 CAN與OSI 7層模型 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層,42,物理層,CAN組網(wǎng) CAN總線(xiàn)速率與距離的關(guān)系 電氣特性 位編碼 位定時(shí) 同 步,43,CAN組網(wǎng),44,物理層,CAN組網(wǎng) CAN總線(xiàn)速率與距離的關(guān)系 電氣特性 位編碼 位定時(shí) 同步,45,通信速率與距離,46,速率與距離的關(guān)系ext,CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（傳輸速率為5kbps）；最高通信速率可達(dá)1Mbps（傳輸距離為40m）。 CAN的節(jié)點(diǎn)數(shù)最多為110個(gè)。,47,物理層,CAN總線(xiàn)的速率與距離的關(guān)系 電氣特性 位定時(shí) 位編碼 同步,48,

9、電氣特性,采用差分連接的方式。,49,電氣特性,雙絞線(xiàn)中一根為CAN-H,另一根為CAN-L.,地線(xiàn),50,電氣特性ext,邏輯“1” 時(shí)，總線(xiàn)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(shí)，總線(xiàn)呈現(xiàn)“顯性”狀態(tài)。 VCAN-H為3.5V,VCAN-L為1.5V，即Vdiff為2V。,51,物理層,電氣特性 CAN總線(xiàn)的速率與距離的關(guān)系 位編碼 位定時(shí) 同步,52,位編碼,采用不歸零碼（NRZ）,53,位編碼ext,NRZ 技術(shù)的優(yōu)勢(shì) 噪音信號(hào)少 適用于逐位仲裁技術(shù) (Bit-Wise Arbitration) NRZ 技術(shù)的劣勢(shì)

10、不確定性同步 (Non-determinant Synchronisation) 采用位填充技術(shù) (Bit-Stuffing)解決,54,同步,55,位編碼ext,位填充：在每五個(gè)連續(xù)的同電位(或邏輯)之后，嵌入一個(gè)位的反相電位(或邏輯)。 實(shí)例 : 傳輸數(shù)據(jù) = 0110 0000 0001,56,物理層,電氣特性 CAN總線(xiàn)的速率與距離的關(guān)系 位編碼 位定時(shí) 同步,57,位定時(shí),理想的發(fā)送器在沒(méi)有進(jìn)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(gè)給定的CAN系統(tǒng)里，位傳輸速率是唯一的，并且是固定的。 位時(shí)間指一位的持續(xù)時(shí)間，是位速率的倒數(shù)。,58,位時(shí)間的組成,采樣點(diǎn),59,同步,

11、60,同步,硬同步 重同步,61,硬同步,僅在總線(xiàn)空閑時(shí)通過(guò)一個(gè)跳變沿（幀起始）完成； 強(qiáng)迫引起硬同步的跳變沿位于重新開(kāi)始計(jì)時(shí)的位時(shí)間的同步段之內(nèi)。,62,重同步,在消息幀的隨后位中，每當(dāng)有跳變沿出現(xiàn)，且該跳變落在了同步段之外，就會(huì)引起一次重同步。 重同步機(jī)制根據(jù)跳變沿的位置延長(zhǎng)或者縮短位時(shí)間以調(diào)整采樣點(diǎn)的位置，保證正確采樣。,63,重同步ext,相位誤差：跳變沿相對(duì)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(diǎn)之后，下一個(gè)位的同步段之前，則相位誤差小于0。,64,重同步ext,65,重同步ext,6

12、6,CAN-控制器局域網(wǎng),背景與應(yīng)用 CAN與OSI七層模型 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層,67,數(shù)據(jù)鏈路層,介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層（MAC） 邏輯鏈路控制子層（LLC）,68,介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層,介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制 報(bào)文分幀 錯(cuò)誤檢測(cè),69,CSMA/CD + NDBA,載波監(jiān)聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測(cè) (Carrier Sense Multiple Access /Collision Detect) 允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn) 用于以太網(wǎng) (Ethernet), CAN 等. 非破壞性的逐位仲裁技術(shù) (None-DestructiveBit-wise Arbitration) 利用 NRZ (不歸零碼) 技術(shù) 信號(hào)沖突時(shí)

13、不會(huì)破壞信號(hào) 不浪費(fèi)帶寬 (bandwidth) 保證很高的信號(hào)吞吐率 (throughput),70,監(jiān)聽(tīng)過(guò)程,如果網(wǎng)絡(luò)上正在發(fā)送一幀報(bào)文，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)必須等待，直到發(fā)送結(jié)束后才能開(kāi)始發(fā)送自己的報(bào)文.,71,節(jié)點(diǎn) A,節(jié)點(diǎn) B,節(jié)點(diǎn) C,總線(xiàn),隱,顯,t1,t2,SOF,t1 & t2 , 節(jié)點(diǎn) C 和節(jié)點(diǎn) B 丟失仲裁,R,D,R,D,R,D,CSMA/CD + NDBA 操作,72,73,介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層,介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制 報(bào)文分幀 錯(cuò)誤檢測(cè),74,幀格式,標(biāo)準(zhǔn)幀：含有11位標(biāo)識(shí)符，稱(chēng)為BASIC-CAN。 擴(kuò)展幀：含有29位標(biāo)識(shí)符，稱(chēng)為Peli-CAN。,75,幀類(lèi)型,數(shù)據(jù)幀：將數(shù)據(jù)由發(fā)送器

14、傳輸?shù)浇邮掌鳌?遠(yuǎn)程幀：由節(jié)點(diǎn)發(fā)出，請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀。 錯(cuò)誤幀：檢測(cè)到總線(xiàn)錯(cuò)誤后發(fā)出。 過(guò)載幀：相鄰數(shù)據(jù)幀間提供附加的延時(shí)。 幀間空間：分隔多個(gè)數(shù)據(jù)幀。,76,數(shù)據(jù)幀,77,遠(yuǎn)程幀,每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀啟動(dòng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)。多用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。,78,出錯(cuò)幀,錯(cuò)誤標(biāo)志：錯(cuò)誤主動(dòng)標(biāo)志和錯(cuò)誤被動(dòng)標(biāo)志 錯(cuò)誤界定符：由8個(gè)隱性位構(gòu)成。,79,錯(cuò)誤標(biāo)志,錯(cuò)誤主動(dòng)標(biāo)志：連續(xù)6個(gè)顯性位。 優(yōu)先級(jí)高，違反了位填充規(guī)則 錯(cuò)誤被動(dòng)標(biāo)志：連續(xù)6個(gè)隱性位。 優(yōu)先級(jí)低，可被其他節(jié)點(diǎn)顯性位覆蓋。,80,超載幀,超載標(biāo)志和超載定界符,81,幀間間隔,間歇域和總線(xiàn)空閑,82,介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層,介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控

15、制 成幀 錯(cuò)誤檢測(cè),83,錯(cuò)誤檢測(cè),位錯(cuò)誤（Bit Error） 填充錯(cuò)誤（Stuff Error） CRC錯(cuò)誤（CRC Error） 格式錯(cuò)誤（Form Error） 應(yīng)答錯(cuò)誤（Acknowledgement Error）,84,錯(cuò)誤檢測(cè)ext,位錯(cuò)誤 單元在發(fā)出位的同時(shí)對(duì)總線(xiàn)進(jìn)行監(jiān)視。所發(fā)送的位值與所監(jiān)視的位值是否相符。 填充錯(cuò)誤 在應(yīng)當(dāng)使用位填充法進(jìn)行編碼的報(bào)文域中，出現(xiàn)了第6個(gè)連續(xù)相同的位電平。,85,錯(cuò)誤檢測(cè)ext,CRC錯(cuò)誤 接收器的CRC計(jì)算結(jié)果與發(fā)送器發(fā)送的不同。 格式錯(cuò)誤 一個(gè)固定格式的位域含有一個(gè)或多個(gè)非法位。 應(yīng)答錯(cuò)誤 在應(yīng)答位期間所監(jiān)視的位不為顯性。,86,錯(cuò)誤處理,檢

16、測(cè)到出錯(cuò)條件的節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送出錯(cuò)標(biāo)志（即出錯(cuò)幀）進(jìn)行標(biāo)識(shí)。 對(duì)于錯(cuò)誤主動(dòng)節(jié)點(diǎn)，發(fā)出主動(dòng)出錯(cuò)標(biāo)志。 對(duì)于錯(cuò)誤消極節(jié)點(diǎn)，發(fā)送消極出錯(cuò)標(biāo)志。,87,錯(cuò)誤處理ext,對(duì)于位錯(cuò)誤、填充錯(cuò)誤、格式錯(cuò)誤或應(yīng)答錯(cuò)誤，檢測(cè)到錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)將在下一個(gè)位時(shí)間的起始處發(fā)送出錯(cuò)標(biāo)志。 對(duì)于CRC錯(cuò)誤，出錯(cuò)標(biāo)志將在應(yīng)答界定符的后一位開(kāi)始發(fā)送。,88,CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送流程,（1）當(dāng)CAN節(jié)點(diǎn)有報(bào)文要發(fā)送時(shí)，監(jiān)視總線(xiàn)的通信狀況。 （2）當(dāng)總線(xiàn)一旦空閑，馬上開(kāi)始幀的發(fā)送。 （3）總線(xiàn)上其它節(jié)點(diǎn)在幀起始引起的跳變沿進(jìn)行同步。,89,CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送流程,（4） 在發(fā)送幀起始位期間，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位錯(cuò)誤的檢測(cè)。 （5）如果檢測(cè)到總線(xiàn)上為隱位，而不

17、是發(fā)出的顯位，則表明發(fā)生位錯(cuò)誤，節(jié)點(diǎn)馬上停止發(fā)送報(bào)文，轉(zhuǎn)而發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志。,90,CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送流程,（6）如果沒(méi)有發(fā)生位錯(cuò)誤，則繼續(xù)發(fā)送幀的仲裁場(chǎng)。 （7）報(bào)文的仲裁場(chǎng)中放置幀的標(biāo)識(shí)符，表示幀信息的優(yōu)先級(jí)。在發(fā)送幀仲裁場(chǎng)期間，每發(fā)出一位節(jié)點(diǎn)都要檢測(cè)總線(xiàn)的位值。 （8）在仲裁場(chǎng)發(fā)送期間還要檢查是否出現(xiàn)填充錯(cuò)誤。,91,CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送流程,（9） 在節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制場(chǎng)期間，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位錯(cuò)誤和填充錯(cuò)誤的檢測(cè)。 （10）在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)場(chǎng)期間，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位錯(cuò)誤和填充錯(cuò)誤的檢測(cè)。,92,CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送流程,（11）節(jié)點(diǎn)發(fā)送順利發(fā)送完數(shù)據(jù)場(chǎng)后，開(kāi)始發(fā)送CRC場(chǎng)。同樣在節(jié)點(diǎn)發(fā)送CRC場(chǎng)期間，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位錯(cuò)誤和填充錯(cuò)誤的檢測(cè)。 （12）節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送ACK場(chǎng)，發(fā)送ACK場(chǎng)期間，進(jìn)行位錯(cuò)誤檢測(cè)，但不再檢測(cè)填充錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)而檢測(cè)格式錯(cuò)誤。 （13）節(jié)點(diǎn)發(fā)送幀結(jié)束 。