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1、2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用东北大学秦皇岛分校通用串行端口数据通信通用串行端口数据通信2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用通用串行端口数据通信EIA-232-D接口标准接口标准EIA-485-D接口标准接口标准2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用EIA-232-D接口标准接口标准美国电子工业协会EIA制订的物理接口标物理接口标准准.前身是RS-232-C物理接口标准。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用机械特性DB25连接器DB9连接器连接器2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用
2、电气特性ext不平衡电气连接方式不平衡电气连接方式地线地线信号线信号线2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用电气特性ext发送端发送端接收端接收端噪声噪声地线地线2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用电气特性EIA-232-D电气特性采用负逻辑。515V，表示逻辑“1”；515V，表示逻辑“0”。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用接口特性2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用近距离通信最简接线（最简接线（3线制）线制）标准接线标准接线 （7 7线制）线制）2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应
3、用最简接线最简接线无硬件握手方式无硬件握手方式2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用近距离通信最简接线（最简接线（3线制）线制）标准接线标准接线 （7线线制）制）2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用标准接线标准接线全全握手方式握手方式甲甲乙乙2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用通用串行端口数据通信EIA-232-D接口标准接口标准EIA-485-D接口标准接口标准2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用EIA-485与与EIA-232EIA-232最大传输距离15m，最大传输速率19.2Kbps，最多2个节点。E
4、IA-485最大传输距离1200m，最大传输速率10Mbps，最多32个节点。EIA-485更适合工业通讯。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用EIA-485的电气特性EIA-485-D电气特性采用正逻辑。26V，表示逻辑“1”；26V，表示逻辑“0”。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用EIA-485的电气特性ext平衡电气连接，能够抑制噪声。串音串音2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用EIA-485的电气特性ext发送端信号： DT=(D+)(D-)DT：发送端原始信号；D+、D-：差分后信号。如果无噪声干扰，接收端信号：
5、DR(D+)(D-) = DT2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用EIA-485的电气特性ext如果存在噪声干扰，传输线上信号电压分别成为 (D)Noise和(D-)Noise；如果接收端接收此信号，并计算电压差：DR(D)+Noise-(D-)Noise(D+)-(D-)DT与发送端信号相同2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用EIA-485的端口连接EIA-485的全双工连接EIA-485的半双工连接2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用EIA-485的全双工连接2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用EIA-
6、485的半双工连接2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用EIA-485的网络连接半双工通信时，采用总线形。EIA-485规定，每个网段最多连接32个负载。如果超过32个，需要添加中继器。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用主从式介质访问控制方式网段的一个节点被指定为主节点，其他节点为从节点。由主节点负责控制网段上所有的通信连接。从节点不能主动发起通信。为保证每个从节点都有机会传送数据，主节点需要对从节点依次逐一轮询。主节点不停地传送报文给从节点，并等待从节点的应答报文。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用主从通讯示例Control
7、lerDrive1SensorDrive3Drive2DataAcquisitionHMIAnalogI/O2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用示例：DF1主从通讯配置计算机和MicroLogix1000控制器处于同一EIA-485网络，通过配置实现PC机与MicroLogix1000的主从通讯。计算机作为主设备MicroLogix1000作为从设备2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用MicroLogix1000作为从节点的配置1、建立已知类型(如DF1全双工)的通讯，并启动RSLogix500软件，在线MicroLogix1000控制器。2006年
8、01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用第二步2、选择、选择Channel Configuration（通道组态）通道组态）2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用第三步3、将程序下载到MicroLogix控制器中，此时与PC机的原有通讯丢失，等待建立新通讯。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用计算机作为主设备的配置11、启动RSLinx软件，选择组态驱动.2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用计算机作为主设备的配置22、选择驱动类型为DF1PollingMasterDriver.协议类型2006年01月14日现场总线技术与应
9、用现场总线技术与应用计算机作为主设备的配置33、设置计算机的节点地址为1。PC机节点地址2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用计算机作为主设备的配置44、定义轮询列表，将从节点地址加入。从节点地址2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用计算机作为主设备的配置55、设置计算机串口，定义物理层。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用计算机作为主设备的配置66、设置、设置DF1主从协议规定部分，超时和差主从协议规定部分，超时和差错检测模式。错检测模式。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用通讯建立2006年01月14日现场
10、总线技术与应用现场总线技术与应用习题详述EIA-232和EIA-485在抗噪声干扰方面的不同点，并分析原因。详述主从通讯过程。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用CAN-控制器局域网背景与应用背景与应用CAN与ISO7层模型物理层数据链路层2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用CAN - 控制器局域网控制器局域网络络由欧洲由欧洲 Bosch 所开发所开发要求来自要求来自 BMW 与与 Mercedes应用于汽车内部的通讯应用于汽车内部的通讯减少配线的数量减少配线的数量衔接各个分布式控制器衔接各个分布式控制器2006年01月14日现场总线技术与应用现场总
11、线技术与应用CAN - 控制器局域网络控制器局域网络extCAN2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用CAN-控制器局域网背景与应用CAN与与OSI 7层模型层模型物理层数据链路层2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用CAN 与与 OSI /RM逻辑链路控制子层超载通知接收过滤介质访问控制子层故障限定错误检测确认报文帧仲裁物理层位定时和同步传输速率信号电平ISO OSI 7 层模型层模型CAN 层次结构层次结构表述层表述层应用层应用层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与
12、应用CAN-控制器局域网背景与应用CAN与OSI7层模型物理层物理层数据链路层2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用物理层CAN组网组网CAN总线速率与距离的关系电气特性位编码位定时同步2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用CAN组网2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用物理层CAN组网CAN总线速率与距离的关系总线速率与距离的关系电气特性位编码位定时同步2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用通信速率与距离2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用速率与距离的关系extCAN的直接通信距离最远可达1
13、0km（传输速率为5kbps）；最高通信速率可达1Mbps（传输距离为40m）。CAN的节点数最多为110个。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用物理层CAN总线的速率与距离的关系电气特性电气特性位定时位编码同步2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用电气特性采用差分连接的方式。采用差分连接的方式。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用电气特性双绞线中一根为双绞线中一根为CAN-H,另一根为另一根为CAN-L.地线地线2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用电气特性ext逻辑“1” 时，总线呈现“隐性”状态。VCAN
14、-H和VCAN-L固定在平均电压2.5V，即Vdiff近似为0。逻辑“0” 时，总线呈现“显性”状态。VCAN-H为3.5V,VCAN-L为1.5V，即Vdiff为2V。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用物理层电气特性CAN总线的速率与距离的关系位编码位编码位定时同步2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用位编码采用不归零码（NRZ）2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用位编码extNRZ技术的优势噪音信号少适用于逐位仲裁技术适用于逐位仲裁技术(Bit-WiseArbitration)NRZ技术的劣势不确定性同步(Non-deter
15、minantSynchronisation)采用位填充技术(Bit-Stuffing)解决2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用同步2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用位编码ext位填充：在每五个连续的同电位(或逻辑)之后，嵌入一个位的反相电位(或逻辑)。实例:传输数据=01100000000100000000111S2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用物理层电气特性CAN总线的速率与距离的关系位编码位定时位定时同步2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用位定时理想的发送器在没有进行同步的情况下，每秒发送的位数定
16、义为正常位速率。在一个给定的CAN系统里，位传输速率是唯一的，并且是固定的。位时间指一位的持续时间，是位速率的倒数。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用位时间的组成同步段同步段传播段传播段相位缓冲段相位缓冲段1 相位缓冲段相位缓冲段2采样点采样点2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用同步2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用同步硬硬同步同步重同步2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用硬同步仅在总线空闲时通过一个跳变沿（帧起始）完成；强迫引起硬同步的跳变沿位于重新开始计时的位时间的同步段之内。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用重同步在消息帧的随后位中，每当有跳变沿出现，且该跳变落在了同步段之外，就会引起一次重同步。重同步机制根据跳变沿的位置延长或者缩短位时间以调整采样点的位置，保证正确采样。2006年01月14日现场总线技术与应用现场总线技术与应用重同步ext相位误差：跳变沿相对同步段的位置。如果跳变沿处于同步段内，则相位误差为0；如果跳变沿位于采样之前，同步段之后，则相位误差大于0
