現場總線技術入門數據通信基礎.pptVIP

數據通信與網絡基礎,現場總線入門基礎,數據通信與網絡基礎,2.0 數據通信的基本含義 2.1 總線的基本概念 2.2 通信系統的基本概念 2.3 網絡結構及傳輸介質 2.4 通信系統的協議模型 2.5 差錯控制,2.0 數據通信的基本含義,數據通信的基本含義是指在2個或2個以上相互獨立的計算機類設備之間傳遞數字化 信息。比如：工業(yè)控制機與PLC之間，計 算機與手機、PDA之間，校園網中計算機 與計算機之間等。 在計算機內部的數據傳遞，如CPU與顯示卡、CPU與硬盤之間等，一般不歸于數據通信的范疇。,2.0 數據通信的基本含義,在計算機等數字化設備中，信息的基本描述形式為二進制數，而目前最基本、最常用的表述形式為8位數據位。 若在2臺計算機之間傳遞一條信息，從信息傳遞的方式上看，可以采用串行通信方式或并行通信方式。,2.0 數據通信的基本含義,一條信息的各位數據被同時傳送的通信方式稱為并行通信。并行通信的特點是：各數據位同時傳送，傳送速度快、效率高，但有多少數據位就需多少根數據線，因此傳送成本高，只適用于近距離（相距數米）的通信。 一條信息的各位數據被逐位按順序傳送的通信方式稱為串行通信。串行通信的特點是：各個數據位的傳送是按位序順序進行，最少只需一根數據傳輸線即可完成，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。,2.0 數據通信的基本含義,一般常說的數據通信就指的是串行數據通信,2.1 總線的基本概念,（1）總線與總線段 （2）主設備與從設備 （3）總線上的控制信號 （4）總線協議,2.1 總線的基本概念,（1）總線（bus）與總線段(bus segment) 從廣義說，總線就是傳輸信號或信息的公共 路徑，是遵循同一技術規(guī)范的連接與操作方式。 一組設備通過總線連在一起稱為總線段。 可以通過總線段相互連接把多個總線段連接成一個網絡系統。,（2）主設備與從設備 可在總線上發(fā)起信息傳輸的設備叫做“總線主設備”(bus master) ，又稱命令者。 不能在總線上主動發(fā)起通信、只能掛接在總線上、 對總線信息進行接收查詢的設備稱為總線從設備(bus slaver)，也稱基本設備。 在總線上可能有多個主設備，某一設備既可以是 主設備，也可以是從設備，但不能同時既是主設備又是從設備。,2.1 總線的基本概念,（3）控制信號（三種類型） （a）控制連接在總線上的設備，讓其進行所規(guī)定的操作，如設備清零、初始化、啟動和停止等。 （b）用于改變總線操作的方式，如改變數據流的方向，選擇數據字段的寬度和字節(jié)等。 （c）表明地址和數據的含義，如對于地址，可用于指定某一地址空間，或表示出現了廣播操作；對于數據，可用于指定它能否轉譯成輔助地址或命令。,（4）總線協議 管理主、從設備使用總線的一套規(guī)則稱為“總線協議”(bus protocol)。 協議是一套事先規(guī)定的、總線上所有設備必須共同遵守的規(guī)約。,2.1 總線的基本概念,2.2 通信系統的基本概念,（1）通信系統的組成 （2）數據通信基本原理 （3）數據交換方式,（1）通信系統的組成 通信系統是傳遞信息所需的一切技術設備 的總和。它一般由信息源和信息接收者， 發(fā)送、接收設備，傳輸介質幾部分組成。,信息源和接收者 信息源和接收者是信息的產生者和使用者。 在數字通信系統中傳輸的信息是數據，是數字化了的信息。這些信息可能是原始數據，也可能是經計算機處理后的結果，還可能是某些指令或標志。 信息源可根據輸出信號的性質不同分為模擬信息源和離散信息源。,發(fā)送設備 發(fā)送設備的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來，即將信息源產生的消息信號經過編碼，并變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸媒介。 信源編碼：把連續(xù)消息變換為數字信號； 信道編碼：使數字信號與傳輸介質匹配，提高傳輸的可靠性或有效性。 發(fā)送設備還要包括為達到某些特殊要求所進行的各種處理，如多路復用、保密處理、糾錯編碼處理等。,傳輸介質 傳輸介質指發(fā)送設備到接收設備之間信號傳遞所經媒介。它可以是無線的，也可以是有線的(包括光纖)。有線和無線均有多種傳輸媒介，如電磁波、紅外線為無線傳輸介質，各種電纜、光纜、雙絞線等為有線傳輸介質。 介質在傳輸過程中必然會引入某些干擾，如熱噪聲、脈沖干擾、衰減等。媒介的固有特性和干擾特性直接關系到變換方式的選取。,接收設備 接收設備的基本功能是完成發(fā)送設備的反變換，即進行解調、譯碼、解密等。它的任務是從帶有干擾的信號中正確恢復出原始信息來，對于多路復用信號，還包括解除多路復用，實現正確分路。 以上所述是單向通信系統，但在大多數場合下，信源兼為收信者，通信的雙方需要隨時交流信息，因此要求雙向通信。,(2) 數據通信基本原理 A.通信方式按照信息的傳輸方向分為 ： (i)單工 (Simplex)方式 信息只能沿單方向傳輸的通信方式稱為單工方式； (ii)半雙工(Half duplex)方式 信息可以沿著兩個方向傳輸，但在某一時刻只能沿一個方向傳輸的通信方式稱為半雙工方式； (iii)全雙工 (Full duplex)方式 信息可以同時沿著兩個方向傳輸的通信方式稱為全雙工方式。,單工、半雙工和全雙工通信方式,B. 傳輸模式 基帶傳輸 載波（帶）傳輸 寬帶傳輸,基帶傳輸 基帶傳輸是指在基本不改變數據信號頻率的情況下，在數字通信中直接傳送數據的基帶信號，即按數據波的原樣進行傳輸，不采用任何調制措施。它是目前廣泛應用的最基本的數據傳輸方式。 局域網、控制局域網,載波（帶）傳輸 載波傳輸是先用數字信號對載波進行調制，然后進行傳輸的傳輸模式。最基本的調制方式有幅值鍵控 (ASK)，頻移鍵控 (FSK)和相移鍵控 (PSK)3種。 在載波傳輸中，發(fā)送設備首先要產生某個頻率的信號作為基波來承載信息信號，這個基波就稱為載波信號，基波頻率就稱為載波頻率;然后按幅值鍵控、頻移鍵控、相移鍵控等不同方式改變載波信號的幅值、頻率、相位，形成調制信號后發(fā)送。,寬帶傳輸 由于基帶網不適于傳輸語言、圖像等信息，隨著多媒體技術的發(fā)展，計算機網絡傳輸數據、文字、語音、圖像等多種信號的任務愈來愈重，因此提出了寬帶傳輸的要求。 寬帶傳輸與基帶傳輸的主要區(qū)別:一是數據傳輸速率不同，基帶網的數據傳輸速率范圍為0l0Mbit/s，寬帶網可達0400Mbit/s;二是寬帶網可劃分為多條基帶信道，能提供良好的通信路徑。一般寬帶局域網可與有線電視系統共建，以節(jié)省投資。,C. 二進制數據表示方法 基帶傳輸中數據的表示方法 (i)信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸。 (ii)根據對零電平的關系，信息傳輸可以分為歸零傳輸和不歸零傳輸。 (iii)根據信號的極性，信息傳輸分為單極性傳輸和雙極性傳輸。 單極性碼 雙極性碼,常用的數據表示方法 a)平衡、歸零、雙極性 b)平衡、歸零、單極性 c)平衡、不歸零、單極性 d)非平衡、歸零、雙極性 e)非平衡、歸零、單極性 f)非平衡、不歸零、單極性,數據表示方法,載帶傳輸中的數據表示方法 (1)調幅方式 調幅方式AM (Amplitude Modulation)又稱為幅移鍵控法 ASK (Amplitude-Shift Keying) (2)調頻方式 調頻方式FM (Frequency Modulation)又稱為頻移鍵控法FSK (Frequency-Shift Keying) (3)調相方式 調相方式PM (Phase Modulation)又稱為相移鍵控法PSK (Phase-Shift Keying),數據調制方式 （a）調幅 （b）調頻 （c）調相,2.3 網絡結構及傳輸介質,（1）網絡的拓撲結構 （2）傳輸介質,（1）通信網鉻的拓撲結構 在分布控制系統中應用較多的拓撲結構是星型、環(huán)型和總線型。,通信網絡的拓撲結構 (a)星形結構； (b)環(huán)型結構； (c)總線型結構,星型結構 在星型結構中，每一個節(jié)點都通過一條鏈路連接到一個中央節(jié)點上去。任何兩個節(jié)點之間的通信都要經過中央節(jié)點。中央節(jié)點有一個開關裝置來接通兩個節(jié)點之間的通信路徑。因此，中央節(jié)點的構造是比較復雜的，一旦發(fā)生故障，整個通信系統就要癱瘓。因此，這種系統的可靠性是比較低的，在分散控制系統中應用得較少。,環(huán)型結構 在環(huán)型結構中，所有的節(jié)點通過鏈路組成一個環(huán)形。需要發(fā)送信息的節(jié)點將信息送到環(huán)上，信息在環(huán)上只能按某一確定的方向傳輸。當信息到達接收節(jié)點時，該節(jié)點識別信息中的目的地址與自己的地址相同，就將信息取出，并加上確認標記，以便由發(fā)送節(jié)點清除。,總線型結構 所有的站都通過相應的硬件接口直接接到總線上。由于所有的節(jié)點都共享一條公用的傳輸線路，所以每次只能由一個節(jié)點發(fā)送信息，信息由發(fā)送它的節(jié)點向兩端擴散。 這種結構的網絡又稱為廣播式網絡。某節(jié)點發(fā)送信息之前，必須保證總線上沒有其他信息正在傳輸。當這一條件滿足時，它才能把信息送上總線。,（2）網絡傳輸介質 網絡中連接收發(fā)雙方的物理通路，實際傳送信息的載體。 網絡中常用的傳輸介質有電話線、同軸電纜、雙絞線、光導纖維、無線與衛(wèi)星通信。,1） 物理特性:傳輸介質物理結構的描述; 2）傳輸特性:傳輸介質允許傳送數字或模擬 信號以及調制技術、傳輸容量、傳輸的頻率范圍; 3）連通特性:允許點-點或多點連接 4）地理范圍:傳輸介質最大傳輸距離 5）抗干擾性:傳輸介質防止噪聲與電磁干擾對傳輸數據影響的能力。,2.4 協議模型,OSI 七層網絡協議,2.5 差錯控制,為什么要進行差錯控制 傳輸錯誤的種類有哪些 差錯控制方法 奇偶校驗,為什么要進行差錯控制？ 分布控制系統的通信