現(xiàn)場總線技術入門數(shù)據(jù)通信基礎

1、 數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎現(xiàn)場總線入門基礎1 數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎2.0 數(shù)據(jù)通信的基本含義2.1 總線的基本概念2.2 通信系統(tǒng)的基本概念2.3 網(wǎng)絡結構及傳輸介質(zhì)2.4 通信系統(tǒng)的協(xié)議模型2.5 差錯控制22.0 數(shù)據(jù)通信的基本含義數(shù)據(jù)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(shù)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(wǎng)中計算機 與計算機之間等。在計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳遞，如CPU與顯示卡、CPU與硬盤之間等，一般不歸于數(shù)據(jù)通信的范疇。 32.0 數(shù)據(jù)通信的基本含義在計算機等數(shù)字化設備中，信息的基本描述形式為二進制數(shù)，而目前最基本、最常用的表述形

2、式為8位數(shù)據(jù)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。 42.0 數(shù)據(jù)通信的基本含義一條信息的各位數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)位同時傳送，傳送速度快、效率高，但有多少數(shù)據(jù)位就需多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高，只適用于近距離（相距數(shù)米）的通信。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。串行通信的特點是：各個數(shù)據(jù)位的傳送是按位序順序進行，最少只需一根數(shù)據(jù)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。 52.0 數(shù)據(jù)通信的基本含義一般常說的數(shù)據(jù)通信就指的是串行數(shù)據(jù)通信 62.1

3、 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(xié)議72.1 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(wǎng)絡系統(tǒng)。8（2）主設備與從設備可在總線上發(fā)起信息傳輸?shù)脑O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

4、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9（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(shù)據(jù)流的方向，選擇數(shù)據(jù)字段的寬度和字節(jié)等。（c）表明地址和數(shù)據(jù)的含義，如對于地址，可用于指定某一地址空間，或表示出現(xiàn)了廣播操作；對于數(shù)據(jù)，可用于指定它能否轉譯成輔助地址或命令。10（4）總線協(xié)議管理主、從設備使用總線的一套規(guī)則稱為“總線協(xié)議”(bus protocol)。協(xié)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

5、112.2 通信系統(tǒng)的基本概念（1）通信系統(tǒng)的組成（2）數(shù)據(jù)通信基本原理（3）數(shù)據(jù)交換方式12（1）通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)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(zhì)幾部分組成。13信息源和接收者信息源和接收者是信息的產(chǎn)生者和使用者。在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)據(jù)，是數(shù)字化了的信息。這些信息可能是原始數(shù)據(jù)，也可能是經(jīng)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(jù)輸出信號的性質(zhì)不同分為模擬信息源和離散信息源。14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(chǎn)生的消息信號經(jīng)過編碼，并變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸

6、媒介。信源編碼：把連續(xù)消息變換為數(shù)字信號；信道編碼：使數(shù)字信號與傳輸介質(zhì)匹配，提高傳輸?shù)目煽啃曰蛴行?。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。15傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)指發(fā)送設備到接收設備之間信號傳遞所經(jīng)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(zhì)，各種電纜、光纜、雙絞線等為有線傳輸介質(zhì)。介質(zhì)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。16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(diào)、譯碼、解密等。它的任

7、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(xiàn)正確分路。以上所述是單向通信系統(tǒng)，但在大多數(shù)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。17(2) 數(shù)據(jù)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?shù)耐ㄐ欧绞椒Q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?shù)耐ㄐ欧绞椒Q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?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為全雙工方式。18單工、半雙工和全

8、雙工通信方式 19B. 傳輸模式基帶傳輸 載波（帶）傳輸 寬帶傳輸 20基帶傳輸 基帶傳輸是指在基本不改變數(shù)據(jù)信號頻率的情況下，在數(shù)字通信中直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號，即按數(shù)據(jù)波的原樣進行傳輸，不采用任何調(diào)制措施。它是目前廣泛應用的最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。局域網(wǎng)、控制局域網(wǎng)21載波（帶）傳輸載波傳輸是先用數(shù)字信號對載波進行調(diào)制，然后進行傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ?。最基本的調(diào)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(chǎn)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

9、變載波信號的幅值、頻率、相位，形成調(diào)制信號后發(fā)送。22寬帶傳輸 由于基帶網(wǎng)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(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)、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?shù)囊蟆拵鬏斉c基帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別:一是數(shù)據(jù)傳輸速率不同，基帶網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為0l0Mbit/s，寬帶網(wǎng)可達0400Mbit/s;二是寬帶網(wǎng)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(wǎng)可與有線電視系統(tǒng)共建，以節(jié)省投資。 23C. 二進制數(shù)據(jù)表示方法基帶傳輸中數(shù)據(jù)的表示方法 (i)信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸。(ii)根據(jù)對零電平的關系，信息傳輸可以分為歸零傳輸和不歸零傳

10、輸。(iii)根據(jù)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24常用的數(shù)據(jù)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25數(shù)據(jù)表示方法 26載帶傳輸中的數(shù)據(jù)表示方法(1)調(diào)幅方式 調(diào)幅方式AM (Amplitude Modulation)又稱為幅移鍵控法 ASK (Amplitude-Shift Keying)(2)調(diào)頻方式 調(diào)頻方式FM (Frequency Modulation)又稱為頻移鍵控法FSK (Frequency-Shift Keying)(3)調(diào)相

11、方式 調(diào)相方式PM (Phase Modulation)又稱為相移鍵控法PSK (Phase-Shift Keying)27 數(shù)據(jù)調(diào)制方式（a）調(diào)幅 （b）調(diào)頻 （c）調(diào)相282.3 網(wǎng)絡結構及傳輸介質(zhì)（1）網(wǎng)絡的拓撲結構（2）傳輸介質(zhì)29（1）通信網(wǎng)鉻的拓撲結構 在分布控制系統(tǒng)中應用較多的拓撲結構是星型、環(huán)型和總線型。 通信網(wǎng)絡的拓撲結構(a)星形結構； (b)環(huán)型結構； (c)總線型結構 30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(jīng)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

12、發(fā)生故障，整個通信系統(tǒng)就要癱瘓。因此，這種系統(tǒng)的可靠性是比較低的，在分散控制系統(tǒng)中應用得較少。 31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。32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(wǎng)絡又稱為廣播式網(wǎng)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

13、足時，它才能把信息送上總線。33（2）網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡中連接收發(fā)雙方的物理通路，實際傳送信息的載體。網(wǎng)絡中常用的傳輸介質(zhì)有電話線、同軸電纜、雙絞線、光導纖維、無線與衛(wèi)星通信。341） 物理特性:傳輸介質(zhì)物理結構的描述;2）傳輸特性:傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬 信號以及調(diào)制技術、傳輸容量、傳輸?shù)念l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(zhì)最大傳輸距離5）抗干擾性:傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。352.4 協(xié)議模型OSI 七層網(wǎng)絡協(xié)議362.5 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37為什么要進行差錯控制？ 分布控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡