PLC變頻器和觸摸屏通訊教案

PLC、變頻器和觸摸屏通訊教案課題一串行通信基礎(chǔ)[教學(xué)目的]了解常用的通信方式了解串行通信的工作原理及特點(diǎn)掌握串行通信的參數(shù)[教學(xué)重點(diǎn)]掌握串行通信的參數(shù)[教學(xué)回顧]生產(chǎn)實(shí)習(xí)過(guò)程中要注意哪些安全事項(xiàng)？[教學(xué)內(nèi)容]在通信領(lǐng)域內(nèi)，有兩種數(shù)據(jù)通信方式：并行通信和串行通信。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化和微機(jī)分級(jí)分布式應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，通信的功能越來(lái)越重要。通信是指計(jì)算機(jī)與外界的信息傳輸，既包括計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的傳輸，也包括計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備，如終端、打印機(jī)和磁盤(pán)等設(shè)備之間的傳輸。串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別使用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。串行通信-特點(diǎn)一、串行通信的特點(diǎn)?數(shù)據(jù)在單條一位寬的傳輸線上，一比特接一比特地按順序傳送的方式稱(chēng)為串行通信。?如圖8.1(a)所示的并行通信中，一個(gè)字節(jié)（8位）數(shù)據(jù)是在8條并行傳輸線上同時(shí)由源傳到目的地；而在圖8.1(b)所示的串行通信方式中，數(shù)據(jù)是在單條1位寬的傳輸線上一位接一位地順序傳送。這樣一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)要分8次由低位到高位按順序一位位地傳送。由此可見(jiàn)，串行通信的特點(diǎn)如下：1、節(jié)省傳輸線，這是顯而易見(jiàn)的。尤其是在遠(yuǎn)程通信時(shí)，此特點(diǎn)尤為重要。這也是串行通信的主要優(yōu)點(diǎn)。2、數(shù)據(jù)傳送效率低。與并行通信比，這也這是顯而易見(jiàn)的。這也是串行通信的主要缺點(diǎn)。串行通信過(guò)程中使用的參數(shù)包括位/字符、比特/秒（bps）、波特率、奇偶性以及啟動(dòng)、停止和標(biāo)記位。位/字符每個(gè)字符的位數(shù)（bpc）指明了在串行通信過(guò)程中用于表示單個(gè)數(shù)據(jù)字符的位數(shù)。該數(shù)目不反映該字符包括的奇偶性校驗(yàn)位、停止位和起始位的總數(shù)量。bpc兩個(gè)可能的設(shè)置為7或8。當(dāng)使用7位/字符的設(shè)置時(shí)，僅發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)ASCII字符集字符中開(kāi)始的128位（0-127）是可行的。每個(gè)字符都由7個(gè)數(shù)據(jù)位來(lái)表示。8位/字符的設(shè)置必須用于發(fā)送ASCII擴(kuò)展字符集（128-255）。每個(gè)字符僅能用8個(gè)數(shù)據(jù)位來(lái)表示。比特/秒比特/秒（bps）是每秒通過(guò)通信線路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位（二進(jìn)制1和0）的數(shù)量。波特率波特率是每秒中一個(gè)串行通信信號(hào)狀態(tài)更改的次數(shù)。如果該信號(hào)為每個(gè)數(shù)據(jù)位進(jìn)行一次更改，那么一個(gè)bps就等于一個(gè)波特。例如，300波特的調(diào)制解調(diào)器將其狀態(tài)在每秒內(nèi)更改300次。奇偶位奇偶位不同于啟始位和停止位，它是一個(gè)可選的參數(shù)，用于在串行通信中確定遠(yuǎn)程設(shè)備是否正確接收了已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)字符。圖1.奇偶性校驗(yàn)奇偶位可以是以下五種說(shuō)明之一：none 指定本地系統(tǒng)不得為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字符創(chuàng)建奇偶位。同時(shí)它還表示本地系統(tǒng)不對(duì)從遠(yuǎn)程主機(jī)上接收到的數(shù)據(jù)中的奇偶位進(jìn)行檢查。 even 指定單個(gè)字符中二進(jìn)制1的總個(gè)數(shù)相加為偶數(shù)。如果不為偶數(shù)，奇偶位必須為1以確保二進(jìn)制1的總個(gè)數(shù)為偶數(shù)。例如，如果在偶校驗(yàn)情況下傳輸字母a（二進(jìn)制1100001），發(fā)送系統(tǒng)將二進(jìn)制1的個(gè)數(shù)相加，在本例中得到3，然后將奇偶位設(shè)置為1以使二進(jìn)制1的個(gè)數(shù)保持為偶數(shù)。如果在相同的環(huán)境中傳輸字母A（二進(jìn)制1000001），那么奇偶位將為0，這將使二進(jìn)制1的個(gè)數(shù)保持為偶數(shù)。 odd 除了二進(jìn)制1的個(gè)數(shù)必須為奇數(shù)以外，操作準(zhǔn)則與偶校驗(yàn)相同。 空白 指定奇偶位始終為一個(gè)二進(jìn)制的零。另一個(gè)用于空白奇偶性校驗(yàn)的術(shù)語(yǔ)為“位填充”，由于當(dāng)向僅接受8位數(shù)據(jù)的設(shè)備傳輸7位數(shù)據(jù)時(shí)，用它來(lái)扮演填充器的角色，因此“位填充”由此派生而來(lái)。這些接受8位數(shù)據(jù)的設(shè)備將空白奇偶位視為傳輸數(shù)據(jù)的附加數(shù)據(jù)位。 標(biāo)記 除了奇偶位始終為二進(jìn)制1以外，操作準(zhǔn)則與空白奇偶性校驗(yàn)相同。標(biāo)記位僅充當(dāng)一個(gè)填充器。 起始位、停止位和標(biāo)記位起始位和停止位是用于導(dǎo)步通信中計(jì)時(shí)或同步傳輸數(shù)據(jù)字符的一種方法。不借助于這些位，發(fā)送和接收系統(tǒng)將無(wú)法知道字符在何處結(jié)束，另一個(gè)字符又從何處開(kāi)始。在傳輸過(guò)程中，另一個(gè)用于分隔數(shù)據(jù)字符的位是標(biāo)記（或空閑）RS位。該位是一個(gè)二進(jìn)制1，當(dāng)通信線路處于空閑并且沒(méi)有數(shù)據(jù)被收發(fā)時(shí)發(fā)送該位。當(dāng)系統(tǒng)接收到起始位（二進(jìn)制0），系統(tǒng)就知道了下面?zhèn)鬏數(shù)膶⑹菙?shù)據(jù)位，直到接收到停止位（二進(jìn)制1）時(shí)停止。請(qǐng)參閱下圖。圖1.起始位、停止位和標(biāo)記位

課題二 串行接口標(biāo)準(zhǔn)[教學(xué)目的]了解三種串行通信的特點(diǎn)和不同點(diǎn)[教學(xué)重點(diǎn)]掌握串行通信接口的各個(gè)信號(hào)功能[教學(xué)回顧]串行通信的參數(shù)有哪些？[教學(xué)內(nèi)容]RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制訂并發(fā)布的，RS-232在1962年發(fā)布。RS-422由RS-232發(fā)展而來(lái)，為改進(jìn)RS-232通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長(zhǎng)到4000英尺（速率低于100Kbps時(shí)），并允許在一條平衡總線上連接最多10個(gè)接收器。RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為T(mén)IA/EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為T(mén)IA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。1.S-232串行接口標(biāo)準(zhǔn)目前RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地。典型的RS-232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在+5~+15V，負(fù)電平在-5~-15V電平。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為T(mén)TL，從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3~+12V與-3~-12V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20Kbps。RS-232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3kΩ~7kΩ。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。TTL電平信號(hào)被利用的最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價(jià)于邏輯“1”，0V等價(jià)于邏輯“0”，這被稱(chēng)做TTL（晶體管-晶體管邏輯電平）信號(hào)系統(tǒng)，這是計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。TTL電平信號(hào)對(duì)于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號(hào)直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器以及接收器電路；再者，計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而TTL接口的操作恰能滿(mǎn)足這個(gè)要求。TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于超過(guò)10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚?duì)稱(chēng)的問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)可靠性均有影響。TTL輸出高電平2.4V，輸出低電平0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平=2.0V，輸入低電平=0.8V，噪聲容限是0.4V。2.RS-422與RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)（1）平衡傳輸RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱(chēng)作平衡傳輸，它使用一對(duì)雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。通常情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2~+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在-2V~6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號(hào)地C，在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱(chēng)作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。（2）RS-422電氣規(guī)定由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Salve），從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。RS-422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號(hào)交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對(duì)單獨(dú)的雙絞線）實(shí)現(xiàn)。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mbps。其平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mbps。RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。（3）RS-485電氣規(guī)定由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。RS-485總線，在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間;RS-485滿(mǎn)足所有RS-422的規(guī)范，所以RS-485的驅(qū)動(dòng)器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mbps。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbps。（4）RS-422與RS-485的網(wǎng)絡(luò)安裝注意要點(diǎn)RS-422可支持10個(gè)節(jié)點(diǎn)，RS-485支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此多節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：*采用一條雙絞線電纜作總線，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái)，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)的影響最低。*應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生信號(hào)的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性：總線的不同區(qū)段采用了不同電纜，或某一段總線上有過(guò)多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過(guò)長(zhǎng)的分支線引出到總線?？傊瑧?yīng)該提供一條單一、連續(xù)的信