多轴运动控制系统和实时通信网络
贝加莱工业自动化（上海）有限公司叶莘
在现代机械制造中，多轴运动控制已经越来越普遍，用电子方式来实现机械运动轴之间协调同步，取代了传统的机械凸轮和齿轮，给机械设计制造带来了巨大的灵活性。以往只有通过复杂的机械设计和加工才能实现的运动过程，现在可以通过软件编程轻松实现。而且，使用电子运动控制，精度更高，动态性能更好，没有机械损耗，使维护变得方便而简单。用户可以实现更加灵活的，模块化的机械结构。
在几乎所有的机械制造领域中，特别如纺织机械，印刷机械，包装机械，塑料机械，食品机械等，多轴运动控制的应用已经非常广泛，成为高性能，高品质机械制造的重要标志。
运动控制的核心是驱动系统，数据传输方式也逐渐由模拟量发展成基于总线的数字信号传输。为了有效协调同步各个轴的运动过程，实现高精度的多轴运动控制，一个实时高效的数字通信网络是必不可少的。
本文将讨论高精度多轴运动控制对通信网络提出了什么样的要求。然后以全球首个真正实时的工业以太网ETHERNET Powerlink为例，介绍一个完全符合这些要求的运动控制网络。
1. 多轴运动控制的模式和发展趋势
在多轴运动控制中，各个厂商提供的控制理念和模式不尽相同，各种类型都有其优缺点，用户要根据自己的实际需求来选择方案。
大体来说，控制模式可以从2个层面上区分：驱动单元和总体架构。从单个驱动单元来看，可以从智能集成度划分等级，从总体控制架构来看，有分布式和集中式2种模式不同的解决方案对通信网络的要求也不一样，下面我们先介绍一下上面提到的控制模式，以及它们分别对通信系统的要求。
驱动单元：非智能型和全智能型
对于单轴的驱动器来说，可以对它内部的智能集成度来进行划分。驱动系统的核心作用是按照控制要求驱动电机。可控的物理量有三个：扭矩，速度，位置。传感器把这三个物理量反馈到控制系统，由控制系统进行计算和输出，实现对这三个量的闭环控制，从而实现运动控制。众多厂商提供的驱动器按智能集成度大体可以分成三种类型：
1. 开环式驱动器
2. 自带电流闭环控制，速度闭环控制，有时也带位置闭环控制的驱动器
3. 集成运动控制系统的全智能型驱动器
第一种开环式的驱动器是一个单纯的执行机构，它本身只是一个放大器，把控制信号放大输出给相应功率的电机完成运动过程，所有的控制协调功能都由外部控制系统实现。
第二种驱动器自身集成了最多3层叠加的闭环控制。最底层是电流闭环，用来调制输出扭矩，在此基础上实现速度闭环，最上一层为位置闭环。这里的位置闭环只是相对于电机转子的旋转位置而言。如果要实现某种特定运动过程，比如在设定速度下精确定位，还需要外部的智能设备（运动控制系统）。
第三种类型是集成运动控制系统的驱动器，系统本身除了有三层闭环控制的功能外，也集成了运动控制系统，具有很高的智能，客户可以直接对其进行编程。机械行业应用中的典型运动过程，如包装机械，印刷机械，塑料机械中的常见的机械动作，被优化成软件工艺模块集成到驱动器内。用户不需要再对系统进行复杂的编程，直接给相应的工艺模块赋予参数就可以实现这些复杂动作。有些驱动器内甚至还集成PLC功能。这类驱动器不需要外部的控制系就可以单独完成复杂的运动控制。
图1：几种不同的驱动器类型
集中式和分布式
从控制系统架构来看，多轴运动控制可分为集中式和分布式。如果用上述第一，第二种驱动器（低智能型），多轴运动控制则被集中完成，由一个运动控制单元（如运动控制卡）
控制多个低智能型驱动器完成多轴运动控制。
图2：集中式多轴运动控制
集中式多轴运动控制在机器人领域比较常见，通常由一个运算能力强大的中央控制系统来协调计算各个驱动系统单元，完成复杂的三维动作。
使用上述第三种驱动器（高智能集成型），相应的多轴控制任务可以直接分布到各个驱动单元中去，实现完全分布式的多轴运动控制。
图3：分布式多轴运动控制
分布式多轴运动控制的优势主要体现在模块化的机械制造当中，每个机械单元可以独立工作，用户可以对机械进行灵活的配置，实现柔性生产。
驱动器中集成安全功能
在涉及到人员和物品安全的领域，安全功能必须得到保证, 国际上已经出台了相应的法律法规，在不同的机械制造行业中，越来越多的设备中必须配备专门处理安全任务的驱动器。国际上已经为此制定了设备安全方面的重要标准IEC 61508。可以预见，今后很多设备必须符合这个标准才能够投放到市场当中去。
带有集成安全功能的标准智能驱动器是目前的发展趋势，带有安全功能的驱动器可以在紧急情况下，自动将设备减速到一个非危险状态，或安全地停止整个设备。甚至在其他控制系统出现故障的情况下，安全功能也必须得到保证。
2. 多轴运动控制对通信网络的要求
数据量，通信周期，时间同步性
多轴运动控制对通信网络最核心的要求是实时性，除此之外，也需要考虑以下因素：
?数据交换的频繁度，（通信周期），
?各个站点之间的通信关系，
?数据包的大小，
?站点间的时间同步精确度，
在集中式的控制模式中，有时候甚至电流（扭矩）的闭环控制也是由外部中央控制系统完成。交换的数据主要是传感器反馈的实际值和主控单元发出的设定值，这些数据被放在在很小的数据包里，很频繁地在穿梭在主控单元和各驱动器之间，系统偶尔可能要读取一下如驱动器温度等诊断参数。这样，通信周期越短越好，通常在50us或更小。通信关系是主控单元对各个驱动器单元间的双向通信，驱动器单元之间无需数据交换。
图4：集中式运动控制中的典型数据交换
在分布式控制模式中，位置，速度，电流闭环在各驱动器单元内部完成，为了协调各轴的动作，需要交换的数据包就相对要大一些，主要包含位置，速度，电流等信息。由于像闭环控制这样的对运行周期时间和精度都要求很高的任务已经在驱动器单元内部完成，它们之间的数据交换就可以相对慢一些，速度信息通常每400us左右交换一次，位置信息1－2ms 交换一次即可。各站点之间通信关系可以是任意的，主控系统和驱动器单元，以及驱动器单元间应该可以任意点对点通信。
图5：分布式运动控制中的典型数据交换
不管使用哪一种模式，通信网络统都必须具有很高的时间同步精度。主控系统和驱动器单元必须通过这个网络实现高精度同步。所以，网络本身的实时性对控制质量有着直接的影响。
维护和诊断
在对设备的检测维护过程中，上位系统必需可以对驱动器中任何变量和参数进行访问，需要时还要进行修改。所以，通信系统除了传输同步信息外，还要为这类非同步信息留下空间。
集中式控制模式中的绝大部分相关参数已经存在主控单元中，各驱动器单元的诊断数据主要是一些少量的状态信息，显示系统是否正常运行。所以，通信网络在集中控制模式中不需要为诊断信息预留很多带宽。
分布式控制模式正好相反，由于控制智能被分散到各个驱动器单元，相应数据也是存储在各个驱动器中，驱动单元各自独立完成复杂的运动过程，自行对运动过程做出响应，各驱动器中存储了大量信息，比如凸轮曲线，诊断信息等。为了让用户可以更方便地访问相关数据，很多高智能驱动器内部甚至可以集成Web服务器，这样，用户可以直接用Web浏览器对系统进行远程访问。所以，在一个分布式的控制模式中通信网络必须给诊断数据，参数下载等非同步信息预留比较大的带宽空间。
同步信息：需要周期性交换的信息，如位置，速度，扭矩等，需要高同步精度。非同步信息：无需周期性交换的信息，如参数下载，状态参数读取等，没有同步精度要求。
通信协议的高层抽象化
为了让客户能够更加方便地对网络中的控制单元（包括除驱动器以外等其它设备）进行编程，组态和维护，需要对通信网络的低层协议进行抽象化。网络中的设备具有的功能和参数都由一个标准协议来进行描述。用户可以通过标准编程接口（APIs）访问网络中不同厂家的设备，而不需要考虑设备在通信上，功能上的具体细节。新接入的设备可以通过清楚定义的通信接口被自动识别，被设置参数，自动集成到整体系统中来。
集成安全通信
在一个整体控制架构中，涉及到安全功能的控制设备（安全PLC，安全驱动设备等）目前通常是单独布线，自成独立的安全通信网络。如果把安全设备和其它设备整合到现有系统架构中来，和主控系统共用一个通信网络，可以大大减少对设备组态，布线和维护的成本，同时提高设备的柔性和灵活性。当然，安全性能在这种架构中必须也能得到充分的保证，如果安全设备间的通信连接出现故障，系统必须能及时发现。
在涉及安全的部分中，系统必需自动周期性检核控制系统和通信是否无故障运行。系统要识别任何通信中断，数据包丢失或错误，需要的话将整个设备停到一个安全的状态下。控制系统必须以极高的概率排除设备对人员或物资产生危险的可能性。
按照IEC 61508和相关标准IEC 62061，ISO 13849的规定，使用标准工业网络协议的通讯技术不足以获得所需的可靠性和安全等级。使用标准工业网络传输的信息有可能丢失，冲突或者乱序。为了保证数据的完整性，达到安全性的要求，安全网络在应用层定义了附加的数据检核，包括监控Watchdog定时器，检测报文编号，确认顺序和标记，以及额外的数据一致性检核。
图6：IEC 61508 安全标准
为了把这些安全功能集成到现有的现场总线和通信网络中来，近几年已经有一些带有保护和监测机制的，符合安全标准的专用通信协议被开发出来。
安全的访问机制
对于设备的远程维护监控来说，简单透明的访问机制是非常有利的。用户可以直接用Modem或者宽带通过互联网直接对设备上对任何一个控制单元进行访问维护。理想情况下设备中的通信系统可以直接使用互联网的通信协议，在智能驱动系统中集成的Web服务器就可以直接通过互联网被访问，提供相应的系统状态和参数。
但是这种通信的透明度在实际情况下会带来很多问题，网络中的不安全因素（病毒，木马，蠕虫等）会给现场运行的设备带来危险。所以，在满足远程访问要求的同时，一个安全的访问机制是必不可少的。外部网络中无论是人为或非人为因素造成的故障不应该影响现场设备的正常运行。对于多轴运动控制通信系统来说，通信故障造成的偏差不仅影响控制质量，甚至也会造成设备损坏和对人员的伤害。
统一的网络架构
为了节省开发维护的成本，在整体控制架构中使用的网络类型越少越好。最佳情况下，一个通信网络，可以满足运动控制系统对高速实时通信的要求，也可以用来作为其它非同步数据的通信介质（IO，人机界面，数据监控采集等…）。以太网作为一个成熟的通信介质，可以满足用户的多种需求。
3. ETHERNET Powerlink 提供完整的解决方案
以上提到了多轴运动控制系统对通信网络的要求，下面将以ETHERNET Powerlink 为例，介绍一个已经得到验证的，成熟的解决方案。
ETHERNET Powerlink （以下简称EPL）是由奥地利贝加莱（B&R）工业自动化公司于2001年推出的全球首个实时工业以太网标准。这个标准推出后即被公开，任何公司单位个人都可以免费获取。由一个中立性的组织EPSG对这个标准进行维护，目前已经有全球超过200知名工控企业加入这个组织，包括大家熟悉的ABB，Alstom，Hirshmann，P＋F，Wago 等。
EPL建立在标准快速以太网IEEE802.3的基础之上，协议运行在一个独立的网络域中，所谓实时域（Real－Time－Domain）。这样就可以保证对实时性要求极高的通信要求（如
多轴运动控制）不会被与之连接的非实时通信网络（如办公室网络）所影响。单个实时域内最多可以同时接入240个站点。
同步段实时数据交换
EPL是一个严格周期性的通信协议，它可以保证所有在实时域内的站点以小于1us的时间精度相互同步。其中一个站点作为管理站控制整个实时域的时间特性。每个通信周期开始时，管理站会发出一个非常精确的同步信号SoC (Start of Communication）。
之后EPL协议为所有站点预留了一个时间槽，用来进行同步信息的通信，这个阶段被称作同步段。在同步段，网络中的每个站点都会被分配得到一个专用的时间槽，有时多个站点也可以共用一个时间槽（Multiplex模式），以便充分利用带宽。
同步段结束后，协议还预留了一个时间段作为非同步信息（参数诊断，下载等）通信段。非同步信息对实时性没有要求，所以每个同步周期只有唯一一个站点可以发出非同步信息就可以满足要求。
图7：每个站点都被分到一个时间槽，每个通信周期都预留非同步数据段
通信机制采用广播形式，所有站点都可以同时接受信息，这样，可以实现多个站点中的横向数据交换，如驱动单元间的直接数据交换。这样，集中式和分布式两种控制模式的要求都可以得到满足。
EPL的报文格式完全符合IEEE802.3标准帧格式，使用市场上任何一种以太网芯片就可以方便地实现EPL协议，成本非常低廉。使用市场上完全以软件方式实现的EPL系统，结合标准报文，最短通信周期可以达到100us。单个报文最长可以有1500个字节的有效数据长度。
通信周期的最短时间，时间槽的数量，以及单帧报文的长短都可以由用户自由设置。通过对这类参数的设定，EPL可以适合不同场所不同类型的应用要求，特别在多轴运动控制领域，可以满足集中和分布2种控制模式对网络通信的要求。EPL的具体参数如下： 公开的协议，知识产权完全开放
符合IEEE 802.3, IP-协议, CANopen 和其它多种国际标准
以标准以太网为基础的高实时性数据交换
可实现100μs 通信周期和 <1μs 的网络抖动（Jitter）
可实现任意灵活的网络拓扑结构
用TCP/UDP/IP 协议实现透明通信
现场已经有超过15万个节点的应用
可用标准以太网硬件模块实现; 无需设计专用芯片
标准化组织已经有超过200家知名企业作为会员
非同步数据可使用TCP/UDP/IP
在非同步段，数据可以依旧使用标准IP－报文格式传输，标准应用也可以在EPL协议堆栈上轻松实现，如Web服务器，e-mail服务等。如果给一个EPL站点赋予IP地址，就可以通过互联网协议在世界任何一端直接访问此站点。
图8：无论哪个网络层面都可以直接访问EPL站点
在EPL站点传输非同步数据之前，先报告给管理站，管理站通过一个优先分配清单来统一调配分给各站的非同步时间段。
应用层（第7层）使用CANOpne协议
在协议的应用层，EPL直接使用灵活的CANOpen作为通信和设备描述的协议。由于EPL使用的是快速以太网作为其通信介质，它的通信速率可以比CAN总线快将近100倍，使用的却是同一种应用层接口。
EPSG组织和CiA(CAN in Automation)合作，把CANopn种的DS301和DS302规约移植到EPL中来。每一种符合EPL标准的设备都由一个统一的设备模型来描述。设备模型的核心部分是通过对象字典（Object Dictionary）对设备功能进行描述。对象字典分为两部分，第一部分包括基本的设备信息，例如设备ID，制造商，通信参数等等。第二部分描述了特殊的设备功能。一个16位的索引和一个8位的子索引唯一确定了对象字典的入口。通过对象字典的入口可以对设备的"应用对象"进行基本网络访问，设备的"应用对象"可以是输入输出信号，设备参数，设备功能和网络变量等等。
图9：EPL设备模型符合CANopen标准
需要高同步精度的时间关键数据通过过程数据对象PDO(Process Data Object)进行数据交换。网络中每个站点都可以读取PDO，并对它进行处理。PDO的数据内容在网络系统的初始阶段就被设置好。所以数据传输本身可以实现时间优化，而且不带附加数据（帧头尾等）。
EPL 可以在一帧同步报文中最多传输1490个字节，而CAN总线最多只有8个字节。参数下载，诊断数据等非时间关键数据可以放在服务数据对象（SDO）中传输。在非同步段的SDO的传输遵循客户端/服务器模式。网络中任何一个EPL站点都可以通过对象字典（Object Dictionary）访问另一个站点的SDO。数据量的大小没有限制。通过使用UDP/IP 报文格式也可以直接从互联网上访问SDO。
图 10：EPL可以用UDP传输CANopen SDO
通过协议应用层上和CANopen兼容，EPL满足了网络高层抽象化的要求。而且在CAN 总线和EPL共存的网络中，用户可以使用统一的应用层协议和编程接口。
安全工业以太网
EPLsaftety 是EPL最新的协议扩展。EPLsafety是一个已经得到在EPL网络上运行安全性认证的协议。它达到了IEC 61508 中的SIL 3等级，在减少数据量的情况下甚至可以达到SIL 4 等级。
有关安全功能的数据被包在EPLsafety协议中传输。EPLsafety报文的长短始终保持和应用中所需的安全功能有效数据量相符。协议的检核功能动态地适应传输的数据量。
IEC61508 安全标准在任何情况下都可以得到满足，而所需的安全系统传输带宽却可以保持
在最小。
图 11：EPLsafety 报文自动动态地适应有效数据的长短EPLsafety 充分利用了以太网报文结构中提供的最多1500字节的协议框架。多个安全功能的信息可以同时被放在一个EPLsafety Container （数据块）中，由一个以太网报文传输。和EPL一样，EPLsafety也支持网络站点间的点对点通信，无需通过主控制单元。4. ETHERNET Powerlink，不仅仅是运动控制网络
通过ETHERNET Powerlink，我们可以看到以太网在工业应用上的广阔前景。EPL本身具有的实时性，安全性和兼容性使得它在除机械制造外很多的领域都得到了很多关注。作
为全球第一个实时工业以太网，已经在机械自动化中得到大量的应用。在过程自动化，如电
力，运输，铁路等领域，ETHERNET Powerlink也越来越多地被应用到现场中去，真正成为一个通用的工业以太网。
答：通信网络由子网和终端构成（物理传输链路和链路的汇聚点），常用的通信网络有ATM 网络，分组数据网络，PSTN ，ISDN ，移动通信网等。 答：通信链路包括接入链路和网络链路。 接入链路有：（1）Modem 链路，利用PSTN 电话线路，在用户和网络侧分别添加Modem 设备来实现数据传输，速率为300b/s 和56kb/s ；（2）xDSL 链路，通过数字技术，对PSTN 端局到用户终端之间的用户线路进行改造而成的数字用户线DSL ，x 表示不同的传输方案；（3）ISDN ，利用PSTN 实现数据传输，提供两个基本信道：B 信道（64kb/s ），D 信道（16kb/s 或64kb/s ）；（4）数字蜂窝移动通信链路，十几kb/s ～2Mb/s ；（5）以太网，双绞线峰值速率10Mb/s,100Mb/s 。 网络链路有：（1）提供48kb/s ，56kb/s 或64kb/s 的传输速率，采用分组交换，以虚电路形式向用户提供传输链路；（2）帧中 继，吞吐量大，速率为64kb/s ，s ；（3）SDH （同步数字系列），具有标准化的结构等级STM-N ；（4）光波分复用WDM ，在一根光纤中能同时传输多个波长的光信号。 答：分组交换网中，将消息分成许多较短的，格式化的分组进行传输和交换，每一个分组由若干比特组成一个比特串，每个分组都包 括一个附加的分组头，分组头指明该分组的目的节点及其它网络控制信息。每个网络节点采用存储转发的方式来实现分组的交换。 答：虚电路是分组传输中两种基本的选择路由的方式之一。在一个会话过程开始时，确定一条源节点到目的节点的逻辑通路，在实际 分组传输时才占用物理链路，无分组传输时不占用物理链路，此时物理链路可用于其它用户分组的传输。会话过程中的所有分组都沿此逻辑通道进行。而传统电话交换网PSTN 中物理链路始终存在，无论有无数据传输。 答：差别：ATM 信元采用全网统一的固定长度的信元进行传输和交换，长度和格式固定，可用硬件电路处理，缩短了处理时间。为支 持不同类型的业务，ATM 网络提供四种类别的服务：A,B,C,D 类，采用五种适配方法：AAL1～AAL5,形成协议数据单元CS-PDU ，再将CS-PDU 分成信元，再传输。 答：OSI 模型七个层次为：应用层，表示层，会话层，运输层，网络层，数据链路层，物理层。TCP/IP 五个相对独立的层次为：应用层， 运输层，互联网层，网络接入层，物理层。 它们的对应关系如下： OSI 模型 TCP/IP 参考模型 解： ()()Y t t X +=π2cos 2 ()()Y Y X cos 22cos 21=+=π
北京交通大学考试试题（A卷） 课程名称：计算机网络与通信技术学年学期：2015—2016学年第1学期课程编号：90L124Q 开课学院：电气工程出题教师：网络课程组学生姓名：学号：任课教师： 学生学院：班级： 注意：请将所有试题都答在答题纸上。 一、选择题（每题2分，共24分） 1.在局域网中，交换机与计算机使用（）互联 A．直通线B．反转线C．交叉线D．以上均错 2.一个有n层协议的网络系统，应用层生成长度为x字节的报文，在每一层都加上 长为h字节的报头，那么，网络带宽中因传输各层报头而浪费的比例为（）。 A．h/（h+x）B．x/（h+x） C．nh/（nh+x） D．x/（nh+x） 3.某信道如果采用 16元振幅调制则可以获得最高的数据率为16000 bps，根据奈 氏准则的限制，该信道的最高码元速率为（）码元/秒。 A．1000 B．2000 C．4000 D．8000 4.下列媒体共享技术中，以太网采用的是（） A．静态划分信道 B．随机接入 C．受控接入D．以上均可 5.有ABCD四个站进行码分多址CDMA通信，码片序列如下， A．（-1-1-1+1+1-1+1+1）B．（-1-1+1-1+1+1+1-1） C．（-1+1-1+1+1+1-1-1）D．（-1+1-1-1-1-1+1-1） 现收到码片序列为（-1+3-3+1-1-1-1-1），则发送0的站是：（） 6.xDSL宽带接入技术是用数字技术对现有的( )进行改造。 A．模拟电话用户线 B．有线电视网 C．光纤网络D．以上都不是 7.网络适配器从网络中每收到一个数据帧就会先硬件检查（） A．目的MAC地址B．源MAC地址 C．目的IP地址D．源IP地址
1.1答：通信网络由子网和终端构成（物理传输链路和链路的汇聚点），常用的通信网络有A TM 网络，X.25分组数据网络，PSTN ，ISDN ，移动通信网等。 1.2答：通信链路包括接入链路和网络链路。 接入链路有：（1）Modem 链路，利用PSTN 电话线路，在用户和网络侧分别添加Modem 设备来实现数据传输，速率为300b/s 和56kb/s ；（2）xDSL 链路，通过数字技术，对PSTN 端局到用户终端之间的用户线路进行改造而成的数字用户线DSL ，x 表示不同的传输方案；（3）ISDN ，利用PSTN 实现数据传输，提供两个基本信道：B 信道（64kb/s ），D 信道（16kb/s 或64kb/s ）；（4）数字蜂窝移动通信链路，十几kb/s ～2Mb/s ；（5）以太网，双绞线峰值速率10Mb/s,100Mb/s 。 网络链路有：（1）X.25提供48kb/s ，56kb/s 或64kb/s 的传输速率，采用分组交换，以虚电路形式向用户提供传输链路；（2） 帧中继，吞吐量大，速率为64kb/s ，2.048Mb/s ；（3）SDH （同步数字系列），具有标准化的结构等级STM-N ；（4）光波分复用WDM ，在一根光纤中能同时传输多个波长的光信号。 1.3答：分组交换网中，将消息分成许多较短的，格式化的分组进行传输和交换，每一个分组由若干比特组成一个比特串，每个分组 都包括一个附加的分组头，分组头指明该分组的目的节点及其它网络控制信息。每个网络节点采用存储转发的方式来实现分组的交换。 1.4答：虚电路是分组传输中两种基本的选择路由的方式之一。在一个会话过程开始时，确定一条源节点到目的节点的逻辑通路，在 实际分组传输时才占用物理链路，无分组传输时不占用物理链路，此时物理链路可用于其它用户分组的传输。会话过程中的所有分组都沿此逻辑通道进行。而传统电话交换网PSTN 中物理链路始终存在，无论有无数据传输。 1.5答：差别：ATM 信元采用全网统一的固定长度的信元进行传输和交换，长度和格式固定，可用硬件电路处理，缩短了处理时间。为 支持不同类型的业务，ATM 网络提供四种类别的服务：A,B,C,D 类，采用五种适配方法：AAL1～AAL5,形成协议数据单元CS-PDU ，再将CS-PDU 分成信元，再传输。 1.7答：OSI 模型七个层次为：应用层，表示层，会话层，运输层，网络层，数据链路层，物理层。TCP/IP 五个相对独立的层次为： 应用层，运输层，互联网层，网络接入层，物理层。 它们的对应关系如下： OSI 模型 TCP/IP 参考模型 1.10解：()()Y t t X +=π2cos 2
题目一、悬挂运动控制系统 一、任务 设计一个电机控制系统，控制滑块竖板上运动。 在一个白色的底板上固定2个滑轮，2只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一个滑块在板上运动，运动范围为50cm×50cm。滑块的形状不限，质量大于100克。滑块上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点, 示意图1所示。 图1 电机控制系统 二、要求 1、基本要求： （1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数； （2）控制滑块在50cm×50cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于50cm，滑块在运动时能够在板上画出运动轨迹，限150秒内完成； （3）控制滑块作圆心可任意设定、直径为30cm的圆周运动，限200秒内完
成； （4）滑块从左下角坐标原点出发，在100秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。 2、发挥部分 （1）能够显示滑块中画笔所在位置的坐标； （2）控制滑块沿板上标出的任意曲线运动(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约30cm；后一部分是两段总长约20cm的间断线段，间断距离不大于1cm；沿连续曲线运动限定在150秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成；（3）控制滑块在板上绘出一个数字字符，如“2”、“3”、“5”“6”、“8”、“9”等，限定在300秒内完成； （4）其他。 三、评分标准 四、说明 （1）滑块的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使滑块运动轨迹与预期轨迹吻合，同时尽量缩短运动时间； （2）若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分； （3）运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm时，该项目不得分； （4）在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)、（3）中，滑块开始运动前，允许手动将滑块定位；开始运动后，不能再人为干预滑块运动。
第一章 1.1答：通信网络由子网和终端构成（物理传输链路和链路的汇聚点），常用的通信网络有ATM网络，X.25分组数据网络，PSTN，ISDN，移动通信网等。 1.2答：通信链路包括接入链路和网络链路。 接入链路有：（1）Modem链路，利用PSTN电话线路，在用户和网络侧分别添加Modem设备来实现数据传输，速率为300b/s和56kb/s；（2）xDSL链路，通过数字技术，对PSTN端局到用户终端之间的用户线路进行改造而成的数字用户线DSL，x表示不同的传输方案；（3）ISDN，利用PSTN实现数据传输，提供两个基本信道：B信道（64kb/s），D 信道（16kb/s或64kb/s）；（4）数字蜂窝移动通信链路，十几kb/s～2Mb/s；（5）以太网，双绞线峰值速率10Mb/s,100Mb/s。 网络链路有：（1）X.25提供48kb/s，56kb/s或64kb/s的传输速率，采用分组交换，以虚电路形式向用户提供传输链路；（2）帧中继，吞吐量大，速率为64kb/s ，2.048Mb/s；（3）SDH（同步数字系列），具有标准化的结构等级STM-N；（4）光波分复用WDM，在一根光纤中能同时传输多个波长的光信号。 1.3答：分组交换网中，将消息分成许多较短的，格式化的分组进行传输和交换，每一个分组由若干比特组成一个比特串，每个分组都包括一个附加的分组头，分组头指明该分组的目的节点及其它网络控制信息。每个网络节点采用存储转发的方式来实现分组的交换。 1.4答：虚电路是分组传输中两种基本的选择路由的方式之一。在一个会话过程开始时，确定一条源节点到目的节点的逻辑通路，在实际分组传输时才占用物理链路，无分组传输时不占用物理链路，此时物理链路可用于其它用户分组的传输。会话过程中的所有分组都沿此逻辑通道进行。而传统电话交换网PSTN中物理链路始终存在，无论有无数据传输。 1.5答：差别：ATM信元采用全网统一的固定长度的信元进行传输和交换，长度和格式固定，可用硬件电路处理，缩短了处理时间。为支持不同类型的业务，A TM网络提供四种类别的服务：A,B,C,D类，采用五种适配方法：AAL1～AAL5（ATM Adaptation Layer）,形成协议数据单元CS-PDU，再将CS-PDU分成信元，再传输。 1.7答：OSI模型七个层次为：应用层，表示层，会话层，运输层，网络层，数据链路层，物理层。TCP/IP五个相对独立的层次为：应用层，运输层，互联网层，网络接入层，物理层。 它们的对应关系如下： OSI模型TCP/IP参考模型 1.10 1.11)0=θd 显然，的均值为常数，相关函数仅与时差有关，且为二阶矩过程，所以该随机过程是广义平稳的。 故()t X 的均值和相关函数都具有各态历经性， ()t X 是各态历经过程。
数据通信基本知识 -------------------------------------------------------------------------- 所有计算机之间之间通过计算机网络的通信都涉及由传输介质传输某种形式的数据编码信号。传输介质在计算机、计算机网络设备间起互连和通信作用，为数据信号提供从一个节点传送到另一个节点的物理通路。计算机与计算机网络中采用的传输介质可分为有线和无线传输介质两大类。 一、有线传输介质(Wired Transmission Media) 有线传输介质在数据传输中只作为传输介质，而非信号载体。计算机网络中流行使用的有线传输介质(Wired Transmission Media)为：铜线和玻璃纤维。 1. 铜线 铜线(Copper Wire)由于具有较低的电阻率、价廉和容易安装等优点因而成为最早用于计算机网络中的传输介质，它以介质中传输的电流作为数据信号的载体。为了尽可能减小铜线所传输信号之间的相互干涉(Interference)，我们使用两种基本的铜线类型：双绞线和同轴电缆。 (1)双绞线 双绞线(Twisted Pair)是把两条互相绝缘的铜导线纽绞起来组成一条通信线路，它既可减小流过电流所辐射的能量，也可防止来自其他通信线路上信号的干涉。双绞线分屏蔽和无屏蔽两种，其形状结构如图1.1所示。双绞线的线路损耗较大，传输速率低，但价格便宜，容易安装，常用于对通信速率要求不高的网络连接中。 (2)同轴电缆 同轴电缆(Coaxial Cable)由一对同轴导线组成。同轴电缆频带宽，损耗小，具有比双绞线更强的抗干扰能力和更好的传输性能。按特性阻抗值不同，同轴电缆可分为基带(用于传输单路信号)和宽带(用于同时传输多路信号)两种。同轴电缆是目前LAN局域网与有线电视网中普遍采用的比较理想的传输介质。 2.玻璃纤维 目前，在计算机网络中十分流行使用易弯曲的石英玻璃纤维来作为传输介质，它以介质中传输的光波(光脉冲信号)作为信息载体，因此我们又将之称为光导纤维，简称光纤(Optical Fiber)或光缆(Optical Cable)。 光缆由能传导光波的石英玻璃纤维(纤芯)，外加包层（硅橡胶）和保护层构成。在光缆一头的发射器使用LED光发射二极管(Light Emitting Diode)或激光(Laser)来发射光脉冲，在光缆另一头的接收器使用光敏半导体管探测光脉冲。 模拟数据通信与数字数据通信 一、通信信道与信道容量(Communication Channel & Channel Capacity) 通信信道(Communication Channel)是数据传输的通路，在计算机网络中信道分为物理信道和逻辑信道。物理信道指用于传输数据信号的物理通路，它由传输介质与有关通信设备组成；逻辑信道指在物理信道的基础上，发送与接收数据信号的双方通过中间结点所实现的逻?quot;联系"，由此为传输数据信号形成的逻辑通路。逻辑信道可以是有连接的，也可以是无连接的。物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线信道和
悬挂运动控制系统（E题） 一、任务 设计一电机控制系统，控制物体在倾斜（仰角≤100度）的板上运动。 在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围为80cm×100cm。物体的形状不限，质量大于100克。物体上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点, 示意图如下。 二、要求 1、基本要求： （1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数； （2）控制物体在80cm×100cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm，物体在运动时能够在板上画出运动轨迹，限300秒内完成； （3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300秒内完成；
（4）物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。 2、发挥部分 （1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标； （2）控制物体沿板上标出的任意曲线运动(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽 1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约 30cm；后一部分是两段总长约20cm的间断线段，间断距离不大于1cm；沿连 续曲线运动限定在200秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成；（3）其他。 三、评分标准 四、说明 1、物体的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合， 同时尽量缩短运动时间； 2、若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分； 3、运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm时，该项目不得分； 4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中，物体开始运动前，允许手动将物体定位；开 始运动后，不能再人为干预物体运动； 5、竞赛结束时，控制系统封存上交赛区组委会，测试用板(板上含空白坐标纸) 测试 时自带。
一，名词解释 FDM/TDM/CDM/WDM/SDM频分复用/时分复用/码分复用/波分复用/空分复用 AM常规调幅 DSB-SC抑制载波的双边带调制 SSB单边带调制 VSB残留边带调制 2ASK二进制振幅键控 2FSK二进制移频键控 2PSK二进制移相键控 2DPSK二进制差分相位键控 QAM正交振幅调制 TCM网格编码调制 PCM脉冲编码调制 ΔM/DM增量调制 ADPCM自适应差分脉冲编码调制 AQR/FEC/HEC检错重发方式/前向纠错方式/混合纠错方式
AMI码传号交替反转码 HDB3 3阶高密度双极性码 CMI码传号反转码 PDH/SDH准同步数字系列/同步数字系列 FDMA/TDMA/CDMA频分多址/时分多址/码分多址PLC电力线载波通信 BPLC宽带电力线载波通信 OFDM正交频分多路复用 DPLC/APLC数字电力线载波通信/模拟电力载波机ISDN综合业务数字网 DSP数字信号处理技术 MQAM多进制正交调幅 MCM多载波调制 LASVQ低滞后线性预测编码 GL高频电缆 SCC实时监督控制 DSSS直序扩频
AMR电力线载波自动抄表系统 DWDM密集波分复用 OPGW光纤复合架空地线 SIF/GIF/SMF突变型多模光纤/渐变型多模光纤/单模光纤DFF/DSF色散平坦光纤/色散位移光纤 NA数值孔径 OTDR光时域反射仪 IEC国际电工委员会 PMD偏振模式色散 LD激光器 LED发光二极管 PD光电二极管 APD雪崩光电二极管 APC自动功率控制电路 ATC自动温控电路 OEIC光电集成电路 AGC自动增益控制
DR动态范围 SONET同步光纤网 NNI网络节点接口 STM-N同步传送模块 TM终端复用器 ADM分插复用器 DXC数字交叉连接设备 ATM异步转移模式 IP IP分组 SOH/LOH(再生)段开销/复接段开销 AU PTR管理单元指针 VC虚容器 OPGW/GWWOP/ADSS光缆地线复合/地线缠绕式/全介质自承式光缆ESR/SESR/BBER误块秒比/严重误块比/背景误块比 APS自动保护交换 PRC时钟基准源 LPR区域基准时钟源
2015年全国大学生电子设计竞赛 论文 X题：悬挂运动控制系统 2015年8月15日
悬挂运动控制系统（E题） 摘要 本设计使用AT89S52单片机作为悬挂运动控制系统的核心，硬件电路包含液晶显示和键盘处理模块，步进电机驱动模块，黑线循迹检测模块，数据传输模块等几部分。液晶显示屏负责显示系统状态和控制命令，调试时还可以方便的显示每个红外传感器的状态；键盘接收输入的控制指令；电机驱动采用脉宽调制技术，可灵活方便地控制两个步进电机；反射式红外传感器模块在循迹时检测引导黑线；数据传输模块上的AT89C2051单片机将红外传感器状态信息通过串行口传送至AT89S52控制核心，使之能根据程序算法驱动两个步进电机带动悬挂物按要求运动并同时显示各种状态数据。 关键词：步进电机，脉宽调制，红外传感器，循迹，算法 Abstract In this design,the control kernel of this hanging movement system is based on a MCU chip AT89S52.The hole hardware circuit is composed of the following modules:LCD display and keyboard module,step motors drive module,track detecting module and data transfer module.The LCD displays system status,command and also the status of infrared sensors when debugging.The keyboard receives user’s command.The motors drive module adopts PWM technology to control motors’ status flexibly and conveniently.The reflecting infrared sensors detect black lines when tracking.The AT89C2051 on the data transfer module transfers data to AT89S52 through UART so as to make motors work properly according to program algorithm and display status data needed. Keywords: step motor，PWM，infrared sensor，tracking，algorithm
随着计算机网络和通信技术的迅猛发展，以及网络技术在部队的广泛应用，随着业务拓展以及与社会宣传需要，政府单位在网络方面的应用越来越重要，网络管理也凸显其重要地位。本文从网管技术网管发展趋势等方面进行了一些探讨。 随着计算机网络和通信技术的迅猛发展，以及网络技术在部队的广泛应用。随着业务拓展以及与社会宣 传需要，消防部队在网络方面的应用越来越重要，网络管理也凸显其重要地位。下面，我就网络管理技术进行一些表述和探讨。 网络的作用在于实现信息的传播与共享。为了确保正确、高效和安全的通信，我们必须对网络的运行状态进行监测和控制，这里就提出了网络管理的概念。 网络管理是指对网络的运行状态进行监测和控制，使其能够有效、可靠、安全、经济地提供服务。网络管理包含两个任务，一是对网络的运行状态进行监测，二是对网络的运行状态进行控制。通过监测可以了解当前状态是否正常，是否存在瓶颈和潜在的危机；通过控制可以对网络状态进行合理调节或配置，提高性能，保证服务。 随着计算机技术和Internet的发展，企业和政府部门开始大规模的建立网络来推动电子商务和政务的发展，伴随着网络的业务和应用的丰富，对计算机网络的管理与维护也就变得至关重要。人们普遍认为，网络管理是计算机网络的关键技术之一，尤其在大型计算机网络中更是如此。网络管理就是指监督、组织和控制网络通信服务以及信息处理所必需的各种活动的总称。其目标是确保计算机网络的持续正常运行，并在计算机网络运行出现异常时能及时响应和排除故障。 在网络管理中，一般采用管理者－代理的管理模型，在网管工作站上的管理者（也称为管理系统）向位于被管理设备内部的代理发送管理操作的指令，代理收到后，将发来的命令或信息请求转换为该设备的内部指令，完成管理操作，并返回结果信息。同时，代理也可以主动向管理系统发送通知信息，将被管理设备上的事件信息或故障信息告诉管理者。一个管理者可以域多个代理相连进行通信；而一个代理也可以接受多个管理者发来的管理操作，但必须协调好多个操作。 一、网络管理的发展趋势 网络管理的根本目标是满足运营商及用户对网络的有效性、可靠性、开放性、综合性、安全性和经济性的要求。随着网络互连技术的飞速发展，网络管理技术自身也在不断发展。目前计算机网络管理技术的发展主要表现在以下几个方面： （一）网络管理集成化：允许用户从单一平台管理各种协议的多种网络，通过一个操作平台实现对多个互连的异构网络的管理。 （二）网络管理的智能化：采用人工智能技术进行自动维护、诊断、排除故障以及维持网络运行在最佳状态，如处理不确定问题、协同工作、适应系统变化并能通过解释和推理对网络实施管理和控制。 （三）网络管理的实时性：提供实时的动态资源管理和控制。 （四）分布式网络管理是网络管理的一个重要发展方向。二、网管系统的发展趋势（一）网络管理WEB化。基于WEB的网络管理模式融合了WEB功能和网络管理技术，允许网络管理人员通过与WWW同样形式去监视网络系统，通过使用WEB浏览器，管理人员在网络的任何节点上都可以方便配置、控制及访问网络，这种新的网络管理模式同时还可以解决异构平台产生的互操作问题。基于WEB的网络管理提供比传统网管界面更直接，更易于使用的界面，降低了对网络管理操作和维护人员的要求。 （二）网络管理层次化。随着网络规模的扩大，SNMP管理机制的弱点被充分暴露出来。SNMP是一种平面型网管架构，管理者容易成为瓶颈。传输大量的原始数据既浪费带宽，又消耗管理者大量的CPU时间，使网管效率降低。解决这个问题，可以在管理者与代理之
《数据通信与网络基础》教学计划与教学大纲 课程代号：CS16021 任课教师：杨献春 开课时间：2001/2002学年第一学期 授课对象：专升本99级和00级，二学历00级 教学安排： 教室地点教102 选课人数272人 授课时间星期二18:30-21:20 教学1班（99级专升本00级二学历127人） 星期四18:30-21:20 教学2班（00级专升本145人） 一、教学计划： 总计60学时，两个教学班计划相同。 教学16次计48学时第1-4周，第6-17周（第5周国庆节休假） 讲座1次3学时第18周（20XX年1月3日，星期四，两班合讲，自愿参加） 复习1次3学时第19周 答疑1次3学时第19或20周（待定） 考试1次2小时左右 二、教学大纲： 课程名称 数据通信与网络基础 课程概述 这是一个学期的课程, 旨在学习数据通信基本原理和了解数据通信网络。本课程向学生介绍计算机之间及人机之间通信相关的各种基本技术，涉及的主题有：简单的通信模型，通信系统硬件（传输媒质、数据传输技术、数据终端设备，数据通信设备与接口），通信系统中的软件（数据编码、数据传输方式、数据传输协议），数据通信网（网络分层体系结构、交换式网络与广播式网络、宽带传输网、接入网），多媒体数据通信，数据通信发展历史与趋势。 教学目标 通过本课程的学习，学生能够 ●了解电信与及数据通信的发展历史与前景 ●知道通信种类及其使用的频段 ●熟悉数据通信模型与术语 ●知道数据通信标准及其制定机构 ●知道数据通信网及其分类和用途 ●描述数字传输与模拟传输的区别与各自的特点 ●掌握信息的度量方法和信号时域频域特性分析方法 ●了解传输信道特性及其对信号的影响
吉林建筑大学城建学院 毕业设计开题报告 所学专业：电气信息工程及其自动化 学生姓名： 指导教师： 论文题目：基于单片机的悬挂运动控制系统设计开题报告日期：2015.3.30
说明 1、开题报告由毕业生本人在完成文献阅读、科研调查的基础上，并通过开题报 告评议后填写。 2、本报告一式两份。一份交学院作为论文检查的依据；一份答辩后作为档案材 料归入学位档案。 3、开题报告用A4纸打印，不需标注页码。报告内容字体一律使用宋体小四， 行间距为1.25倍。
一、课题来源及研究的目的和意义 课题来源：生产 研究的目的： 科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制开始进入了人们的生活，以单片机为核心的悬挂运动自动控制系统就是其中之一。在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动系统的应用越来越多，在这些系统中悬运动部件通常是具体的执行机构，因而悬挂部件的运动精确性是整个系统工作效能的决定因素，而在实际中实现悬挂运动控制系统的精确控制是非常困难的。靠改变悬挂被控对象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产控制等领域有很广的应用范围，但受技术上的制约，使用也有一定限制。采用单片机作为系统控制器。单片机可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，稳定性好，并且可利用单片机软件进行仿真和调试。单片机采用并行工作方式，提高了系统的处理速度，常用于大规模实时性要求较高的系统。 研究的意义： 运动控制是自动化技术的重要组成部分，是机器人等高技术领域的技术基础，已取得了广泛的工程应用。运动控制集成了电子技术、电机拖动、计算机控制技术等内容。自二十世纪八十年代初期，运动控制器已经开始在国外多个行业应用，尤其是在微电子行业的应用更加广泛。而当时运动控制器在我国的应用规模和行业面很小，国内也没有厂商开发出通用的运动控制器产品。在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动控制系统的应用越来越多，在这些系统中悬挂运动部件通常是具体的执行机构，因此悬挂部件的运动精确性是整个系统工作效能的决定因素。靠改变悬挂被控对象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产控制等领域有很广的应用范围。
填空题： 1.模拟信号传输的基础是载波信号，对其进行调制的三种基本形式为幅移键控法、 _ 频移键控法______和 ___相移键控法______ 。 2.对模拟数据进行数字信号编码时采用脉冲编码调制技术，则当采样的模拟信号带宽为 4kHz 时，每秒钟至少采样 ___8000______ 次，若量化级别为256，则需要采用 ____8_____ 位二进制数码表示. 3.模拟信号传输的基础是载波信号，对其进行调制的三种基本形式为幅移键控法、 _________ 和 _________ . 4.局域网常用的拓外结构有总线、星形和____树形________三种。著名的以太网 （Ethernet）就是采用其中的____星形________结构。 5.PCM 编码过程包括 ___采样______ 、 ___量化______ 和编码. 6.有两种基本的差错控制编码，即检错码和 ____纠错码_____ ，在计算机网络和通信中 广泛采用的一种检错码为 ____冗余码_____ . 7.DNS是一个分布式数据库系统，由域名服务器、域名空间和__地址转换请求程序 __________三部分组成.有了DNS，凡域名空间中有定义的域名都可以有效地转换为 ____对应的IP地址________. 8.网络协议中的关键因素包括 ___语法______ 、语义和 ___同步______ . 9.常用的IP地址有A、B、C三类，是一个____B________类IP地址，其网络标识（netid） 为，主机标识（hosted）为建议网络管理应包含以下基本功能：故障管理，计费管理， 配置管理，___性能管理_________和___安全管理_________. 10.在OSI／RM中，_____网络层_____________位于通信子网的最高层，_____传输层 ___________位于资源子网的最低层. 11.千兆以太网的数据速率是10BASE-T的_100_____倍，其帧结构与标准以太网相同，最小 帧长为___64___字节. 12.在分组交换方式中，通信子网向端系统提供虚电路和_____数据报_______两类不同性质 的网络服务，其中___数据报_________是无连接的网络服务。 13.局域网的数据链路层被划分成逻辑链路控制子层 （MAC）和媒体接入控制子层（LLC）两个功能子 层. 14.计算机网络按使用范围划分为公用网和专用 网两种. 15.ATM支持两级的连接层次：虚通道连接和虚通 路连接. 16.ATM 的信元长度是固定的 ___53______ 字节，其中信头长度 ____5_____ 字节.DNS 服务器的作用是提供 __域名_______ 和 __IP地址_______ 间的映射关系. 17.目前因特网中子网掩码同IP地址一样是一个___32___________比特的二进制数，只是 其主机标识部分全为“0”.判断两个IP地址是不是在同一个子网中，只要判断这两个 IP地址与子网掩码做逻辑_____与_________运算的结果是否相同，相同则说明在同一 个子网中. 18.因特网采用___文件传输协议ＦＴＰ协议___________协议作为文件传输标准.运行 POP3协议进行存储和投递因特网电子邮件的电子邮局被称为___邮件服务器 ___________. 19.多路复用一般有两种基本形式：波分复用WDM和时分复用TDM . 20.以太网10Base-2，表示其传输速率为10Mbps，传输介质为__细同轴电缆_____，其物理 拓扑结构为__总线型_____. 21.常用的IP地址有A、B、C三类，是一个_____B_______类IP地址，其网络标识（netid） 为，主机标识（hosted）为。 22.一台主机的IP地址为，子网掩码为如果该主机需要向子网掩码为的网络进行直接广播， 那么它使用的源IP地址为在一个IP网络中负责主机IP地址与主机名称之间的转换协
附录：习题参考答案 习题1 1.1什么是计算机网络？ 计算机网络是以资源共享和信息交换为目的，通过通信手段将两台以上的计算机互联在一起而形成的一个计算机系统。 1.2独立的个人计算机与连网的计算机各自的优缺点是什么？ 独立的个人计算机的优点是：不受黑客、非法入侵者及网络病毒的攻击；数据的安全性较高；缺点是：资源不能提供共享；也不能共享网上的资源；与其他计算机交换交换信息很困难。 连网的个人计算机的优点是：资源可以提供共享；也可以共享网上的资源；与其他计算机交换交换信息很方便。缺点是：容易受黑客、非法入侵者及网络病毒的攻击；数据的安全性较低。 1.3计算机网络发展有哪几个阶段？ 面向终端的联机系统阶段、具有通信功能的计算机网络阶段、具有统一网络体系结构并遵从国际化标准化协议的标准化网络阶段和网络互联阶段。 1.4网络的基本用途是什么？ (1) 信息共享与办公自动化、(2) 电子邮件、(3) 电子公告与广告、(4) IP电话、(5) 在线新闻、(6) 在线游戏、(7) 网上交友与实时聊天、(8) 电子商务及商业应用、(9) 虚拟时空、(10) 文件传输、(11) 网上教学与远程教育、(12) 万维网冲浪WWW、(13) 超并行计算机系统、(14) 网格计算机系统。 1.5网络操作系统的主要功能是什么? 协调用户。提供网络通信服务。控制用户访问。文件管理。系统管理。提供资源共享服务。 1.6网卡有什么作用？是否所有上网的计算机都需配置网卡？ (1)数据转换功能。(2) 数据缓存功能。(3) 通信服务功能。 不是所有上网的计算机都需配置网卡，比如采用电话拨号上网的计算机就不需配置网卡。 1.7线路控制器的主要功能是什么？ 由终端发送数据时，将并行数据转换成串行数据送到调制解调器； 接收数据时，将由调制解调器送来的串行数据转换成并行数据； 产生定时信号，并用硬件确定本机的地址号，以便与主机交换信息。 1.8调制解调器的主要功能是什么？在什么场合必须使用调制解调器？ 当计算机发送信息时，将计算机送来的数字信号转换成可以在电话线传输的模拟信号（这一转换过程称为调制过程），再通过电话线发送出去；收端接收信息时，把电话线上传送来的模拟信号转换成数字信号后再传送给计算机，供其接收和处理（这一转换过程称为解调过程）。
《计算机网络》 第二章——数据通信基础练习题 一、填空题： 1.________是两个实体间的数据传输和交换。 2._____是传输信号的一条通道，可以分为________和________。 3._____是信息的表现形式，有________和________两种形式。 4.________是描述数据传输系统的重要技术指标之一。 5.________是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为______________________。 6.数据通信系统一般由________、________和________等组成。 7.根据数据信息在传输线上的传送方向，数据通信方式有________、________和________三种。 8.基带、频带、宽带是按照__________________________来分类的。 9.信道的传播延迟和_____________________________与_________________________有关。 10.电路交换的通信过程可分为三个阶段：__________、__________和____________。 11.在分组交换技术中，还可以分为________和________两种不同的方式。 12.信元交换技术是指__________（英文简称为____），它是一种_________的交换技术。 13.多路复用技术通常有两类：____________和____________。 14.常见的差错控制技术有：_________和__________等, 为了确保无差错传输数据，必须具有______和______的功能。 15. CRC码的中文名称是__________，又称________，是一种较为复杂的校验方法，有很强的检错能力。 16. 存储转发方式中常见的有________、________、________，传输的单位分别是____、____、____。 二、选择题 1.在数据通信系统中衡量传输可靠性的指标是____。 A.比特率 B.波特率 C.误码率 D.吞吐量 3.在传输过程中，接收和发送共享同一信道的方式称为____。 A.单工方式 B.半双工方式 C.全双工方式 D.自动方式 5.为了提高通信线路的利用率，进行远距离的数字通信采用____数据传输方式。 A.基带传输 B.频带传输 C.宽带传输 D.窄带传输 6.在数字信道上，直接传送矩形脉冲信号的方法，称为____。 A.
悬挂运动控制系统（E题）设计报告 欧阳家百（2021.03.07） 摘要：本悬挂控制系统是一个电机控制系统，控制物体在80cm×100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。设计采用AT89S52单片机作为核心控制器件，采用57BYG007-4型步进电机和高细分步进电机驱动器SM-60作为动力装置，采用红外反射式光电传感器实现画板上黑色线寻迹检测，显示部分用液晶显示模块LCD1602实现。 关键词：悬挂控制、单片机、步进电机、红外反射式光电传感器 一、设计要求 1、任务 设计一电机控制系统，控制物体在倾斜（仰角≤100度）的板上运动。 在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围为80cm×100cm。物体的形状不限，质量大于100克。物体上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点, 示意图如下。 2、基本要求： （1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；（2）控制物体在80cm×100cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm，物体在运动时能够在板上画出运动轨迹，限300秒内完成； （3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300秒内完成； （4）物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。 3、发挥部分 （1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标； （2）控制物体沿板上标出的任意曲线运动(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽 1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约30cm；后一部分是两段总长
《计算机网络基础（第二版）》 习题参考答案 第一章 1 ?填空题 ⑴ 计算机网络按网络的覆盖范围可分为_局域网_、城域网和广域网 （2）从计算机网络组成的角度看，计算机网络从逻辑功能上可分为通信子网和—资源—子网。 ⑶计算机网络的拓扑结构有星型、树型、总线型、环型和网状型。 2 ?简答题 ⑴计算机网络的发展经过哪几个阶段？每个阶段各有什么特点？ 答: 单机系统:在单处理机联机网络中，由单用户独占一个系统发展到分时多用户系统， 被称为第一代网络。多机系统:将多个单处理机联机终端网络互相连接起来，以多处理 机为中心的网络，并利用通信线路将多台主机连接起来，为用户提供服务，形成了以通信子网为核心的第二代网络，随着分组交换技术的使用，逐渐形成了以遵守网络体构的第三代网系结络。In ternet是计算机网络发展最典型的实例，该网络的发展也促使新的高速网络技术的不断出现，又提高了网络的发展。 （2）什么是计算机网络？计算机网络的主要功能是什么？ 答：利用通信设备和线路，将分布在地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统连接起来， 以功能完善的网络软件（网络通信协议及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的 系统。
主要功能：1.数据交换和通信：在计算机之间快速可靠地相互传递数据、程序或文件； 2.资源 共享：充分利用计算机网络中提供的资源（包括硬件、软件和数据）；3.提高系统的可靠性： 通过计算机网络实现的备份技术可以提高计算机系统的可靠性。 4.分布式网络处理和负载均 衡：将任务分散到网络中的多台计算机上进行，减轻任务负荷过重的单台主机。 （3）计算机网络分为哪些子网？各个子网都包括哪些设备，各有什么特点？ 答：从计算机网络系统组成的角度看，典型的计算机网络分为资源子网和通信子网。 资源子网由主机、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。 主机是资源子网的主要组成单元，为本地用户和网络中远程用户访问网络其他主机设备与资源提供服务。终端控制器负责终端和主计算机的信息通信。终端是直接面向用户的交互设备，可以是由键盘和显示器组成的简单的终端，也可以是微型计算机系统。计算机外设主要是网络中的一些共享设备，如大型的硬盘机、高速打印机、大型绘图仪等。 通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备 组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。通信控制处理机也称为网络节点，实现通信子网中的分组存储转发节点，完成分组的接收、校验、存储和转发等功能。通信线路为通信控制处理机与通信控制处理机、通信控制处理机与主机之间提供通信信道。通信线路包括电话线、双绞线、同轴电缆、光纤、无线通信信道、微波与卫星通信信道等。信号变换设备的功能是对信号进行变换以适应不同传输媒体的要求。 ⑷计算机网络的拓扑结构有哪些？它们各有什么优缺点？ 答：1. 星型拓扑网络:优点是很容易在网络中增加新的站点，容易实现数据的安全性和优先级控制，易实现网络监控；但缺点是属于集中控制，对中心节点的依赖性大，一旦中心节点有故障会引起整个网络的瘫痪。 2. 树型拓扑网络:树型拓扑网络层次结构的层不宜过多，以免转接开销过大，使高层节点的负荷过重。 3. 总线型拓扑网络:结构简单，安装方便，需要铺设的线缆最短，成本低。缺点是实时性较差，总线的任何一点故障都会导致网络瘫痪。 4. 环型拓扑网络:结构简单，传输延时确定，但是环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的屏障。环中节点出现故障，有可能造成网络瘫痪。网络节点的加入、退出以及环路的维护和管理都比较复杂。 5. 网状型拓扑网络：优点是可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制方法。 广域网基本上采用网状型拓扑结构。