《现场总线技术》第2章 数据通信基础与网络互联

同步系统 在大多数同步总线系统中，定时时钟信号是由系统 统一提供的。总线状态的改变只出现在时钟的固定时刻。
异步系统 异步总线系统中，命令者发出选通定时信号表明总线 上的信息有效，响应者回送一个应答定时信号。命令者收到该 应答信号后，证实响应者确实进行了响应。这一过程叫做 “握 手”(handshake)。
现场总线是底层控制网络
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• 现场总线是企业的底层数字通信网络，是连接 微机化仪表的开放系统。
企业管理层 （数据网络）
NT 服务器
Internet
局域网
过程监控层 （数据网络）
监控工作站
其它工作站
现场控制层 （控制网络）
现场总线接口
现场总线网段
调节阀
差压变送器 差压变送器 差压变送器 温度变送器
2.1 总线的基本概念
总线协议 (bus protocol) 管理主、从设备使用总线的一套规则称为“总线协议”。 这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。
总线操作的基本内容
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总线操作 总线上命令者与响应者之间的连结——数据传送—— 脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction)，或者叫 做一次总线操作。
总线从设备 不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、 对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备(bus slaver)， 也称基本设备、响应者。
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控制信号 总线上的控制信号通常有三种类型: 1、控制连在总线上的设备 设备清零、初始化、启动和停止 2、改变总线操作的方式 选择数据字段的宽度和字节 3、表明地址和数据的含义 指定某一地址空间
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寻址 寻址过程是命令者与一个或多个从设备建立起联系的一种总 线操作。通常有以下三种寻址方式：
1、物理寻址——用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备 作为响应者
2、逻辑寻址——用于指定存储单元的某一个通用区，而并不顾 及这些存储单元在设备中的物理分布
3、广播寻址——广播寻址用于选择多个响应者。
总线操作的基本内容
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总线与总线段 从广义来说．总线就是传输信号或信息的公共 路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式。一组设备通过 总线连在一起称为“总线段”(bus segment)。可以通过总线段相 互连接把多个总线段连接成一个网络系统。
总线主设备 可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设 备”(bus master)。也就是说，主设具备在总线上主动发起通信 的能力，又称命令者。
幅度键控ASK中，载波信号的幅度随着调制信号而变化，而载波 信号的频率、相位不变。例如在二进制数字信号调制后波形的时
域表达式对应SA = an A *coswct， an=0，SA=0代表0， an=1， SA波形代表1。
三种模拟数据编码调幅后的信号波形
二、拟数据编码——调频
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频移键控FSK中，载波信号的频率随着调制信号而变化，而载波 信号的幅度、相位不变。例如在二进制频移键控中、可定义为信 号0对应的载波频率大，信号1对应的载波频率小。
总线操作的基本内容
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出错检测 在总线上传送信息时会因噪声和串扰 而出错，因此在高性能总线中设有出错码产生 和校验机构，以实现传送过程的出错检测。
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容错 备在总线上传送信息出错时，必须提高系统的重配 置能力。
1、硬件结构连接； 2、利用软件减少故障对系统的影响； 3、备用路径
主要内容
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2.1 总线的基本概念 2.2 数字通信系统简介 2.3 网络拓扑 2.4 传输介质 2.5 介质访问控制方式 2.6 数据交换技术 2.7 差错控制 2.8 网络互连
三种模拟数据编码调频后的信号波形
二、模拟数据编码——调相
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相移键控PSK中，载波信号的相位随着调制信号而变化，而载波 信号的幅度、频率不变。例如在二进制相移键控中、可定义为信 号1对应的0o，信号0对应180o 。
三种模拟数据编码调相后的信号波形
通信系统性能
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1、有效性：传输速率 单位：bps 标准数据信号速率： 50，100，200，300，600，1200， 2400， 4800，9600，240k，1M，
“脱开”(disconnect)是指完成数据传送操作以后，命令者断开与 响应者的连接。命令者可以在做完一次或多次总线操作后放弃 总线占有权。
通信请求 通信请求是由总线上某一设备向另一设备发出的请求 信号，要求后者给予注意并进行某种服务。它们有可能要求传送 数据也有可能要求完成某种动作。
总线操作的基本内容
曼彻斯特编码(Manchester Encoding)
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在曼彻斯持编码中，时间被划分为等间隔的小段。其中每小段代表 一个比特。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段所传信号 是该时间段传送比特值的反码，后半个时间段传送的是比特值本身。
1 00 1 0 11
数据
时钟
曼彻斯特编码
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二、模拟数据编码——调幅
第二章 数据通信基础与网络互联
主要内容
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2.1 总线的基本概念 2.2 数字通信系统简介 2.3 网络拓扑 2.4 传输介质 2.5 介质访问控制方式 2.6 数据交换技术 2.7 差错控制 2.8 网络互连
•数据编码 •信号传输方式 •网络通信方式 •网络同步方式
主要内容
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2.1 总线的基本概念 2.2 数字通信系统简介 2.3 网络拓扑 2.4 传输介质 2.5 介质访问控制方式 2.6 数据交换技术 2.7 差错控制 2.8 网络互连
2.2 通信系统简介
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发送设备
信息源
信息接 收者
接收设备
传输介质
数据编码
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计算机网络系统的通信任务是传送数据或数据化 的传息：
例如：11010010
数据编码是指通信系统中以何种物理信号的形式来表达 数据：
1、模拟数据编码 2、数字数据编码
一、数字数据编码
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差分码
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用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”电平变化 代表“l” ，不变化代表“0”。
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总线仲裁 总线仲裁是用于裁决哪一个主设备是下一个占有总 线的设备。以避免总线在传送信息的操作过程中有可能发生的 “冲突”（Conflict）。 当前的总线主设备叫做“命令者”(commander)。
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通信定时 总线操作用“定时”信号进行同步。定时信号用于指 明总线上的数据和地址在什么时刻是有效的。有异步和同步两种。