通信技术并行通信技术串行通信技术现场总线技术无线通信技术学习教案

1、会计学1通信技术通信技术(jsh) 并行通信技术并行通信技术(jsh)串行串行通信技术通信技术(jsh)现场总线技术现场总线技术(jsh)无线无线通信技术通信技术(jsh)第一页，共57页。力差传输(chun sh)距离短第1页/共56页第二页，共57页。o用并行接口芯片8255实现并行通信(tng xn)o用C口进行通信(tng xn)联络o若C口的值变化（如：加1），则有新数据到来。第2页/共56页第三页，共57页。o用并行(bngxng)接口芯片8255实现并行(bngxng)通信o利用CPU的EXINT口来中断联络第3页/共56页第四页，共57页。o 利用双口RAM实现并行通信(tng

2、 xn)o 双口RAM是具有两组独立的地址线、数据线和控制线的双端口RAMo 双口RAM可以简单可靠地实现主从机之间的数据共享o 如：IDT7132/134o DS1609第4页/共56页第五页，共57页。地址(dzh)线L地址(dzh)线R数据线L数据线R硬件冲突时，后操作一端有效；或使用软件协议避免硬件冲突和操作速度不同带来的错误。第5页/共56页第六页，共57页。oDS1609为256字节(z ji)的双口RAM，数据线和地址线公用，结构紧凑第6页/共56页第七页，共57页。第7页/共56页第八页，共57页。oAD07与一双(y shun)向I/O口相连，如：8255的PA口（应设为输入

3、和输出双向口），PB口为控制线（输出）。第8页/共56页第九页，共57页。o由于DS1609没有(mi yu)ALE地址锁存引脚，所以在片外需将地址译码的片选线先与ALE相或。第9页/共56页第十页，共57页。传输效率低实时性较差第10页/共56页第十一页，共57页。第11页/共56页第十二页，共57页。第12页/共56页第十三页，共57页。n利用VB的MSCOMM控件实现第13页/共56页第十四页，共57页。第14页/共56页第十五页，共57页。第15页/共56页第十六页，共57页。第16页/共56页第十七页，共57页。第17页/共56页第十八页，共57页。o 毫米级：芯片内总线(zn xi

4、n)；o 厘米级：芯片间总线(zn xin)；o 分米级：机箱内总线(zn xin)，如STD,ISA,PCI等；o 十米级：机柜间总线(zn xin)，如RS232，GPIB，VME和VXI等；o 千米级：现场总线(zn xin)，如FF，Profibus，WorldFIP等；第18页/共56页第十九页，共57页。o 国际电工委员会IEC61158标准定义：现场总线是“安装(nzhung)在生产过程区域的现场设备、仪表与控制室的自动控制装置、系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”。o 现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息

5、，共同完成自控任务的网络系统与控制系统，也称为现场总线控制系统（Fieldbus Control System）。第19页/共56页第二十页，共57页。o为实现整个企业的信息集成，需要一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，形成工厂底层网络(wnglu)，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。o在这种实际需求的驱动下, 20世纪80年代中期现场总线在国际上发展起来了。o技术基础：计算机技术、数字通信技术第20页/共56页第二十一页，共57页。o以微处理器芯片为基础的各种智能仪表，为现场信号的数字化以及实现复杂的应用功能提供了条

6、件。但不同厂商所提供的设备之间的通信标准不统一，严重束缚了工厂底层网络的发展。o从用户到设备制造商都强烈要求形成统一的标准，组成开放互连网络。把不同厂商提供的自动化设备互连为系统。这里的开放意味着对同一标准的共同遵从(zncng)，意味着这些来自不同厂商而遵从(zncng)相同标准的设备可互连为一致通信系统。o从这个意义上说，现场总线就是工厂自动化领域的开放互连系统。开发这项技术首先必须制定相应的统一标准。真正形成开放互连系统，是大势所趋。第21页/共56页第二十二页，共57页。第22页/共56页第二十三页，共57页。o开放性：现场总线的技术与标准是公开的，而DCS制造厂商的技术与标准是各有各

7、的专利，彼此是封闭的。o互操作性：不同厂商的主机或现场仪表可以相互通信或操作，而DCS中则往往需要接口核驱动软件来实现。o智能化与自治(zzh)性：现场总线设备具有较高的智能，能处理各种参数、运行状态信息及故障信息，可以自诊断，甚至能在部件、网络故障的情况下独立工作。第23页/共56页第二十四页，共57页。o高度分散：各现场设备有足够的主动性，它们可以相互通信，完全可以把各种控制功能分散到各种设备中。o对现场环境适应性：工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，

8、并可满足本质安全防爆(fn bo)要求等。第24页/共56页第二十五页，共57页。o节省硬件数量与投资(tu z)o节省安装费用o节省维护开销o用户具有高度的系统集成主动权o提高了系统的准确性与可靠性第25页/共56页第二十六页，共57页。o 基金会现场(xinchng)总线（FF，Foundation Fieldbus）o LonWorks现场(xinchng)总线o 过程现场(xinchng)总线PROFIBUS（PROcess Field BUS）o CAN(Control Area Network)总线o HART(Highway Addressable Remote Transduc

9、er)总线第26页/共56页第二十七页，共57页。第27页/共56页第二十八页，共57页。oCAN是控制局域网络（Control Area Network）的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被150国际标准组织制订(zhdng)为国际标准。由于得到了Motorola，Intel，Philip，Siemens，NEC等公司的支持，它广泛应用在离散控制领域。oCAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的。其模型结构为三层，即只取OSI模型的物理层、数据链路层和应用层。其信号传输介质为双绞线。通信速率最高可达1Mbps/40m

10、，直接传输距离最远可达10km/5kbps。可挂接设备数最多可达110个。第28页/共56页第二十九页，共57页。o 采用多主方式工作o 网络节点信息有多个(du )优先级o 采用非破坏性总线仲裁技术o 通过报文滤波实现点对点、一点对多点及全局广播等方式收发数据o 报文标识符可达2032种(CAN2.0A)，扩展标准(CAN2.0B)则几乎不受限制o 采用短帧结构，传输时间短o 具有较强抗干扰能力第29页/共56页第三十页，共57页。o“显性”（Dominant）数值(shz)表示逻辑“0”o“隐性”（Recessive）数值(shz)表示逻辑“1”第30页/共56页第三十一页，共57页。第3

11、1页/共56页第三十二页，共57页。o数据帧：携带数据由发送器至接收器o远程帧：请求发送具有相同标识符的数据帧o出错帧：由检测出总线错误的任何单元发送o超载帧：提供当前和后续(hux)数据帧的附加延迟第32页/共56页第三十三页，共57页。o带有优先级的多主竞争方式o网络上任意(rny)节点均可以在发现总线空闲时主动地往其它节点发送信息o非破坏性总线优先仲裁技术o当几个节点同时向网络发送消息时，根据帧中开始部分的标识符，逐位仲裁，优先级低的节点主动停止发送数据，优先级高的节点继续发送信息第33页/共56页第三十四页，共57页。o由单片机、SJA1000、82C250可以构成一个最小的CAN总线

12、智能节点oSJA1000是一种独立CAN通信控制器oSJA1000主要功能o标准结构和扩展(kuzhn)结构报文的接收和发送oBasic CAN和PeliCAN两种工作方式o标准和扩展(kuzhn)帧格式都具有单/双接收滤波器o第34页/共56页第三十五页，共57页。与SJA1000的TX0和RX0通过(tnggu)光耦相连，实现节点间电气隔离与地之间并联2个30pF的小电容，可以滤除总线上的高频(o pn)干扰第35页/共56页第三十六页，共57页。oLonWorks是由美国Echelon公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。oLonWorks使用开放式通

13、信协议LonTalk。 LonTalk采用了ISO/OSI模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法(fngf)，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。o其通信速率从300bps至1.5Mbps不等，直接通信距离可达2700m（78kbps，双绞线）。o支持双绞线、同轴电缆、光纤、电力线、红外线、射频等多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产品。o被誉为通用控制网络。第36页/共56页第三十七页，共57页。oLonWorks技术所采用(ciyng)的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的神经元芯片中而得以实现。第37页/共56页第三十八页，共57页。通信协议则是WLAN（I

14、EEE802.11系列）。第38页/共56页第三十九页，共57页。Market NameStandardGPRS/GSM1RTT/CDMAWi-Fi802.11bBluetooth802.15.1ZigBee802.15.4Application FocusWide AreaVoice & DataWeb，E-mail，VideoCableRePlacementMonitoring & ControlSystem Resources16MB+1MB+250KB+4KB32KBBattery Life (day)170.55171001000+Network Size132725

15、5/65000Bandwidth (Kbps)64128+11000+72020250Transmission Range (meter)1000+1100110+1100Success MetricsReach，QualitySpeed FlexibilityCost，ConvenienceReliability，Power，Cost第39页/共56页第四十页，共57页。第40页/共56页第四十一页，共57页。扩展服务(fw)集ESS示意图，包括了无线站点、无线接入点、基本服务(fw)集等。第41页/共56页第四十二页，共57页。第42页/共56页第四十三页，共57页。第43页/共56页第四

16、十四页，共57页。、WAE。第44页/共56页第四十五页，共57页。第45页/共56页第四十六页，共57页。o自组织网络：分为(fn wi)微微网和散射网。o微微网：最多256个蓝牙单元设备，其中只有一个蓝牙设备是主设备，17个激活的从设备，而其它设备则处于待机状态。第46页/共56页第四十七页，共57页。o自组织网络：分为微微网和散射网。o散射网：几个互相独立(dl)且不同步的微微网以特定方式互联起来，构成一个散射网（又称微微互联网或分布式网络） 。第47页/共56页第四十八页，共57页。o蓝牙接入网关：蓝牙网络和其他网络之间进行(jnxng)互联的无线设备，具有相当于桥接器或路由器的功能。

17、o蓝牙接入网关为每一个所连接的蓝牙设备提供LAN或Internet网络服务。第48页/共56页第四十九页，共57页。o蓝牙设备的应用主要是将两个或者更多的蓝牙设备组成组成一个对等的自组网络（简称(jinchng)对等网），且这些蓝牙设备能够通过一个网络接入点（蓝牙接入网关）访问远程网络。o对等网络组实际上相当于多个蓝牙设备组成的微微网。o对等网络组是一个设备齐全并且独立的组群网络，在这个组群网络中，设备之间的互相通信，不需要外界网络硬件的支持。第49页/共56页第五十页，共57页。n短时延n最多可组成65000个节点的大型网络n第50页/共56页第五十一页，共57页。第51页/共56页第五十二页，共57页。第52页/共56页第五十三页，共57页。第53页/共56页第五十四页，共57页。第54