PLC变频器和触摸屏通讯教案

PLC、变频器和触摸屏通讯教案课题一串行通信基础[教学目的]了解常用的通信方式了解串行通信的工作原理及特点掌握串行通信的参数[教学重点]掌握串行通信的参数[教学回顾]生产实习过程中要注意哪些安全事项？[教学内容]在通信领域内，有两种数据通信方式：并行通信和串行通信。随着计算机网络化和微机分级分布式应用系统的发展，通信的功能越来越重要。通信是指计算机与外界的信息传输，既包括计算机与计算机之间的传输，也包括计算机与外部设备，如终端、打印机和磁盘等设备之间的传输。串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。串行通信-特点一、串行通信的特点?数据在单条一位宽的传输线上，一比特接一比特地按顺序传送的方式称为串行通信。?如图8.1(a)所示的并行通信中，一个字节（8位）数据是在8条并行传输线上同时由源传到目的地；而在图8.1(b)所示的串行通信方式中，数据是在单条1位宽的传输线上一位接一位地顺序传送。这样一个字节的数据要分8次由低位到高位按顺序一位位地传送。由此可见，串行通信的特点如下：1、节省传输线，这是显而易见的。尤其是在远程通信时，此特点尤为重要。这也是串行通信的主要优点。2、数据传送效率低。与并行通信比，这也这是显而易见的。这也是串行通信的主要缺点。串行通信过程中使用的参数包括位/字符、比特/秒（bps）、波特率、奇偶性以及启动、停止和标记位。位/字符每个字符的位数（bpc）指明了在串行通信过程中用于表示单个数据字符的位数。该数目不反映该字符包括的奇偶性校验位、停止位和起始位的总数量。bpc两个可能的设置为7或8。当使用7位/字符的设置时，仅发送标准ASCII字符集字符中开始的128位（0-127）是可行的。每个字符都由7个数据位来表示。8位/字符的设置必须用于发送ASCII扩展字符集（128-255）。每个字符仅能用8个数据位来表示。比特/秒比特/秒（bps）是每秒通过通信线路传输的数据位（二进制1和0）的数量。波特率波特率是每秒中一个串行通信信号状态更改的次数。如果该信号为每个数据位进行一次更改，那么一个bps就等于一个波特。例如，300波特的调制解调器将其状态在每秒内更改300次。奇偶位奇偶位不同于启始位和停止位，它是一个可选的参数，用于在串行通信中确定远程设备是否正确接收了已经发送的数据字符。图1.奇偶性校验奇偶位可以是以下五种说明之一：none 指定本地系统不得为传输的数据字符创建奇偶位。同时它还表示本地系统不对从远程主机上接收到的数据中的奇偶位进行检查。 even 指定单个字符中二进制1的总个数相加为偶数。如果不为偶数，奇偶位必须为1以确保二进制1的总个数为偶数。例如，如果在偶校验情况下传输字母a（二进制1100001），发送系统将二进制1的个数相加，在本例中得到3，然后将奇偶位设置为1以使二进制1的个数保持为偶数。如果在相同的环境中传输字母A（二进制1000001），那么奇偶位将为0，这将使二进制1的个数保持为偶数。 odd 除了二进制1的个数必须为奇数以外，操作准则与偶校验相同。 空白 指定奇偶位始终为一个二进制的零。另一个用于空白奇偶性校验的术语为“位填充”，由于当向仅接受8位数据的设备传输7位数据时，用它来扮演填充器的角色，因此“位填充”由此派生而来。这些接受8位数据的设备将空白奇偶位视为传输数据的附加数据位。 标记 除了奇偶位始终为二进制1以外，操作准则与空白奇偶性校验相同。标记位仅充当一个填充器。 起始位、停止位和标记位起始位和停止位是用于导步通信中计时或同步传输数据字符的一种方法。不借助于这些位，发送和接收系统将无法知道字符在何处结束，另一个字符又从何处开始。在传输过程中，另一个用于分隔数据字符的位是标记（或空闲）RS位。该位是一个二进制1，当通信线路处于空闲并且没有数据被收发时发送该位。当系统接收到起始位（二进制0），系统就知道了下面传输的将是数据位，直到接收到停止位（二进制1）时停止。请参阅下图。图1.起始位、停止位和标记位

课题二 串行接口标准[教学目的]了解三种串行通信的特点和不同点[教学重点]掌握串行通信接口的各个信号功能[教学回顾]串行通信的参数有哪些？[教学内容]RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布。RS-422由RS-232发展而来，为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100Kbps时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。1.S-232串行接口标准目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5~+15V，负电平在-5~-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3~+12V与-3~-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20Kbps。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3kΩ~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响。TTL输出高电平2.4V，输出低电平0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平=2.0V，输入低电平=0.8V，噪声容限是0.4V。2.RS-422与RS-485串行接口标准（1）平衡传输RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2V~6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。（2）RS-422电气规定由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mbps。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mbps。RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。（3）RS-485电气规定由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。RS-485总线，在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间;RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mbps。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。（4）RS-422与RS-485的网络安装注意要点RS-422可支持10个节点，RS-485支持32个节点，因此多节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。在构建网络时，应注意如下几点：*采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。*应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线。总之，应该提供一条单一、连续的信