杭电总线复习整理终极版.docx
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杭电总线复习整理终极版
一总线基本概念部分
–1、现场总线的概念:
现场总线是一种应用于生产现场,在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。
–2、现场总线分类:
按其传输数据的大小,现场总线可分为3类:
传感器总线(SensorBus),属于位传输;设备总线(DeviceBus),属于字节传输;现场总线,属于数据流传输。
–3、现场总线的技术特点:
系统的开放性互可操作性与互用性、现场设备的智能化与功能自治性、系统结构的高度分散性、对现场环境的适应性
–4、现场总线的优势与劣势:
a.优势:
节省硬件数量与投资、节省安装费用、节约维护开销、用户具有高度的系统集成主动权、提高了系统的准确性与可靠性
b.劣势:
网络通信中数据包的传输延迟,通信系统的瞬时错误和数据包丢失,发送与到达次序的不一致等,都会破坏传统控制系统原本具有的确定性,使得控制系统的分析与综合变得更复杂,使控制系统的性能受到负面影响。
5总线操作:
总线上数据发送者与接收者之间的连接→数据传送→脱开这一操作序列称为一次总线操作。
总线仲裁概念:
当出现几个节点同时在网络上传输信息时,优先级高的节点可继续传输数据,优先级低的节点主动停止发送,从而避免了总线冲突。
6、信道容量香农公式:
信道容量的香农计算公式–W:
信道带宽–S/N:
信噪比
提高带宽或信噪比能增加信道容量在信道容量一定时,带宽与信噪比之间可以相互弥补。
7、模拟数据编码:
·模拟数据编码采用模拟信号载波通信来表达数据的0,1状态。
信号的幅度、频率、相位
是描述模拟信号的参数:
·幅值键控(ASKAmplitude-SheftKeying)又称键控调幅
·频移键控(FSKFrequency-SheftKeying)又称键控调频
·相移键控(PSKPhase-SheftKeying)又称键控调相
8、前向差错纠正的冗余位判断:
·在接收端检测和纠正差错,无需请求重发
·将一些额外的位按照某种方式进行编码,加入到通信数据中。
根据这些位的状态可检测到·定
数量的错误并进行纠正。
·增加这些额外的位增加了通信开支,也增加了计算量。
·海明(R.W.Hamming)码常用于前向差错纠正。
–9、载波监听多路访问/冲突检测的工作原理:
CSMA工作原理:
网络上的任何节点都没有预定的通信时间,随机向网络发起通信。
多个节点同时发起通信,使信号在传输线上相互混淆而遭破坏产生冲突,为避免冲突,每个节点在发送信息之前,都要侦听传输线上是否有信息在发送,这就是“载波监听”。
CSMA的控制方案:
先听再讲。
节点发送前先监听总线,如果介质空闲则发送。
如果介质忙则要等待一定时间间隔后重试。
CSMA坚持退避算法:
不坚持CSMA;;1坚持;p坚持。
检测到冲突,就立即停止发送,并向总线上发一串Jam信号,通知总线上各站冲突已发生。
CD工作原理:
由于在传输线上存在传输延迟,从而导致冲突,故每个节点在开始发送信息之后,还要继续侦听线路,判定是否有其他节点正与本节点同时向传输介质发送,一旦发现,便中止当前发送,这就是“冲突检测”。
10、几种典型控制网络的通信模型:
OSI模型,H1模型,HSE模型,PROFIBUS模型
–11、通信网络的传输介质:
传输介质是从发送设备到接收设备之间用于传递信号的媒介,是连接收发双方的物理通路。
典型传输介质
–有线传输介质:
双绞线、电缆、电力线、光缆等;–无线传输介质:
如电磁波、红外线;传输介质的特性对网络中数据通信质量影响很大。
–物理特性:
传输介质的物理结构(铜缆、光缆);
–传输特性:
允许的传输速率、频率、容量以及调制技术;
–连通特性:
点对点,,一对多点的连接方式;
–地理范围:
最大传输距离;
–抗干扰性:
对噪声、电磁干扰等的抵御能力
12、通信网络的拓扑结构:
·网络的拓扑结构是指网络中节点的互联形式
·环形、星形、总线形和树形
13、数据帧的组成:
14、OSI参考模型的组成及功能
–15、载波通信的几种方式:
•载波传输
–发送设备要产生某个频率的信号作为载波来承载数据信。
–按幅值键控,频移键控、相移键控等不同调制方式改变波信号的幅值、频率、相位,形成
承载了数据的调制信。
–发送承载了数据的载波信号,即载波传输。
–载波传输中传输的调制信号与数据基波的差别较大。
–16、差错检测的几种典型算法:
•检错仅识别错误的出现,不判别哪一位或哪些位出现了错误
•常用检错方法:
冗余:
如对每个字符都传输两次。
如果没有能够连续两次收到相同的字符,就意味着发生了一个
传输错误。
–回送:
将接收到的信号回送给发送者;如在操作人员手工键盘输入的应用场合,接收端把收到的每一个字符都回送给操作人员,让操作人员来确认字符是否被正确输入。
如通过回送发现了传输错误则重传
–17、数据传输方式(同步传输与异步传输):
•同步传输与异步传输指串行传输中使用的时钟同步的不同方式。
•传输中的同步问题
–通信系统要求收发双方的工作能协调一致
–各项工作均在一定时序脉冲的控制下进行
–通信中的发送者和接收者都需要使用时钟信号,通过时钟决定何时发送和读取每一位数据
–时钟同步是收发双方协调一致工作的基础
•同步传输
–指通信系统中所有设备都使用一个共同时钟,所有数据位的传输都和这个时钟信号同步。
–时钟源可由参与通信的一台设备产生,也可由外部时钟提供的。
–时钟可具有固定频率,也可按不规则的周期切换。
–每个数据位只在时钟信号跳变(上升或者下降沿)之后的一个规定的时间内有效。
–收发双方利用时钟跳变来决定什么时刻发送或读取每一个数据位。
•异步传输
–每个通信设备都有自己的时钟信号
–通信设备之间必须在时钟频率上保持一致,所有时钟之的误差必须在保持在一定范围
–传输开始时要求同步各设备的时钟
–异步传输并不要求收发两端在传送每一个数据位时都同
•例如在传输字符前设置一个起始位,预告传输即将开始,在代码和校验信号结束后,设置终止位,表示该字符结束
•在传输数据帧的开头和结尾设置起始、结束标志(或字节)
•在起始和结束标志之间,包含要传送的字符、数据、指令
–异步传输的特点
•易于实现
•对线路和收发器的要求较低
•需要额外传输一个或多个同步字符或帧头而增加网络开销
–18、通信线路的工作方式(单工通信,双工通信,全双工通信):
·单工通信
–信息传送始终朝着一个方向,不进行反向传送
–发送端与接收端不变换角色,如设A为发送端,B为接收端,数据只能从A传送至B,,而不能由B传送至A。
–单工通信线路一般采用二线制
·半双工通信
–指信息传输可在两个方向上进行,但同一时刻只限于一个方向传输。
–通信双方都具有发送器和接收器,双方可变换通信角色
·当A站向B站发送信息时,A站将发送器连接在信道上,B站将接收器了解接在信道上,
·当B站向A站发送信息时,B站则要将接收器从信道上断开,并把发器接入信道;A站则
反之。
–半双工通信采用二线制线路,信道可改换传输方向
·全双工通信信息传输可同时在两个方向进行
–相当于两个相反方向的单工通信的组合
–常用于计算机与计算机之间的通信
-19、曼彻斯特编码规则:
·曼彻斯特编码规则
–把时间划分为等间隔的小段。
–其中每小段代表一个比特(位/bit)。
–每个比特时间又被分为两半,前半段所传信号是该时间段比特值的反码,后半段传送的是
该比特值本身。
–从高电平跳变到低电平表示0,从低电平跳变到高电平表示1。
·特点:
–其波形中间点总有一次信号电平的变化,因而具有使网络上各节点保持时钟同步的内在时
钟信息
–信号本身携带有同步信息,无需另外传送同步信号。
二现场总线部分
–1、CAN总线的主要技术特点:
•CAN网络上的节点不分主从
–任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,通信方式灵活
•CAN采用非破坏性的总线仲裁技术
-载波监听多路访问、逐位仲裁
-先听再讲
-当多个节点同时向总线发送信息时,优先级较低的节点会主动地退出发送,而最高优先级
的节点可不受影响地继续传输数据,从而节省了总线冲突的仲裁时间。
•CAN网络上的节点具有不同的优先级
–可满足对实时性的不同要求
–高优先级的数据可在134微秒内得到传输
–2、CAN总线的通信参考模型:
•数据链路层
–包括逻辑链路控制子层LLC:
»LLC的主要功能是:
为数据传送和远程数据请求提供服务,确认由LLC子层接收的报文实际已被接收,并为恢复管理和通知超载提供信息
–媒体访问控制子层MAC
»MAC子层主要规定传输规则,即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定
•物理层
–物理层规定了节点的全部电气特性
–3、CAN总线报文帧的类型,CAN2.0A和2.0B的区别。
•4种不同类型的帧:
–数据帧、远程帧、出错帧、超载帧
•数据帧携带数据,由发送器传送至接收器
•远程帧用以请求总线上的相关节点发送具有规定标识符的数据帧
•出错帧由检测出总线错误的节点发送,向总线通知出现了错误
•超载帧由出现超载的节点发出,用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟
•CAN2.0A与CAN2.0B是1991年颁布的CAN技术规范的两个部分
–CAN2.0A只有标准帧一种帧格式
–CAN2.0B包括标准帧与扩展帧两种
–4、CAN总线的位电平
•显位(0)–VCANH:
3.5v–VCANL11.5v
•隐位
(1)–VCANH2.5v–VCANL2.5v
•显位可改写隐位
–5、CAN的下层网段LIN的技术特点:
LIN用于总线要求不高的车身系统,如车门,窗,灯等智能传感器、执行器的连接、控制中特点:
–低成本的一线制硬件实现–低速率,传输速率最高可达20Kbit/s(受到电磁干扰的限制)
–单主机/多从机的通讯模式→无需仲裁机制–基于通用UART/SCI接口的低成本硬件实现→
几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件
–同步简单,从节点不需晶振或陶瓷振荡器就能实现自同步→大大降低硬件平台的成本–通信
确定性,保证信号传输的延迟时间(预见性可控性)–报文数据长度可变
–奇偶,求和双重校验
–6、LIN的报文帧结构:
–7、基金会现场总线的特点:
•FF以ISO开放系统互联模型为基础,取物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次,并在应用层上增加了用户层。
用户层主要针对自动化测控应用的需要,定义了信息存取的统一规则,采用设备描述语言规定了通用的功能块集。
•FF总线包括FF通信协议、ISO模型中的2~7层通信协议的通栈、用于描述设备特性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典,用于实现测量、控制、工程量转换的应用功能块,实现系统组态管理功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。
•FF分为低速H1和高速H2两种通信速率:
H1通信速率为31.25Kbps,通信距离可达1900m,支持总线供电;H2通信速率为1Mbps和2.5Mbps,通信距离为750m和500m。
物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线,采用曼彻斯特编码。
8、基金会现场总线的三种虚拟通信关系
客户/服务器型报告分发型发布/预订接收型
9、PROFIBUS的通信参考模型、采用的传输技术以及总线访问方式
(1)通信参考模型。
用户界面应用层第3~6层数据链路层物理层
PROFIBUS包含有三个子集:
–PROFIBUSDP用于设备级分散I/O之间的通信,实现分布式控制系统设备
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