現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)入門數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ).ppt

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數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),現(xiàn)場(chǎng)總線入門基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),2.0數(shù)據(jù)通信的基本含義2.1總線的基本概念2.2通信系統(tǒng)的基本概念2.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及傳輸介質(zhì)2.4通信系統(tǒng)的協(xié)議模型2.5差錯(cuò)控制,2.0數(shù)據(jù)通信的基本含義,數(shù)據(jù)通信的基本含義是指在2個(gè)或2個(gè)以上相互獨(dú)立的計(jì)算機(jī)類設(shè)備之間傳遞數(shù)字化信息。比如：工業(yè)控制機(jī)與PLC之間，計(jì)算機(jī)與手機(jī)、PDA之間，校園網(wǎng)中計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間等。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳遞，如CPU與顯示卡、CPU與硬盤之間等，一般不歸于數(shù)據(jù)通信的范疇。,2.0數(shù)據(jù)通信的基本含義,在計(jì)算機(jī)等數(shù)字化設(shè)備中，信息的基本描述形式為二進(jìn)制數(shù)，而目前最基本、最常用的表述形式為8位數(shù)據(jù)位。若在2臺(tái)計(jì)算機(jī)之間傳遞一條信息，從信息傳遞的方式上看，可以采用串行通信方式或并行通信方式。,2.0數(shù)據(jù)通信的基本含義,一條信息的各位數(shù)據(jù)被同時(shí)傳送的通信方式稱為并行通信。并行通信的特點(diǎn)是：各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，傳送速度快、效率高，但有多少數(shù)據(jù)位就需多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高，只適用于近距離（相距數(shù)米）的通信。一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通信方式稱為串行通信。串行通信的特點(diǎn)是：各個(gè)數(shù)據(jù)位的傳送是按位序順序進(jìn)行，最少只需一根數(shù)據(jù)傳輸線即可完成，成本低但傳送速度慢。串行通信的距離可以從幾米到幾千米。,2.0數(shù)據(jù)通信的基本含義,一般常說(shuō)的數(shù)據(jù)通信就指的是串行數(shù)據(jù)通信,2.1總線的基本概念,（1）總線與總線段（2）主設(shè)備與從設(shè)備（3）總線上的控制信號(hào)（4）總線協(xié)議,2.1總線的基本概念,（1）總線（bus）與總線段(bussegment)從廣義說(shuō)，總線就是傳輸信號(hào)或信息的公共路徑，是遵循同一技術(shù)規(guī)范的連接與操作方式。一組設(shè)備通過(guò)總線連在一起稱為總線段?？梢酝ㄟ^(guò)總線段相互連接把多個(gè)總線段連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,（2）主設(shè)備與從設(shè)備可在總線上發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備叫做“總線主設(shè)備”(busmaster)，又稱命令者。不能在總線上主動(dòng)發(fā)起通信、只能掛接在總線上、對(duì)總線信息進(jìn)行接收查詢的設(shè)備稱為總線從設(shè)備(busslaver)，也稱基本設(shè)備。在總線上可能有多個(gè)主設(shè)備，某一設(shè)備既可以是主設(shè)備，也可以是從設(shè)備，但不能同時(shí)既是主設(shè)備又是從設(shè)備。,2.1總線的基本概念,（3）控制信號(hào)（三種類型）（a）控制連接在總線上的設(shè)備，讓其進(jìn)行所規(guī)定的操作，如設(shè)備清零、初始化、啟動(dòng)和停止等。（b）用于改變總線操作的方式，如改變數(shù)據(jù)流的方向，選擇數(shù)據(jù)字段的寬度和字節(jié)等。（c）表明地址和數(shù)據(jù)的含義，如對(duì)于地址，可用于指定某一地址空間，或表示出現(xiàn)了廣播操作；對(duì)于數(shù)據(jù)，可用于指定它能否轉(zhuǎn)譯成輔助地址或命令。,（4）總線協(xié)議管理主、從設(shè)備使用總線的一套規(guī)則稱為“總線協(xié)議”(busprotocol)。協(xié)議是一套事先規(guī)定的、總線上所有設(shè)備必須共同遵守的規(guī)約。,2.1總線的基本概念,2.2通信系統(tǒng)的基本概念,（1）通信系統(tǒng)的組成（2）數(shù)據(jù)通信基本原理（3）數(shù)據(jù)交換方式,（1）通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)是傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。它一般由信息源和信息接收者，發(fā)送、接收設(shè)備，傳輸介質(zhì)幾部分組成。,信息源和接收者信息源和接收者是信息的產(chǎn)生者和使用者。在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)據(jù)，是數(shù)字化了的信息。這些信息可能是原始數(shù)據(jù)，也可能是經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果，還可能是某些指令或標(biāo)志。信息源可根據(jù)輸出信號(hào)的性質(zhì)不同分為模擬信息源和離散信息源。,發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來(lái)，即將信息源產(chǎn)生的消息信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼，并變換為便于傳送的信號(hào)形式，送往傳輸媒介。信源編碼：把連續(xù)消息變換為數(shù)字信號(hào)；信道編碼：使數(shù)字信號(hào)與傳輸介質(zhì)匹配，提高傳輸?shù)目煽啃曰蛴行浴０l(fā)送設(shè)備還要包括為達(dá)到某些特殊要求所進(jìn)行的各種處理，如多路復(fù)用、保密處理、糾錯(cuò)編碼處理等。,傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳遞所經(jīng)媒介。它可以是無(wú)線的，也可以是有線的(包括光纖)。有線和無(wú)線均有多種傳輸媒介，如電磁波、紅外線為無(wú)線傳輸介質(zhì)，各種電纜、光纜、雙絞線等為有線傳輸介質(zhì)。介質(zhì)在傳輸過(guò)程中必然會(huì)引入某些干擾，如熱噪聲、脈沖干擾、衰減等。媒介的固有特性和干擾特性直接關(guān)系到變換方式的選取。,接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解密等。它的任務(wù)是從帶有干擾的信號(hào)中正確恢復(fù)出原始信息來(lái)，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。以上所述是單向通信系統(tǒng)，但在大多數(shù)場(chǎng)合下，信源兼為收信者，通信的雙方需要隨時(shí)交流信息，因此要求雙向通信。,(2)數(shù)據(jù)通信基本原理A.通信方式按照信息的傳輸方向分為：(i)單工(Simplex)方式信息只能沿單方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為單工方式；(ii)半雙工(Halfduplex)方式信息可以沿著兩個(gè)方向傳輸，但在某一時(shí)刻只能沿一個(gè)方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為半雙工方式；(iii)全雙工(Fullduplex)方式信息可以同時(shí)沿著兩個(gè)方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為全雙工方式。,,單工、半雙工和全雙工通信方式,B.傳輸模式基帶傳輸載波（帶）傳輸寬帶傳輸,基帶傳輸基帶傳輸是指在基本不改變數(shù)據(jù)信號(hào)頻率的情況下，在數(shù)字通信中直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)，即按數(shù)據(jù)波的原樣進(jìn)行傳輸，不采用任何調(diào)制措施。它是目前廣泛應(yīng)用的最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。局域網(wǎng)、控制局域網(wǎng),載波（帶）傳輸載波傳輸是先用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，然后進(jìn)行傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ?。最基本的調(diào)制方式有幅值鍵控(ASK)，頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)3種。在載波傳輸中，發(fā)送設(shè)備首先要產(chǎn)生某個(gè)頻率的信號(hào)作為基波來(lái)承載信息信號(hào)，這個(gè)基波就稱為載波信號(hào)，基波頻率就稱為載波頻率;然后按幅值鍵控、頻移鍵控、相移鍵控等不同方式改變載波信號(hào)的幅值、頻率、相位，形成調(diào)制信號(hào)后發(fā)送。,寬帶傳輸由于基帶網(wǎng)不適于傳輸語(yǔ)言、圖像等信息，隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、文字、語(yǔ)音、圖像等多種信號(hào)的任務(wù)愈來(lái)愈重，因此提出了寬帶傳輸?shù)囊?。寬帶傳輸與基帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別:一是數(shù)據(jù)傳輸速率不同，基帶網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為0~l0Mbit/s，寬帶網(wǎng)可達(dá)0~400Mbit/s;二是寬帶網(wǎng)可劃分為多條基帶信道，能提供良好的通信路徑。一般寬帶局域網(wǎng)可與有線電視系統(tǒng)共建，以節(jié)省投資。,C.二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示方法基帶傳輸中數(shù)據(jù)的表示方法(i)信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸。(ii)根據(jù)對(duì)零電平的關(guān)系，信息傳輸可以分為歸零傳輸和不歸零傳輸。(iii)根據(jù)信號(hào)的極性，信息傳輸分為單極性傳輸和雙極性傳輸。單極性碼雙極性碼,常用的數(shù)據(jù)表示方法a)平衡、歸零、雙極性b)平衡、歸零、單極性c)平衡、不歸零、單極性d)非平衡、歸零、雙極性e)非平衡、歸零、單極性f)非平衡、不歸零、單極性,,數(shù)據(jù)表示方法,載帶傳輸中的數(shù)據(jù)表示方法(1)調(diào)幅方式調(diào)幅方式AM(AmplitudeModulation)又稱為幅移鍵控法ASK(Amplitude-ShiftKeying)(2)調(diào)頻方式調(diào)頻方式FM(FrequencyModulation)又稱為頻移鍵控法FSK(Frequency-ShiftKeying)(3)調(diào)相方式調(diào)相方式PM(PhaseModulation)又稱為相移鍵控法PSK(Phase-ShiftKeying),,數(shù)據(jù)調(diào)制方式（a）調(diào)幅（b）調(diào)頻（c）調(diào)相,2.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及傳輸介質(zhì),（1）網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2）傳輸介質(zhì),（1）通信網(wǎng)鉻的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在分布控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星型、環(huán)型和總線型。,,通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)星形結(jié)構(gòu)；(b)環(huán)型結(jié)構(gòu)；(c)總線型結(jié)構(gòu),星型結(jié)構(gòu)在星型結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都通過(guò)一條鏈路連接到一個(gè)中央節(jié)點(diǎn)上去。任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信都要經(jīng)過(guò)中央節(jié)點(diǎn)。中央節(jié)點(diǎn)有一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置來(lái)接通兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信路徑。因此，中央節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造是比較復(fù)雜的，一旦發(fā)生故障，整個(gè)通信系統(tǒng)就要癱瘓。因此，這種系統(tǒng)的可靠性是比較低的，在分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用得較少。,環(huán)型結(jié)構(gòu)在環(huán)型結(jié)構(gòu)中，所有的節(jié)點(diǎn)通過(guò)鏈路組成一個(gè)環(huán)形。需要發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)將信息送到環(huán)上，信息在環(huán)上只能按某一確定的方向傳輸。當(dāng)信息到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)識(shí)別信息中的目的地址與自己的地址相同，就將信息取出，并加上確認(rèn)標(biāo)記，以便由發(fā)送節(jié)點(diǎn)清除。,總線型結(jié)構(gòu)所有的站都通過(guò)相應(yīng)的硬件接口直接接到總線上。由于所有的節(jié)點(diǎn)都共享一條公用的傳輸線路，所以每次只能由一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，信息由發(fā)送它的節(jié)點(diǎn)向兩端擴(kuò)散。這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)又稱為廣播式網(wǎng)絡(luò)。某節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息之前，必須保證總線上沒(méi)有其他信息正在傳輸。當(dāng)這一條件滿足時(shí)，它才能把信息送上總線。,（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通路，實(shí)際傳送信息的載體。網(wǎng)絡(luò)中常用的傳輸介質(zhì)有電話線、同軸電纜、雙絞線、光導(dǎo)纖維、無(wú)線與衛(wèi)星通信。,1）物理特性:傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述;2）傳輸特性:傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號(hào)以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸?shù)念l率范圍;3）連通特性:允許點(diǎn)-點(diǎn)或多點(diǎn)連接4）地理范圍:傳輸介質(zhì)最大傳輸距離5）抗干擾性:傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對(duì)傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。,2.4協(xié)議模型,OSI七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,2.5差錯(cuò)控制,,為什么要進(jìn)行差錯(cuò)控制傳輸錯(cuò)誤的種類有哪些差錯(cuò)控制方法奇偶校驗(yàn),為什么要進(jìn)行差錯(cuò)控制？分布控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是在條件比較惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作的，因此，在信息傳輸過(guò)程中，各種各樣的干擾可能造成傳輸錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤輕則會(huì)使數(shù)據(jù)發(fā)生變化，重則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程事故。因此必須采取一定的措施來(lái)檢測(cè)錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤，檢錯(cuò)和糾錯(cuò)統(tǒng)稱為差錯(cuò)控制。,傳輸錯(cuò)誤的種類：突發(fā)錯(cuò)誤：由突發(fā)噪聲引起的，誤碼連續(xù)成片出現(xiàn)；隨機(jī)錯(cuò)誤：由隨機(jī)噪聲引起的，誤碼與其前后的代碼是否出錯(cuò)無(wú)關(guān)。,差錯(cuò)控制方法：在傳輸信息中附加冗余度在傳輸方法中附加冗余度,,