1、 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1 1頁頁 3 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系2 2頁頁 一、一、 計算機通信方式及傳輸速率計算機通信方式及傳輸速率1.并行通信與串行通信并行通信與串行通信 并行通信并行通信是指以是指以字節或字字節或字為單位、同時將多個數據在多個并行為單位、同時將多個數據在多個并行信道上同時進行傳輸，如圖所示信道上同時進行傳輸，如圖所示 圖1 8位數據并行傳輸的示意圖 PLC除了用于單機控制系統外，還能與其它除了用于單機控制系統外，還能與其它PLC、計算機或者、計算機或者可編程設備如變頻器、打印機、機器人等連接，構成數據交換的可編程設

2、備如變頻器、打印機、機器人等連接，構成數據交換的通信網絡，實現網絡控制與管理系統通信網絡，實現網絡控制與管理系統 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系3 3頁頁 串行通信是指以二進制的位串行通信是指以二進制的位(bit)為單位，為單位，一條一條信息的各位數據信息的各位數據被逐位按順序傳送被逐位按順序傳送的通信傳輸方式的通信傳輸方式 。圖。圖2是是8位數據串行傳輸的位數據串行傳輸的示意圖示意圖 。圖2 8位數據串行傳輸示意圖2、串行異步通信與同步通信串行異步通信與同步通信 串行通訊收發雙方盡管是理論上是同速率傳輸數據，但實際上總串行通訊收發雙方盡管是理論上是同速率傳輸數據，但實際

3、上總有差別，為避免收發雙方出現數據錯位，需要兩者對采用的有差別，為避免收發雙方出現數據錯位，需要兩者對采用的信息格信息格式式進行約定來實現同步，按同步方式不同，可分為進行約定來實現同步，按同步方式不同，可分為串行異步通信與串行異步通信與同步通信。同步通信。（1）異步串行通信）異步串行通信 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系4 4頁頁 數據按字符傳送，每一個字符均按固定的字符格式傳送，數據按字符傳送，每一個字符均按固定的字符格式傳送，稱為幀：包含字符的起始位、數據位、校驗位、停止位四個部稱為幀：包含字符的起始位、數據位、校驗位、停止位四個部分。分。圖圖4是異步串行通信的數據傳送

4、格式是異步串行通信的數據傳送格式 圖圖4 異步串行通信的數據傳送格式異步串行通信的數據傳送格式 信息約定格式：信息約定格式： 一個起始位、一個起始位、78位數據位、位數據位、1個奇偶校驗位（可以沒有）和個奇偶校驗位（可以沒有）和12位停止位組成。位停止位組成。 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系5 5頁頁 偶校驗：偶校驗：所有傳送的數位（含字符的各數位和校驗位）中，所有傳送的數位（含字符的各數位和校驗位）中，“1”的個數為偶數，奇偶校驗位值為的個數為偶數，奇偶校驗位值為0。如：。如：1 01000101；0 01000001標志：標志：當串行傳輸在線不傳送數據時，他所處的狀態

5、稱為標志狀態。當串行傳輸在線不傳送數據時，他所處的狀態稱為標志狀態。用于告知對方目前是處于用于告知對方目前是處于待機閑置待機閑置的狀態下。的狀態下。此信號一直保持在此信號一直保持在高電平高電平。起始位：起始位： 在真正傳送數據位前，會先發送一個在真正傳送數據位前，會先發送一個低電平低電平的位，用來告的位，用來告知接收端馬上就要發送數據。知接收端馬上就要發送數據。 標志信號一直保持在高電平，一旦發送起始位低電平后，標志信號一直保持在高電平，一旦發送起始位低電平后，在這狀態變化的瞬間，接受端與發送端便獲得了同步。在這狀態變化的瞬間，接受端與發送端便獲得了同步。數據位：數據位：起始位發送后，便開始逐

6、位發送數據。起始位發送后，便開始逐位發送數據。數據長度：數據長度：58位。位。英文文本文件：英文文本文件：7位。位。8位可以傳送任何數據文件。位可以傳送任何數據文件。奇偶校驗：奇偶校驗：用來檢查數據傳送過程中是否發生錯誤用來檢查數據傳送過程中是否發生錯誤 奇校驗：奇校驗：所有傳送的數位（含字符的各數位和校驗位）中，所有傳送的數位（含字符的各數位和校驗位）中，“1”的個數為奇數，奇偶校驗位值為的個數為奇數，奇偶校驗位值為1。如：。如：1 01100101（5位位“1”）；）；0 01100001（3位位“1”） 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系6 6頁頁 （2）同步串行通信）

7、同步串行通信 同步傳輸時，一個信息幀中包含多個字符，每個信息幀用同步字同步傳輸時，一個信息幀中包含多個字符，每個信息幀用同步字符作為開始符作為開始 停止位：停止位：數據傳送的最后一位是停止位。數據傳送的最后一位是停止位。停止位可以是：停止位可以是：1個、個、1.5個、個、2個。個。起始位和停止位主要是為了收發兩端獲得同步。即接收方檢測起始位和停止位主要是為了收發兩端獲得同步。即接收方檢測到停止位或標志空閑位與起始位間的下降沿作為接收到停止位或標志空閑位與起始位間的下降沿作為接收 的起點。的起點。同步字符同步字符數據數據數據數據數據數據校驗校驗同步字符同步字符數據格式：每個數據塊前加數據格式：每

8、個數據塊前加12個同步字符（同步頭）進行幀同步，個同步字符（同步頭）進行幀同步，一般采用一般采用CRC循環冗余校驗碼循環冗余校驗碼 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系7 7頁頁 雙方使用同一時鐘（雙方使用同一時鐘（主控方提供主控方提供時鐘，被控方接收時鐘時鐘，被控方接收時鐘）外同步：外同步：時鐘信號另外安排一根傳輸線時鐘信號另外安排一根傳輸線自同步：自同步：發送時將時鐘信號與數據混合編碼，接收時譯碼出時發送時將時鐘信號與數據混合編碼，接收時譯碼出時鐘鐘 同步通信的數據傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復雜同步通信的數據傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復雜串行同步通信

9、主要應用在網絡當中，最常使用的同步通信協議有串行同步通信主要應用在網絡當中，最常使用的同步通信協議有高級數據鏈路控制協議（高級數據鏈路控制協議（HDLC）3單工與雙工串行通信單工與雙工串行通信 按照信息在設備間的傳輸方向，串行通信還可分為單工與雙工通按照信息在設備間的傳輸方向，串行通信還可分為單工與雙工通信，雙工通信又分為半雙工和全雙工兩種方式，分別如圖中的信，雙工通信又分為半雙工和全雙工兩種方式，分別如圖中的(a)、(b)、（、（c）所示）所示 (a)單工通信方式；單工通信方式；(b)半雙工通信方式；半雙工通信方式；(c)全雙工通信方式全雙工通信方式 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工

10、程與自動化系8 8頁頁 雙工通信方式雙工通信方式的信息可以沿兩個方向傳送，每一個站既可發送的信息可以沿兩個方向傳送，每一個站既可發送數據，也可接收數據數據，也可接收數據 ?？蛇M一步分為：?？蛇M一步分為： 半雙工方式：半雙工方式：用同一組線接收和發送數據，通信的雙方在同一用同一組線接收和發送數據，通信的雙方在同一時刻只能發送數據或只能接收數據時刻只能發送數據或只能接收數據 。 全雙工方式：全雙工方式：數據的發送和接收分別由兩根或兩組不同的數據數據的發送和接收分別由兩根或兩組不同的數據線傳送，通信的雙方都能在同一時刻接收和發送信息線傳送，通信的雙方都能在同一時刻接收和發送信息 單工方式：單工方式：

11、單工方式采用一根數據傳輸線，只允許數據按照固單工方式采用一根數據傳輸線，只允許數據按照固定的方向傳送。圖（定的方向傳送。圖（a）中數據只能從發送器傳送到接收器，）中數據只能從發送器傳送到接收器，不能從接收器傳送到發送器。不能從接收器傳送到發送器。4串行傳輸速率串行傳輸速率 在串行通信中，用在串行通信中，用“波特率波特率”來描述數據的傳輸速率。波特率即來描述數據的傳輸速率。波特率即每秒傳送的二進制位數，其符號為每秒傳送的二進制位數，其符號為bps (bits per second)。常用的標。常用的標準傳輸速率為準傳輸速率為30038400bps等。等。 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工

12、程與自動化系9 9頁頁 u不同的串行通信網絡的傳輸速率差別極大，有的只有數百不同的串行通信網絡的傳輸速率差別極大，有的只有數百bps，高速串行通信網絡的傳輸速率可達高速串行通信網絡的傳輸速率可達1000M(1G)bps 通訊協議：例：通訊協議：例：9600,8,N,1表示：表示：波特率波特率9600bit/s數據位為數據位為8位位沒有奇偶校驗沒有奇偶校驗1位停止位位停止位起始位一直存在。起始位一直存在。傳送速度：傳送速度：9600/10=960byte/s在串行通信過程中存在不同程度的噪聲干擾，這些干擾有時會導在串行通信過程中存在不同程度的噪聲干擾，這些干擾有時會導致在傳輸過程中出現差錯。因此

13、在串行通信中對數據進行校驗是致在傳輸過程中出現差錯。因此在串行通信中對數據進行校驗是非常重要的，也是衡量通信系統質量的重要指標。檢錯，就是如非常重要的，也是衡量通信系統質量的重要指標。檢錯，就是如何發現數據傳輸過程中出現的錯誤，而糾錯就是在發現錯誤后，何發現數據傳輸過程中出現的錯誤，而糾錯就是在發現錯誤后，如何采取措施糾正錯誤。如何采取措施糾正錯誤。誤碼率誤碼率5、串行通信的檢錯和糾錯串行通信的檢錯和糾錯 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1010頁頁 誤碼率是指數據經傳輸后誤碼率是指數據經傳輸后發生錯誤的位數與總傳輸位數之比發生錯誤的位數與總傳輸位數之比。在計。在計算機通信

14、中，一般要求誤碼率達到算機通信中，一般要求誤碼率達到10-6數量級。誤碼率與通信過程數量級。誤碼率與通信過程中的線路質量、干擾、波特率等因素有關。中的線路質量、干擾、波特率等因素有關。奇偶校驗奇偶校驗 奇偶校驗是常用的一種檢錯方式。奇偶校驗就是在發送數據位最奇偶校驗是常用的一種檢錯方式。奇偶校驗就是在發送數據位最后一位添加一位后一位添加一位奇偶校驗位（奇偶校驗位（0或或1），以保證數據位和奇偶校驗位，以保證數據位和奇偶校驗位中中1的總和為奇數或偶數。若采用偶校驗，則應保證的總和為奇數或偶數。若采用偶校驗，則應保證1的總數為偶數；的總數為偶數；若采用奇校驗，則應保證若采用奇校驗，則應保證1的總和

15、為奇數。在接受數據時，的總和為奇數。在接受數據時，CPU應應檢測數據位和奇偶校驗位中檢測數據位和奇偶校驗位中1的總數是否符合奇偶校驗規則，的總數是否符合奇偶校驗規則，如果如果出現誤碼，則應轉去執行相應的錯誤處理服務程序，進行后續糾錯出現誤碼，則應轉去執行相應的錯誤處理服務程序，進行后續糾錯。糾錯糾錯在基本通信規程中一般采用奇偶校驗或方陣碼檢錯，以重發方式進在基本通信規程中一般采用奇偶校驗或方陣碼檢錯，以重發方式進行糾錯。在高級通信中一般采用循環冗余碼（行糾錯。在高級通信中一般采用循環冗余碼（CRC）檢錯，以自動）檢錯，以自動糾錯方式來糾錯。一般說來，附加的冗余位越多，檢測、糾錯能力糾錯方式來糾

16、錯。一般說來，附加的冗余位越多，檢測、糾錯能力就越強，但通信效率也就越低。就越強，但通信效率也就越低。 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1111頁頁 二、串行通信接口標準二、串行通信接口標準 1. RS-232C接口標準接口標準(1) RS-232C的電氣特性的電氣特性 RS-232在在1962年發布，命名為年發布，命名為EIA-232-E，作為工業標準，以保，作為工業標準，以保證不同廠家產品之間的兼容，證不同廠家產品之間的兼容，建議標準建議標準以以“RS”作為前綴。作為前綴。 RS-232-C是美國電子工業協會是美國電子工業協會EIA（Electronic Industr

17、y Association）1969年公布的一種串行物理接口標準。年公布的一種串行物理接口標準。RS是英文是英文“推薦標準推薦標準”的縮寫，的縮寫，232為標識號，為標識號，C表示修改次數。表示修改次數。RS-232-C總線標準設有總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。在多條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。在多數情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就數情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現，如一條發送線、一條接收線及一條地線。可實現，如一條發送線、一條接收線及一條地線。 目前目前RS-232是是PC機與通信工業中應用最廣泛的一種

18、串行接口。機與通信工業中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。它的全名是采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。它的全名是“數據終端設備（數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（）和數據通訊設備（DCE）之間串行二進制）之間串行二進制數據交換接口技術標準數據交換接口技術標準”。 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1212頁頁 傳輸電平：傳輸電平： 典型的典型的RS-232信號在正負電平之間擺動。信號在正負電平之間擺動。 在發送數

19、據時，發送端驅動器輸出正電平在在發送數據時，發送端驅動器輸出正電平在+5+15V，負電，負電平在平在-5-15V電平。當無數據傳輸時，線上為電平。當無數據傳輸時，線上為TTL電平，從開始電平，從開始傳送數據到結束，線上電平從傳送數據到結束，線上電平從TTL電平到電平到RS-232電平再返回電平再返回TTL電平。（比較：電平。（比較：與與TTL以高低電平表示邏輯狀態的規定不同以高低電平表示邏輯狀態的規定不同） 接收器典型的工作電平在接收器典型的工作電平在+3+12V與與-3-12V。 在在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系負邏輯關系。邏邏 輯輯“1”：

20、-5 -15V；邏輯邏輯“0” ：+5 +15V 。噪聲容限為。噪聲容限為2V。即。即 要求接收器能識別低至要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯的信號作為邏輯“0”，高到，高到-3V的信號的信號 作為邏輯作為邏輯“1” 。 傳輸距離：傳輸距離： 由于發送電平與接收電平的差僅為由于發送電平與接收電平的差僅為2V至至3V左右，所左右，所以其以其共模抑制共模抑制能力差，再加上雙絞線上的能力差，再加上雙絞線上的分布電容分布電容，其傳送距離，其傳送距離最大為約最大為約15米，最高速率為米，最高速率為20kb/s。 RS-232-C標準規定，驅動標準規定，驅動器允許有器允許有2500pF的電容負載，通

21、信距離將受此電容限制，例如，的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為的通信電纜時，最大通信距離為15m；若每米電纜；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1313頁頁 (2) RS-232C的標準接口的標準接口 如圖所示為如圖所示為RS-232C的標準接口，共有的標準接口，共有25條線，其中條線，其中4條數據條數據線、線、11條控制線、條控制線、3條定時線、條定時線、7條備用和未定義線，其管腳定條備用和未定義線

22、，其管腳定義如下表所示義如下表所示 傳輸速率：傳輸速率：RS-232-C標準規定的數據傳輸速率為每秒標準規定的數據傳輸速率為每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200比特比特RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于題，因此一般用于20m以內的通信。以內的通信。 信號連接：信號連接：RS-232是為點對點（即只用一對收、發設備）通訊而是為點對點（即只用一對收、發設備）通訊而設計的，其驅動器負載為設計的，其驅動器負載為37k。所以。所以RS-232適合本

23、地設備之適合本地設備之間的通信。間的通信。 通常的應用系統中，它們的連接只需要使用三根線通常的應用系統中，它們的連接只需要使用三根線即可，即即可，即RXD,TXD和和GND，連接方式見圖。，連接方式見圖。 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1414頁頁 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1515頁頁 表表 25針針D型連接器的管腳定義表型連接器的管腳定義表RS-232C引腳名 稱說 明 1保護地設備外殼接地 2(3)發送數據發送方將數據傳給Modem3(2)接收數據Modem發送數據給發送方 4(7)請求發送在半雙工時控制發送方的開和關5(8)允許發送 Mo

24、dem允許發送6(6)數據終端準備好 Modem已經準備好7(5)信號地信號公共地8(1)載波信號檢測Modem正在接收另一端送來的數據9未定義 10未定義 11未定義12接收信號檢測(2)在第二信道檢測到信號13允許發送(2) 第二信道允許發送 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1616頁頁 續表續表14發送數據(2) 第二信道發送數據 15發送方定時為Modem提供發送方的定時信號16接收數據(2) 第二信道接收數據17接收方定時為接口和終端提供定時18未定義 19請求發送(2) 連接第二信道的發送方20(4)數據終端準備好 數據終端已做好準備2l未定義22(9)振鈴指示

25、表明另一端有進行傳輸連接的請求23數據率選擇 選擇兩個同步數據率 24發送方定時為接口和終端提供定時25未定義 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1717頁頁 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1818頁頁 （3）FX系列系列PLC RS-232C模塊模塊 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系1919頁頁 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系2020頁頁 2RS-422A接口標準接口標準RS-422A采用平衡驅動、差分接收電路，取消了信號地線采用平衡驅動、差分接收電路，取消了信號地線 （1）、）、平衡傳輸平衡傳輸 RS-422

26、、RS-485與與RS-232不一樣，數據信號采用差分傳輸方不一樣，數據信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為另一線定義為B，如圖如圖。 發送電平：發送電平：發送驅動器發送驅動器A、B之間的之間的正電平在正電平在+2+6V，是一個，是一個邏輯狀態，邏輯狀態，負電平在負電平在-2-6V，是另一個邏輯狀態。另有一個信號，是另一個邏輯狀態。另有一個信號地地C，在，在RS-485中還有一中還有一“使能使能”端，而在端，而在RS-422中這是可用可中這是可用可不用的。不用的?！笆鼓苁鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l

27、送驅動器與傳輸線的切斷與連接。端是用于控制發送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當當“使能使能”端起作用時，發送驅動器處于高阻狀態，即端起作用時，發送驅動器處于高阻狀態，即“第三態第三態” 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系2121頁頁 即有別于邏輯即有別于邏輯“1”與與“0” 。 接收電平：接收電平：接收器也作與發送端相接收器也作與發送端相對的規定，收、發端通過平衡雙絞對的規定，收、發端通過平衡雙絞線將線將AA與與BB對應相連，當在對應相連，當在收端收端AB之間有大于之間有大于+200mV的電平時，的電平時，輸出正邏輯電平輸出正邏輯電平，小于小于-200mV時，時，輸出負邏輯電平

28、。輸出負邏輯電平。接收器接收平衡接收器接收平衡線上的線上的電平范圍通常在電平范圍通常在200mV至至6V之間，之間，見圖。見圖。（2）RS-422電氣規定電氣規定 RS422接口標準全稱是接口標準全稱是“平衡電平衡電壓數字接口電路的電氣特性壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。它定義了接口電路的特性。 如圖所示，發送與接收信道分開，如圖所示，發送與接收信道分開，是一種全雙工的串行通信方式。是一種全雙工的串行通信方式。 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系2222頁頁 RS422接口四線接口由于采用單獨的發送和接收通道，因此不必接口四線接口由于采用單獨的發送和接收通

29、道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）。實際上還握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）。實際上還有一根信號地線，共有一根信號地線，共5根線。根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點個節點。即一個主設備（。即一個主設備（Master），其余為從設備（），其余為從設備（Sal

30、ve），從設備之間），從設備之間不能通信，所以不能通信，所以RS422接口支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻接口支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為抗為4k，故發端最大負載能力是，故發端最大負載能力是104k+100（終接電阻）。（終接電阻）。RS422接口的最大傳輸距離為接口的最大傳輸距離為4000英尺（約英尺（約1219米），最大傳輸米），最大傳輸速率為速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一

31、般下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為大傳輸速率僅為1Mb/s。RS422接口需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性接口需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離一般在阻抗。在矩距離一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系2323頁頁 輸電纜的最遠端。輸電纜的最遠端。（3）FX2N系列系列PLC RS-422 模塊模塊 編程口采用的就是編程口采用的就是RS-422標準標準 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工

32、程與自動化系2424頁頁 傳輸速率為傳輸速率為100kbps時，最大通信距離為時，最大通信距離為1200m，一臺驅動器，一臺驅動器可以連接可以連接10臺接收器臺接收器 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系2525頁頁 3RS-485接口標準接口標準 RS-485與與RS-422A的區別僅在于的區別僅在于RS-485的工作方式是半雙工，的工作方式是半雙工，RS-422A為全雙工，兩對平衡差分信號線分別用于發送和接收。為全雙工，兩對平衡差分信號線分別用于發送和接收。RS-485為半雙工，只有一對平衡差分信號線，不能同時發送和接為半雙工，只有一對平衡差分信號線，不能同時發送和接收收

33、RS-422接口是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸規范，接口是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸規范，被命名為被命名為TIA/EIA-422-A標準。為擴展應用范圍，標準。為擴展應用范圍，EIA又于又于1983年在年在RS422接口基礎上制定了接口基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發送器連接到同一條總線上，同時增加了發送器的驅，即允許多個發送器連接到同一條總線上，同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。由于標準。

34、由于EIA提出的建議標準都是以提出的建議標準都是以“RS”作為前綴，所以作為前綴，所以在通訊工業領域，仍然習慣將上述標準以在通訊工業領域，仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱謂。作前綴稱謂。 RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少采用，現在多采用的是兩線制接線方式，這種接線信方式，現很少采用，現在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結構在同一總線上最多可以掛接方式為總線式拓樸結構在同一總線上最多可以掛接32個結點。個結點。（1）RS-485與與RS-422的區別的區別 華僑大學電氣工程與自動化系華僑

35、大學電氣工程與自動化系2626頁頁 RS-485與與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是是-7V至至+12V之間，而之間，而RS-422在在-7V至至+7V之間。之間。二線制二線制可實現真正的多可實現真正的多點雙向通信：點雙向通信：采用采用四線四線連接時，與連接時，與RS-422一一樣只能實現點對多的通信，即只樣只能實現點對多的通信，即只能有一個主（能有一個主（Master）設備，其）設備，其余為從設備：余為從設備： 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系2727頁頁 （2）FX2N系列系列PLC RS-485模塊模塊

36、 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系2828頁頁 為實現不同廠家智能設備之間的通信，需要建立一些通用的為實現不同廠家智能設備之間的通信，需要建立一些通用的計算機網絡通信標準。不同的應用層面，有不同的標準，從計算機網絡通信標準。不同的應用層面，有不同的標準，從PLC應用角度，主要是與現場總線、以太網相關的一些標準。應用角度，主要是與現場總線、以太網相關的一些標準。一、開放系統互連模型一、開放系統互連模型 OSI Open Source Initiative（簡稱（簡稱OSI，有譯作，有譯作開放源代碼促開放源代碼促進會進會、開放原始碼組織）是一個旨在推動開源軟件發展的非盈利、開放

37、原始碼組織）是一個旨在推動開源軟件發展的非盈利組織。組織。OSI參考模型（參考模型（OSI/RM）的全稱是開放系統互連參考模型）的全稱是開放系統互連參考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM），它是由國際標準化組織），它是由國際標準化組織ISO提出的一個網絡系統互連提出的一個網絡系統互連模型。它是網絡技術的基礎，也是分析、評判各種網絡技術的依模型。它是網絡技術的基礎，也是分析、評判各種網絡技術的依據。據。 為了促進為了促進計算機網絡計算機網絡的發展，國際標準化組織的發展，國際標準化組織ISO于于1977年成立年成立了一個委員會

38、，在現有網絡的基礎上，提出了不基于具體機型、操了一個委員會，在現有網絡的基礎上，提出了不基于具體機型、操作系統或公司的網絡體系結構，稱為作系統或公司的網絡體系結構，稱為開放系統互聯開放系統互聯模型（模型（OSI參考參考，open system interconnection）：）： 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系2929頁頁 開放系統互連模型（開放系統互連模型（7層結構）：層結構）： 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系3030頁頁 模型把網絡通信的工作分為模型把網絡通信的工作分為7層。層。1至至4層被認為是低層，這些層層被認為是低層，這些層與數據移動密切

39、相關。與數據移動密切相關。5至至7層是高層，包含應用程序級的數據。層是高層，包含應用程序級的數據。每一層負責一項具體的工作，然后把數據傳送到下一層。由低到每一層負責一項具體的工作，然后把數據傳送到下一層。由低到高具體分為：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、高具體分為：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。表示層和應用層。第第7層應用層層應用層直接對應用程序提供服務，應用程序可以變化，直接對應用程序提供服務，應用程序可以變化，但要包括電子消息傳輸但要包括電子消息傳輸第第6層表示層層表示層格式化數據，以便為應用程序提供通用接口。這可格式化數據，以便為應用程序提供通用

40、接口。這可以包括加以包括加密服務密服務第第5層會話層層會話層在兩個節點之間建立端連接。此服務包括建立連接在兩個節點之間建立端連接。此服務包括建立連接是以全雙工還是以半雙工的方式進行設置，盡管可以在層是以全雙工還是以半雙工的方式進行設置，盡管可以在層4中處理中處理雙工方式雙工方式第第4層傳輸層層傳輸層常規數據遞送面向連接或無連接。包括全雙工或常規數據遞送面向連接或無連接。包括全雙工或半雙工、流控制和錯誤恢復服務半雙工、流控制和錯誤恢復服務 第第3層網絡層層網絡層本層通過尋址來建立兩個節點之間的連接，它包括本層通過尋址來建立兩個節點之間的連接，它包括通過互連網絡來路由和中繼數據通過互連網絡來路由和

41、中繼數據 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系3131頁頁 第第2層數據鏈路層層數據鏈路層在此層將數據分幀，并處理流控制。本層指定在此層將數據分幀，并處理流控制。本層指定拓撲結構并提供硬件尋址拓撲結構并提供硬件尋址第第1層物理層層物理層原始比特流的傳輸原始比特流的傳輸 電子信號傳輸和硬件接口數據電子信號傳輸和硬件接口數據發送時，從第七層傳到第一層，接發送時，從第七層傳到第一層，接受方則相反。受方則相反。各層對應的典型設備如下：各層對應的典型設備如下：應用層應用層 .計算機：應用程序，如計算機：應用程序，如FTP，SMTP，HTTP表示層表示層 .計算機：編碼方式，圖像編解碼、計

42、算機：編碼方式，圖像編解碼、URL字字 段傳輸編碼段傳輸編碼會話層會話層 .計算機：建立會話，計算機：建立會話，SESSION認證、斷點認證、斷點續傳續傳傳輸層傳輸層 .計算機：進程和端口計算機：進程和端口網絡層網絡層網絡：路由器，防火墻、多層交換機網絡：路由器，防火墻、多層交換機數據鏈路層數據鏈路層 .網絡：網卡，網橋，交換機網絡：網卡，網橋，交換機物理層物理層網絡：中繼器，集線器、網線、網絡：中繼器，集線器、網線、HUB 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系3232頁頁 美國電氣電子工程師協會美國電氣電子工程師協會IEEE 802委員會首先制定了委員會首先制定了局域網的局域

43、網的體系結構體系結構，即著名的，即著名的IEEE 802參考模型，許多參考模型，許多802標準現已成為標準現已成為ISO國際標準。國際標準。IEEE 802委員會從委員會從1980年開始研究局域網的標準，年開始研究局域網的標準，1985年公布年公布IEEE 802標準的五項標準文本，同年標準的五項標準文本，同年ANSI采用作為美采用作為美國國家標準，國國家標準，ISO也將其作為局域網的國際標準，對應標準為也將其作為局域網的國際標準，對應標準為ISO 8802。后來又擴充了多項標準文本。后來又擴充了多項標準文本。二、二、IEEE 802參考模型參考模型 802協議標準定義的是協議標準定義的是計算

44、機局域網計算機局域網，不存在路由問題不存在路由問題，而且只，而且只有有ISO/RM的最低的的最低的物理層和數據鏈路層物理層和數據鏈路層這兩個層次。在數據鏈這兩個層次。在數據鏈路層又分為路層又分為介質訪問控制介質訪問控制MAC和邏輯鏈路控制（和邏輯鏈路控制（LLC）兩個子層。兩個子層。 802.1 ：高層局域網協議：高層局域網協議Higher Layer LAN Protocols 802.2 ：邏輯鏈路控制：邏輯鏈路控制Logical Link Control 802.3 ：以太網：以太網Ethernet （CSMA/CD）簡單說一下簡單說一下802系列如下：系列如下： 華僑大學電氣工程與自動

45、化系華僑大學電氣工程與自動化系3333頁頁 802.4 ：令牌總線：令牌總線Token Bus 802.5 ：令牌環：令牌環Token Ring 802.6 ：城域網：城域網 802.7 ：寬帶技術：寬帶技術 802.8 ：光纖技術：光纖技術 802.9 ：語音與數據綜合局域網：語音與數據綜合局域網 802.11：無線局域網：無線局域網Wireless LAN 802.12 ：100VG AnyLAN 802.15：無線個域網：無線個域網 Wireless Personal Area Network （藍牙）（藍牙） 802.16：寬帶無線接入：寬帶無線接入 Broadband Wireles

46、s Access （WiMAX） 802.17：彈性分組環：彈性分組環 Resilient Packet Ring 802.18：無線管制：無線管制 Radio Regulatory TAG 802.19：共存：共存 Coexistence TAG 802.20：移動寬帶無線接入：移動寬帶無線接入 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系3434頁頁 802.21：媒質無關切換：媒質無關切換 Media Independent Handoff IEEE 802 標準實際上是標準實際上是IEEE 對于對于

47、局域網技術局域網技術制定的一系列標準制定的一系列標準的集合，它主要包括的集合，它主要包括IEEE 802.3、IEEE 802.4、IEEE 802.5三個局三個局域網標準域網標準，這些標準分別描述了，這些標準分別描述了CSMA/CD、令牌總線和令牌環、令牌總線和令牌環網網絡類型。絡類型。1IEEE 802.3相關技術規范相關技術規范 IEEE 802.3 標準是針對標準是針對CSMA/CD 訪問方法和物理規范。采用此訪問方法和物理規范。采用此技術的典型網絡是以太網（技術的典型網絡是以太網（Ethernet）。它是美國施樂公司）。它是美國施樂公司（Xerox）于）于20 世紀世紀70 年代開發

48、的。這種網絡最初采用總線型拓年代開發的。這種網絡最初采用總線型拓撲結構進行實現，現在以太網也采用星型拓撲結構，使數據傳輸速撲結構進行實現，現在以太網也采用星型拓撲結構，使數據傳輸速率最高可達到率最高可達到1000Mbps。IEEE 802.3 類型網絡采用的介質訪問控制方法即類型網絡采用的介質訪問控制方法即CSMA/CD（Carries Sense Multiple Access/Collision Detect），其中文），其中文解釋為：解釋為：帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（方法）帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（方法）。主要用來控。主要用來控制設備對共享傳輸介質的訪問策略。制設備對共享傳輸

49、介質的訪問策略。（一）一） IEEE 802.3類型的網絡類型的網絡 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系3535頁頁 IEEE 802.3的特點如下：的特點如下：優點：優點：使用最為廣泛；算法簡單；站點可以在網絡運行中安裝；使使用最為廣泛；算法簡單；站點可以在網絡運行中安裝；使用無源電纜；輕負載時，延遲為用無源電纜；輕負載時，延遲為0。缺點：缺點：使用模擬設備，每個站點在發送的同時要檢測沖突；最短幀使用模擬設備，每個站點在發送的同時要檢測沖突；最短幀長長64 字節，對于短數據來講開銷太大；無優先級，何時發送是非字節，對于短數據來講開銷太大；無優先級，何時發送是非確定性的，不適

50、合于實時工作；電纜最長確定性的，不適合于實時工作；電纜最長2500 米（使用中繼器）；米（使用中繼器）；重負載時，沖突嚴重。重負載時，沖突嚴重。2.CSMA/CD介質訪問控制方法介質訪問控制方法 以太網一般采用總線型拓撲結構。雖然在組建以太網的過程中以太網一般采用總線型拓撲結構。雖然在組建以太網的過程中其物理拓撲結構使用星型拓撲，但是其邏輯上任然是總線型結構其物理拓撲結構使用星型拓撲，但是其邏輯上任然是總線型結構（如圖所示）。（如圖所示）。 在以太網中，由于它是共享總線介質的訪問控制方法，因而任在以太網中，由于它是共享總線介質的訪問控制方法，因而任何節點都沒有可預約的發送時間，他們的數據發送是

51、隨機的。所何節點都沒有可預約的發送時間，他們的數據發送是隨機的。所有節點都是平等的爭用發送時間。所以有節點都是平等的爭用發送時間。所以CSMA/CD技術是一種隨機技術是一種隨機爭用的方法。爭用的方法。 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系3636頁頁 a 物理與邏輯統一的總線結構物理與邏輯統一的總線結構 b物理星型結構與邏輯總線結構物理星型結構與邏輯總線結構 圖以太網中物理結構和邏輯結構的理解圖以太網中物理結構和邏輯結構的理解 CSMA/CD 的工作原理的工作原理可概述為可概述為“先聽后發，邊聽邊發，沖突停先聽后發，邊聽邊發，沖突停發，隨機重發發，隨機重發” 。它不僅體現在以太

52、網中數據的發送過程中，同時。它不僅體現在以太網中數據的發送過程中，同時也體現在數據的接收過程中。也體現在數據的接收過程中。 以數據的發送過程為例：首先需要將發送的數據組織到一起，然以數據的發送過程為例：首先需要將發送的數據組織到一起，然后偵聽總線的工作狀態，如果總線上已經有數據信號傳輸，那么它后偵聽總線的工作狀態，如果總線上已經有數據信號傳輸，那么它必須等待，直到總線空閑下來，節點便再次啟動發送過程。當然，必須等待，直到總線空閑下來，節點便再次啟動發送過程。當然，在以太網中會存在兩個甚至多個節點在同一時刻發送數據的可能在以太網中會存在兩個甚至多個節點在同一時刻發送數據的可能性，一旦發生這種情況

53、，沖突就會產生。所以，性，一旦發生這種情況，沖突就會產生。所以，CSMA/CD 在發送在發送 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系3737頁頁 的過程中，一直需要檢測信道的狀態，當沖突發生時，立即停止的過程中，一直需要檢測信道的狀態，當沖突發生時，立即停止發送，并且在隨機的下一個時間點，再次進行發送嘗試。發送，并且在隨機的下一個時間點，再次進行發送嘗試。（二）（二）IEEE 802.4 類型的網絡類型的網絡 IEEE 802.4標準定義了令牌總線（標準定義了令牌總線（Token Bus）介質訪問控制）介質訪問控制方法與相應的物理規范。方法與相應的物理規范。 令牌總線網絡采用了在

54、一個廣播總線網上傳遞令牌，并以此來控令牌總線網絡采用了在一個廣播總線網上傳遞令牌，并以此來控制節點訪問公共傳輸介質的方法。制節點訪問公共傳輸介質的方法。 令牌從一個站點傳到網絡上的下一個站點，并且令牌從一個站點傳到網絡上的下一個站點，并且只有擁有令牌的只有擁有令牌的站才能發送數據。站才能發送數據。令牌是以令牌是以基于節點地址基于節點地址的邏輯順序傳遞的，這個的邏輯順序傳遞的，這個順序可能與節點的物理地址相關，類似令牌環網的規則。順序可能與節點的物理地址相關，類似令牌環網的規則。 這種方式和這種方式和CSMA/CD方式一樣，采用總線網絡拓撲，但不同的方式一樣，采用總線網絡拓撲，但不同的是是網上各

55、工作站按一定順序形成一個邏輯環。網上各工作站按一定順序形成一個邏輯環。每個工作站在環中均每個工作站在環中均有一個指定邏輯位置，末站的后站就是首站（即有一個指定邏輯位置，末站的后站就是首站（即首尾相連首尾相連），每站），每站都了解其先行站和后繼站的地址都了解其先行站和后繼站的地址, 總線上各站的物理位置與邏輯位總線上各站的物理位置與邏輯位置無關，如下圖所示：置無關，如下圖所示： 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系3838頁頁 圖圖 令牌總線網的邏輯運行圖令牌總線網的邏輯運行圖1.環初始化環初始化，即生成一個順序訪問的次序。網絡開始啟動時，或，即生成一個順序訪問的次序。網絡開始啟

56、動時，或由于某種原因，在運行中所有站點不活動的時間超過規定的時間，由于某種原因，在運行中所有站點不活動的時間超過規定的時間，都需要進行邏輯環的初始化。初始化的過程是一個爭用的過程，都需要進行邏輯環的初始化。初始化的過程是一個爭用的過程，爭用結果只有一個站能取得令牌，其它的站點用爭用結果只有一個站能取得令牌，其它的站點用“站插入算法站插入算法”插入。插入。令牌總線網的主要操作過程如下：令牌總線網的主要操作過程如下：2.令牌傳遞算法。令牌傳遞算法。邏輯環按遞減的站地址次序組成，剛發完幀的站邏輯環按遞減的站地址次序組成，剛發完幀的站 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系3939頁頁

57、點將令牌傳遞給后繼站，后繼站應立即發送數據或令牌幀，原先點將令牌傳遞給后繼站，后繼站應立即發送數據或令牌幀，原先釋放令牌的站監聽到總線上的信號，便可確認后繼站已獲得令牌。釋放令牌的站監聽到總線上的信號，便可確認后繼站已獲得令牌。3.插隊入環算法。插隊入環算法。必須周期性地給未加入環的站點以機會，將它必須周期性地給未加入環的站點以機會，將它們插入到邏輯環的適當位置中。如果同時有幾個站要插入時，可們插入到邏輯環的適當位置中。如果同時有幾個站要插入時，可采用帶有響應窗口的爭用處理算法。采用帶有響應窗口的爭用處理算法。4.退出環算法。退出環算法?？梢酝ㄟ^將其前趨站和后繼站連到一起的辦法，可以通過將其前

58、趨站和后繼站連到一起的辦法，使不活動的站退出邏輯環，并修正邏輯環遞減的站地址次序。使不活動的站退出邏輯環，并修正邏輯環遞減的站地址次序。5.故障處理。故障處理。網絡可能出現錯誤，這包括令牌丟失引起斷環，重網絡可能出現錯誤，這包括令牌丟失引起斷環，重復地址、產生多個令牌等。網絡需對這些故障做出相應的處理。復地址、產生多個令牌等。網絡需對這些故障做出相應的處理。優點：發送具有確定性，支持優先級，可處理短幀；使用寬帶電優點：發送具有確定性，支持優先級，可處理短幀；使用寬帶電纜，支持多信道；重負載時，吞吐量和效率較高。纜，支持多信道；重負載時，吞吐量和效率較高。缺點缺點:使用大量的模擬裝置；協議復雜；

59、輕負載時，延遲大；很難使用大量的模擬裝置；協議復雜；輕負載時，延遲大；很難用光纖實現。用光纖實現。IEEE 802.4的特點如下：的特點如下：（三）三）IEEE 802.5 類型的網絡類型的網絡 華僑大學電氣工程與自動化系華僑大學電氣工程與自動化系4040頁頁 1.IEEE 802.5相關技術規范相關技術規范 IEEE 802.5 標準通常指標準通常指令牌環網令牌環網。它規定了物理層和數據鏈路。它規定了物理層和數據鏈路層的層的MAC 子層的信息傳遞過程。子層的信息傳遞過程。IEEE 802.5 采用傳遞令牌的方采用傳遞令牌的方法在法在STP或或UTP 電纜以及光纖上以較高速率進行存取，其在功能

60、電纜以及光纖上以較高速率進行存取，其在功能和運行上與和運行上與IBM 令牌環網相同。令牌環網相同。 令牌環網令牌環網基本工作原理基本工作原理如下：如下： 網上傳輸一個稱為令牌的傳輸比特模型。當網上所有站點都處網上傳輸一個稱為令牌的傳輸比特模型。當網上所有站點都處于空閑時，令牌就沿環繞行。當某一個站點要求發送數據時，必于空閑時，令牌就沿環繞行。當某一個站點要求發送數據時，必須等待，直到須等待，直到捕獲捕獲到經過該站的令牌為止。這時，該站點可以改到經過該站的令牌為止。這時，該站點可以改變令牌中一個特殊字段，把令牌標記成已被使用，并把令牌作為變令牌中一個特殊字段，把令牌標記成已被使用，并把令牌作為數