现场总线技术及其应用 教学课件 作者 郭琼 第2章.ppt

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1、第2章现场总线通信基础一、总线的概念1.总线与总线段2.总线主设备与总线从设备3.总线的控制信号4.总线协议5.总线操作的基本内容二、通信系统的组成1.信源（信息源，也称发终端）把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。2.发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。3.信道：信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。4.接收设备：任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。5.信宿：将复原的原始电信号转换

2、成相应的消息。三、数据通信基础1．信息、数据和信号(1)信息（Information）是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。(2)数据（Data）一般可以理解为“信息的数字化形式”或“数字化的信息形式”。狭义的“数据”通常是指具有一定数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量数据及计算机中区别于程序的计算数据等。但在计算机网络系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码(3)信号（Signal）简单地讲就是携带信息的传输介质。在通信系统中我们常常使用的电信号

3、、电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等术语就是指携带某种信息的具有不同形式或特性的传输介质。2．数据通信系统的模型图1数据通信系统的模型图1所示为为单向通信系统，从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：（1）单向通信。又称单工通信，即只能有一个方向的通信，而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。（2）双向交替通信。又称半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（或同时接收），这种通信方式往往是一方发送另一方接收。（3）双向同时通信。又称全双工通信

4、，即通信双方可以同时发送和接收信息。图2通信系统实例1)接口规范2)同步3)传输系统利用率4)差错检测和校验5)灾难恢复6)寻址和路由7)网络安全8)网络管理图2是通信系统的一个实例，工作站通过公共电话网PSTN与一个服务器进行通信。在此模型中，数据通信系统要完成的一系列关键任务为：数据通信系统的主要质量指标模拟通信系统的质量指标:（1）有效性（2）可靠性数字通信系统的质量指标:（1）传输速率（2）差错率数字通信系统的任务是传输数字信息，数字信息可能来自数据终端设备的原始数据信号，也可能来自模拟信号经数字化处理后的脉冲

5、编码信号。传输数字信息的方法是按传输波形来分类的。1)基带方式2)4B/5B编码3.数字数据的数字信号编码对于码型的选择，通常要考虑以下的因素：对于传输频带低端受限的信道，线路传输码型的频谱中不应含有直流分量；信号的抗噪声干扰能力强，产生误码时，在译码中产生的误码扩散或误码增值小；便于从信号中提取位同步定时信息；尽量减少基带信号频谱中高频分量，以节省传输频带，并减小串扰；编译码的设备应尽量简单。基带方式克服不归零制编码缺点的一种编码方案是曼彻斯特（Manchester）编码（见图3（b）），它是一种自同步编码方式，包括

6、数据信息和时钟信息。另一种曼彻斯特编码的变种叫做差分曼彻斯特编码（见图3（c）），它的编码规则是：若码元为1，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。不论码元是１或０，在每个码元的正中间时刻，一定要有一次电平的转换。差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。图3常用数字信号编码在光纤分布式数据接口（FDDI，FiberDistributedDataInterface）中采用了独特的4B/5B编码。这种编码的特点是将

7、欲发送的数据流每４bit作为一个组，然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应5bit码。5bit码共有32种组合，但只采用其中的24种，16种对应4bit码的16种，8种用作控制码，以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态（静止、空闲、暂停）等。标准4B/5B编码对照表见表2-1，用于100MbpsFDD1PMD的4B/5B编码控制码表见表2-2。现用不归零编码画出4bit码和5bit码的对应波形，5bit码经差分编码后，转换成光信号，如图4所示。4B/5B编码图44B/5B编码方式同步就是接收端按发送端发送的每个码元的起

8、止时间及重复频率来接收数据，并且要校准自己的时钟以便与发送端的发送取得一致，实现同步接收。数据传输的同步方式一般分为位同步、字符同步，字符同步通常是识别每一个字符或一帧数据的开始和结束；位同步则识别每一位的开始和结束。在异步通信中，发送端可以在任意时刻发送字符，字符之间的间隔时间可以任意变化。该方法是将字符看作一个独立的传送单元，