《数据通信技术》PPT课件.ppt

第7章分散型测控网络技术,数据通信是工业测控网络和分散型测控系统的关键技术。,在信息时代，对计算机除了要求具备很好的数据计算和处理能力外，还要求具备良好的数据传输功能和数据存取，包括远程存取数据的能力。在过程控制应用中，常常会有几十个、几百个甚至更多的测量和控制对象。由单台工业控制计算机组成的系统，其功能毕竟是有限的；借助于通信技术，可将地理位置分散的多台计算机联结成网，构成了计算机分散测控系统。,7.1数据通信技术1、数字通信与数据通信数字通信：用数字信号作为载体来传输信息，或用数字信号对载波进行调制后再传输的通信方式。它可传输电报、数字数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语音和图像等模拟信号。数据通信：把数据的处理和传输合为一体，实现数字信息的接收、存储、处理和传输，并对信息流加以控制、校验和管理的一种通信方式。数据通信中传递的信息均以二进制数据形式来表现。2、两种通讯方式（1）并行通讯：数据的各位同时传送，一般是按字节方式传送。传送速度高，距离短，通常小于10米。,（2）串行通讯：数据一位一位顺序传送，数据位的状态在传输线上以传输线上的高、低电平来表示，且高低电平需占有一定的时间，因而在物理上表现为不同宽度的脉冲。传送的速率以波特率表示。特点：传送速度低，传送距离长，几十至几千米。,3、数据编码技术对于数字传输而言，最普遍、最简单的方法是用两个不同的电压表示数字位的两个状态（1,0）。为了提高传送的可靠性，便于对传送信号的判断，数字传输常通过不同的电平组合来实现，这些组合就是编码。,常见的编码方式：单极性码；双极性码；归零码（RZ）；不归零码（NRZ）；差分码。讲稿2P61反面上述几种基本的方式组合，可组成基带的基本传输方式。如平衡、归零、双极性；平衡、不归零、单极性；平衡、归零、单极性（曼彻斯特(Manchester)编码），非平衡、归零、双极性等。,下图为用4种不同的脉冲代码来传输数字信号10110011.不归零码NRZ，图7.1a，码元间没有间隔，很难判定一位的结束与另一位的开始，同步困难。2.归零码RZ，图7.1b，每一位中间有一个跳变，作为同步时钟及数据。又称自同步编码。3.归零码RZ曼彻斯特(Manchester)编码，图7.1c，同上，但只有两个电平状态。4.曼彻斯特(Manchester)编码的改进形式差动曼彻斯特(Manchester)编码,图7.1d，每位开始有无跳变来表示0或1，电压有变化表示0，无变化表示1。,与硬件接口有关？,何为基带传输？讲稿2P61反面,7.1.1异步传送与同步传送,1异步传送：依靠标志位进行通讯控制，一次只传送一个字符。一个字符由四部分组成：一位起始位，5-8位数据位，1位奇偶位，1-2位的停止位、。,规定线路在不传送数据时为“1”，即“传号”状态。起始位一定是“0”，停止位一定是“1”，数据位视传送的数据格式而定。ASC码：当采用一位停止位时，一个字符的长度1+7+1+1。如波特率为1200bps，则每秒钟传送120字符。,常见异步传送通信方式：RS-232，RS-422，RS-485等。,2同步传送：依靠时钟进行通讯控制，一次传送大量字节。数据和时钟的传送方式有两种：数据和时钟通过不同的信号线传送（a）图，数据和时钟编码通过一根信号线传送（b）图。,帧格式：单同步格式、双同步格式、IBM双同步格式：,常用的同步传输协议：SDLC（同步传输协议），HDLC。,7.1.2面向字符与面向位的传送,1面向字符的传送,异步传送是面向字符的，传送的是字符编码，一般低位在前。常见的波特率为300,600,1200,2400,4800,9600,19.2K。,工作原理（以16倍频为例）：由于接收端和发送端的频率不可能完全一样，接收器常使用传送速率某倍频的局部时钟来采样被传送字符（常用64倍频，16倍频）。以十六倍频为例：（1）检测起始位：当检测到“0”开始时，开始对16倍频位同步时钟计数，计到8时，已到达起始位中间，采样起始位，同时清除计数器。（2）采样数据位、奇偶校验位：如起始位有效，则计数器从零开始计数，当计数器到达16，已到达被采样位的中间，采样数据位，同时计数器清零，重新计数。该过程一直重复进行到最后采样停止位。（3）采样停止位：停止位一定是“1”，若停止位采样正确，则该字符接收完毕并装入缓冲器。该字符传送结束，过程便回到第一步准备接收新字符。,2面向位的传送面向位的传送协议使用位置上的定位控制字符，如同步数据链路协议(SDLC)和高级同步数据链路协议（HDLC）。,7.1.3平衡与不平衡传输技术,数据传输的线路通常有两种方式，即平衡方式和不平衡方式。不平衡方式：用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单线输入信号的，抗干扰能力差。平衡方式：用双绞线传输信号，信号在双绞线中自成回路不通过地线，接收器是用双端差动方式输入信号的，抗干扰能力强。在不平衡方式中，信号线上所感应到的干扰和地线上的干扰将迭加后影响到接收信号；在平衡方式中，双绞线上所感应的干扰相互抵消，地线上的干扰又不影响接收端。因此平衡传输方式在抗干扰方面有较良好的性能，并适合较远距离的数据传输。,1、RS-232C标准不平衡传输方式RS-232C的特性：单端，双极性电压供电；常用电源为15V或12V。RS-232电气规格：数据电平信号：MARK（逻辑1：传号）3V15VSPACE（逻辑0：空号）3V15V控制信号电平：ON3V15V（接通）OFF3V15V（断开）数据的传输速率局限于20Kbps；传输距离为15米；该标准没有规定连接器，产生25插针、9插针等设计方案。,不能直接与TTL电平连接，使用时必须加电平转换接口电路。常用的电平转换芯片为MC1488，MC1489。,终端/计算机通信互连方式,DTE：数据终端设备终端DCE：数据电路设备传输设备,2、平衡传输方式RS-422A标准,RS-422A总线规定使用双端发送器和接收器，每个信号使用二根导线，DTE和DCE之间无公共地线，进行单向平衡式传送，可以有效地克服干扰的影响。,RS-422A总线信号也采用负逻辑，逻辑“1”状态电平为-6V至-2V；逻辑”“0”状态电平为+2V至+6V，其中-2V至+2V用作信号状态的变迁区。,RS-422A的特性：采用平衡驱动和差分接收方式，取消地线；差分接收器可以区分0.20V以上的电位差，因此，可不受对地参考系统之地电位的波动和共模电路电磁干扰的影响。支持较高的数据传输速率，较远的传输距离（100kbps/1200m）；抗干扰能力强。制定连接器的技术规范；通过提供平衡电路改进接口电器特性；不能直接与TTL电平连接，使用时必须加电平转换接口电路。常用的电平转换芯片为MC3487，MC3486。,RS-422A接口电路,RS422A在几十米的传送距离上，其速率可达10M波特，若传输波特率在20K波特以下，其传送距离可达1500m。,注意：以上RS-232C和RS422A总线的总线标准是采用电压信号，DTE和DCE之间没有光电隔离，容易受外界干扰的影响。20mA电流环接口电路增加了光电隔离电路，提高了系统抗干扰的能力。,20mA电流环接口电路参见参考书4：MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术；何立民编著；北京航空航天大学出版社。,7.1.4RS422RS485接口及应用,1.两点通讯连接方式422：平衡输出的发送器，差分输入的接收器。逻辑“1”状态电平62V；逻辑“0”状态电平26V。全双工串行总线。485：422的变形，一对平衡差分电路，半双工串行总线。,2.组成互连系统RS485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。用RS485可以联网构成主从分布式系统RS422A和RS485的驱动接收电路没有多大区别，在许多情况下，RS422A可以和RS485互连。RS485标准允许最多并联32台