工业网络技术第4课ppt课件

.,1,东北大学秦皇岛分校,通用串行端口数据通信,.,2,通用串行端口数据通信,EIA-232-D接口标准EIA-485-D接口标准,.,3,EIA-232-D接口标准,美国电子工业协会EIA制订的物理接口标准.前身是RS-232-C物理接口标准。,.,4,机械特性,DB25连接器DB9连接器,.,5,电气特性ext,不平衡电气连接方式,地线,信号线,.,6,电气特性ext,噪声,地线,.,7,电气特性,EIA-232-D电气特性采用负逻辑。515V，表示逻辑“1”；515V，表示逻辑“0”。,.,8,接口特性,.,9,近距离通信,最简接线（3线制）标准接线（7线制）,.,10,最简接线,无硬件握手方式,.,11,近距离通信,最简接线（3线制）标准接线（7线制）,.,12,标准接线,全握手方式,甲,乙,.,13,通用串行端口数据通信,EIA-232-D接口标准EIA-485-D接口标准,.,14,EIA-485与EIA-232,EIA-232最大传输距离15m，最大传输速率19.2Kbps，最多2个节点。EIA-485最大传输距离1200m，最大传输速率10Mbps，最多32个节点。EIA-485更适合工业通讯。,.,15,EIA-485的电气特性,EIA-485-D电气特性采用正逻辑。26V，表示逻辑“1”；26V，表示逻辑“0”。,.,16,EIA-485的电气特性ext,平衡电气连接，能够抑制噪声。,串音,.,17,EIA-485的电气特性ext,发送端信号：DT=(D+)(D-)DT：发送端原始信号；D+、D-：差分后信号。如果无噪声干扰，接收端信号：DR(D+)(D-)=DT,.,18,EIA-485的电气特性ext,如果存在噪声干扰，传输线上信号电压分别成为(D)Noise和(D-)Noise；如果接收端接收此信号，并计算电压差：DR(D)+Noise-(D-)Noise(D+)-(D-)DT与发送端信号相同,.,19,EIA-485的端口连接,EIA-485的全双工连接EIA-485的半双工连接,.,20,EIA-485的全双工连接,.,21,EIA-485的半双工连接,.,22,EIA-485的网络连接,半双工通信时，采用总线形。EIA-485规定，每个网段最多连接32个负载。如果超过32个，需要添加中继器。,.,23,主从式介质访问控制方式,网段的一个节点被指定为主节点，其他节点为从节点。由主节点负责控制网段上所有的通信连接。从节点不能主动发起通信。为保证每个从节点都有机会传送数据，主节点需要对从节点依次逐一轮询。主节点不停地传送报文给从节点，并等待从节点的应答报文。,.,24,主从通讯示例,Controller,Drive1,Sensor,Drive3,Drive2,DataAcquisition,HMI,AnalogI/O,.,25,示例：DF1主从通讯配置,计算机和MicroLogix1000控制器处于同一EIA-485网络，通过配置实现PC机与MicroLogix1000的主从通讯。计算机作为主设备MicroLogix1000作为从设备,.,26,MicroLogix1000作为从节点的配置,1、建立已知类型(如DF1全双工)的通讯，并启动RSLogix500软件，在线MicroLogix1000控制器。,.,27,第二步,2、选择ChannelConfiguration（通道组态）,.,28,第三步,3、将程序下载到MicroLogix控制器中，此时与PC机的原有通讯丢失，等待建立新通讯。,.,29,计算机作为主设备的配置1,1、启动RSLinx软件，选择组态驱动.,.,30,计算机作为主设备的配置2,2、选择驱动类型为DF1PollingMasterDriver.,协议类型,.,31,计算机作为主设备的配置3,3、设置计算机的节点地址为1。,.,32,计算机作为主设备的配置4,4、定义轮询列表，将从节点地址加入。,从节点地址,.,33,计算机作为主设备的配置5,5、设置计算机串口，定义物理层。,.,34,计算机作为主设备的配置6,6、设置DF1主从协议规定部分，超时和差错检测模式。,.,35,通讯建立,.,36,习题,详述EIA-232和EIA-485在抗噪声干扰方面的不同点，并分析原因。详述主从通讯过程。,.,37,CAN-控制器局域网,背景与应用CAN与ISO7层模型物理层数据链路层,.,38,CAN-控制器局域网络,由欧洲Bosch所开发要求来自BMW与Mercedes应用于汽车内部的通讯减少配线的数量衔接各个分布式控制器,.,39,CAN-控制器局域网络ext,车尾灯,发动机控制,门,车前灯,ABS,仪表板,CAN,.,40,CAN-控制器局域网,背景与应用CAN与OSI7层模型物理层数据链路层,.,41,CAN与OSI/RM,逻辑链路控制子层,超载通知,接收过滤,介质访问控制子层,故障限定,错误检测,确认,报文帧,仲裁,物理层,位定时和同步,传输速率,信号电平,ISOOSI7层模型,CAN层次结构,表述层,应用层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,.,42,CAN-控制器局域网,背景与应用CAN与OSI7层模型物理层数据链路层,.,43,物理层,CAN组网CAN总线速率与距离的关系电气特性位编码位定时同步,.,44,CAN组网,.,45,物理层,CAN组网CAN总线速率与距离的关系电气特性位编码位定时同步,.,46,通信速率与距离,.,47,速率与距离的关系ext,CAN的直接通信距离最远可达10km（传输速率为5kbps）；最高通信速率可达1Mbps（传输距离为40m）。CAN的节点数最多为110个。,.,48,物理层,CAN总线的速率与距离的关系电气特性位定时位编码同步,.,49,电气特性,采用差分连接的方式。,.,50,电气特性,双绞线中一根为CAN-H,另一根为CAN-L.,地线,.,51,电气特性ext,逻辑“1”时，总线呈现“隐性”状态。VCAN-H和VCAN-L固定在平均电压2.5V，即Vdiff近似为0。逻辑“0”时，总线呈现“显性”状态。VCAN-H为3.5V,VCAN-L为1.5V，即Vdiff为2V。,.,52,物理层,电气特性CAN总线的速率与距离的关系位编码位定时同步,.,53,位编码,采用不归零码（NRZ）,.,54,位编码ext,NRZ技术的优势噪音信号少适用于逐位仲裁技术(Bit-WiseArbitration)NRZ技术的劣势不确定性同步(Non-determinantSynchronisation)采用位填充技术(Bit-Stuffing)解决,.,55,同步,.,56,位编码ext,位填充：在每五个连续的同电位(或逻辑)之后，嵌入一个位的反相电位(或逻辑)。实例:传输数据=011000000001,.,57,物理层,电气特性CAN总线的速率与距离的关系位编码位定时同步,.,58,位定时,理想的发送器在没有进行同步的情况下，每秒发送的位数定义为正常位速率。在一个给定的CAN系统里，位传输速率是唯一的，并且是固定的。位时间指一位的持续时间，是位速率的倒数。,.,59,位时间的组成,采样点,.,60,同步,.,61,同步,硬同步重同步,.,62,硬同步,仅在总线空闲时通过一个跳变沿（帧起始）完成；强迫引起硬同步的跳变沿位于重新开始计时的位时间的同步段之内。,.,63,重同步,在消息帧的随后位中，每当有跳变沿出现，且该跳变落在了同步段之外，就会引起一次重同步。重同步机制根据跳变沿的位置延长或者缩短位时间以调整采样点的位置，保证正确采样。,.,64,重同步ext,相位误差：跳变沿相对同步段的位置。如果跳变沿处于同步段内，则相位误差为0；如果跳变沿位于采样之前，同步段之后，则相位误差大于0；如果跳变沿位于当前的采样点之后，下一个位的同步段之前，则相位误差小于0。,.,65,重同步ext,.,66,重同步ext,.,67,CAN-控制器局域网,背景与应用CAN与OSI七层模型物理层数据链路层,.,68,数据链路层,介质访问控制子层（MAC）逻辑链路控制子层（LLC）,.,69,介质访问控制子层,介质访问控制报文分帧错误检测,.,70,CSMA/CD+NDBA,载波监听多路访问/冲突检测(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect)允许多个节点进行总线访问用于以太网(Ethernet),CAN等.非破坏性的逐位仲裁技术(None-DestructiveBit-wiseArbitration)利用NRZ(不归零码)技术信号冲突时不会破坏信号不浪费带宽(bandwidth)保证很高的信号吞吐率(throughput),.,71,监听过程,如果网络上正在发送一帧报文，另一个节点必须等待，直到发送结束后才能开始发送自己的报文.,.,72,节点A,节点B,节点C,总线,隐,显,t1,t2,SOF,t1&t2,节点C和节点B丢失仲裁,R,D,R,D,R,D,CSMA/CD+NDBA操作,.,73,.,74,介质访问控制子层,介质访问控制报文分帧错误检测,.,75,帧格式,标准帧：含有11位标识符，称为BASIC-CAN。扩展帧：含有29位标识符，称为Peli-CAN。,.,76,帧类型,数据帧：将数据由发送器传输到接收器。远程帧：由节点发出，请求发送具有相同标识符的数据帧。错误帧：检测到总线错误后发出。过载帧：相邻数据帧间提供附加的延时。帧间空间：分隔多个数据帧。,.,77,数据帧,.,78,远程帧,每个接收节点可以通过发送远程帧启动发送节点传送数据。多用于点对点通信。,.,79,出错帧,错误标志：错误主动标志和错误被动标志错误界定符：由8个隐性位构成。,.,80,错误标志,错误主动标志：连续6个显性位。优先级高，违反了位填充规则错误被动标志：连续6个隐性位。优先级低，可被其他节点显性位覆盖。,.,81,超载帧,超载标志和超载定界符,.,82,帧间间隔,间歇域和总线空闲,.,83,介质访问控制子层,介质访问控制成帧错误检测,.,84,错误检测,位错误（BitError）填充错误（StuffError）CRC错误（CRCError）格式错误（FormError）应答错误（AcknowledgementError）,.,85,错误检测ext,位错误单元在发出位的同时对总线进行监视。所发送的位值与所监视的位值是否相符。填充错误在应当使用位填充法进行编码的报文域中，出现了第6个连续相同的位电平。,.,86,错误检测ext,CRC错误接收器的CRC计算结果与发送器发送的不同。格式错误一个固定格式的位域含有一个或多个非法位。应答错误在应答位期间所监视的位不为显性。,.,87,错误处理,检测到出错条件的节点通过发送出错标志（即出错帧）进行标识。对于错误主动节点，发出主动出错标志。对于错误消极节点，发送消极出错标志。,.,88,错误处理ext,对于位错误、填充错误、格式错误或应答错误，检测到错误的节点将在下一个位时间的起始处发送出错标志。对于CRC错误，出错标志将在应答界定符的后一位开始发送。,.,89,CAN节点发送流程,（1）当CAN节点有报文要发送时，监视总线的通信状况。（2）当总线一旦空闲，马上开始帧的发送。（3）总线上其它节点在帧起始引起的跳变沿进行同步。,.,90,CAN节点发送流程,（4）在发送帧起始位期间，节点进行位错误的检测。（5）如果检测到总线上为隐位，而不是发出的显位，则表明发生位错误，节点马上停止发送报文，转而发送错误标志。,.,91,CAN节点发送流程,（6）如果没有发生位错误，则继续发送帧的仲裁场。（7）报文的仲裁场中放置帧的标识符，表示帧信息的优先级。在发送帧仲裁场期间，每发出一位节点都要检测总线的位值。（8）在仲裁场发送期间还要检查是否出现填充错误。,.,92,CAN节点发送流程,（9）在节点发送控制场期间，节点进行位错误和填充错误的检测。（10）在节点发送数据场期间，节点进行位错误和填充错误的检测。,.,93,CAN节点发送流程,（11）节点发送顺利发送完数据场后，开始发送CRC场。同样在节点发送CRC场期间，节点进行位错误和填充错误的检测。（12）节点继续发送ACK场，发送ACK场期间，进行位错误检测，但不再检测填充错误，转而检测格式错误。（13）节点发送帧结束。,.,9