《现场总线及其应用技术》第3版试卷B及答案

基本概念（每小题3分，共48分）数据编码分几种？什么是差分码？答：数据编码有单极性码、双极性码、归零码、非归零码、差分码、曼彻斯特码和模拟数据码。差分码：用电平的变化与否代表逻辑"1""0"，电平变化代表"1"，不变化代表"0"按照此规定的码称为信号差分码。什么是网络传输介质？答：传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体网络中常用的传输介质有电话线、同轴电缆、双绞线、光导纤维、无线与通信卫星通信。什么是现场总线?答：现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。IEC对现场总线（Fieldbus）一词的定义为：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间，现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信技术。什么是载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）？答：这种控制方式对任何工作站都没有预约发送时间。工作站的发送是随机的，必须在网络上争用传输介质，故称之争用技术。若同一时刻有多个工作站向传输线路发送信息，则这些信息会在传输线上互相混淆遭破坏，称为“冲突”，为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个工作站在发送信息之前，都要监听传输线上是否有信息发送，这就是“载波监听”。载波监听CSMA的控制方式是先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其他站的发送信号。如果介质是空闲的，则发送。如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。当监听总线状态后，可采用以下三种CSMA坚持退避算法：第一种为不坚持CSMA。第二种为1-坚持CSMA。第三种为P-坚持CSMA。由于传输线上不可避免的有传输延迟，有可能多个站同时监听到线上空闲并开始发送从而导致冲突。故每个工作站发送信息之后，还要继续监听线路，判断是否有其他站正与本站同时向传输线发送。一旦发现，便终止当前发送，这就是“冲突检测”。BasicCAN和PeliCAN有什么不同?答：在PeliCAN模式下，SJA1000有一个含很多新功能的重组寄存器。SJA1000包含了设计在PCA82C200中的所有位及一些新功能位，PeliCAN模式支持CAN2.0B协议规定的所有功能。例如：BasicCAN模式只支持11位标识符，PeliCAN可同时支持11位和29位标识符；PeliCAN支持自身CAN信息的接收（自接收请求）；PeliCAN接收过滤器扩展为4B；PeliCAN可对每一个CAN总线错误产生中断；PeliCAN支持CAN输出驱动器的软件配置。什么是Modbus协议？答：Modbus通信协议是应用于PLC或其它控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器之间、控制器通过网络（如以太网）和其它设备之间可以实现串行通信。此协议定义了一个控制器能识别使用的消息结构，而不管他们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如何相应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。他指定了消息域格式和内容的公共格式。7、计算机局域网拓扑结构最常见的有哪几种？答：星形拓扑 环形拓扑总线形拓扑树形拓扑8、FCS与DCS有什么区别？答：现场总线打破了传统控制系统的结构形式。传统模拟控制系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接。位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、马达之间均为一对一的物理连接。现场总线控制系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备，加上现场设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号，如运行参数值、多个设备状态、故障信息等，同时又为多个设备提供电源，现场设备以外不再需要模拟/数字、数字/模拟转换器件。这样就为简化系统结构、节约硬件设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。9、简述企业网络信息集成系统的三层结构。答：互联网互联网Internet内部网Intranet(Ethernet)现场总线控制网络企业资源规划层ERP制造执行层MES过程控制层FCS10、CAN总线上的数值“0”和“1答：CAN总线上用"显性"（Dominant）和"隐性"（Recessive）两个互补的逻辑值表示"0"和"1"。当在总线上出现同时发送显性位和隐性位时，其结果是总线数值为显性（即"0"与"1"的结果为"0"）11、现场总线与上层网络互联有哪几种方式？答：现场总线与上层网络互连主要有三种方式：一是采用专用网关完成不同通信协议的转换，把现场总线网段或DCS连接到以太网上。二是将现场总线网卡和以太网卡都置于工业PC机的PCI插槽内，在PC机内完成数据交换。三是将WEB服务器直接置入PLC或现场控制设备内，借助Web服务器和通用浏览工具实现数据信息的动态交互。12、现场总线的通信模型有什么特点？答：现场总线模型采用了OSI模型中的3层，即物理层、数据链路层和应用层，隐去了第3层和第6层。应用层有两个子层：总线访问子层FAS和总线报文规范子层FMS。此外，还将从数据链路到FAS、FMS的全部功能集成为通信栈。13、简述PROFIBUS-DP现场总线的特点。答：PROFIBUDS-DP使用了第1层、第2层和用户接口层。第3到7层未使用，这种精简的结构确保高速数据传输。直接数据链路映像程序（DDLM）提供对第2层的访问。在用户接口中规定了PROFIBUDS-DP设备的应用功能，以及各种类型 的系统和设备的行为特性。这种为高速传输用户数据而优化的PROFIBUDS协议特别适用于可编程控制器与现场级分散I/O设备之间的通信。14、什么是DP一类主站和二类主站？什么是DP从站？答：1类DP主站循环的与DP从站交换用户数据。2类DP主站是编程装置，诊断和管理设备。DP从站只与装载此从站的参数并组态它的DP主站交换用户数据。DP从站可 以向此主站报告本地诊断中断和过程中断。15、GSD文件的功能是什么？答：PROFIBUS设备具有不同的性能特性，特性的不同在于现有功能的不同或可能的总线参数，如波特率和时间的监控不同。这些参数对每种设备类型和每家生产厂商来说均各有差异，为达到PROFIBUS简单的即插即用配置，这些特性均在电子数据单中具体说明，有时称为设备数据库文件或GSD文件。标准化的GSD数据将通信扩大到操作员控制一级，使用居于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在一个总线系统中，简单，用户界面友好。对一种设备类型的特性GSD以一种准确定义的格式给出其全面而明确的描述。GSD文件由生产厂商分别针对每一种设备类型准备并以设备数据库清单的形式提供给用户，这种明确定义的文件格式便于读出任何一种PROFIBUS-DP设备的设备数据库文件，并且在组态总线系统时自动使用信息。在组态阶段，系统自动地对输入与整个系统的有关的数据的输入误差和前后一致性进行检查核对。16、SPC3是如何与CPU接口的？答：SPC3通过一块内置的1.5kB的双口RAM与CPU接口，它支持多种CPU，包括Intel、Siemens、Motorola等。SPC3与AT89S52的接口电路如下图所示，SPC3中双口RAM的地址为1000H~15FFH。简述CRC检错码的工作原理。根据下列条件计算余数多项式R(X)。（共16分）发送数据BIT序列为10100001101（f（x））生成多项式BIT序列为10011（G（X））答：CRC检错码的工作原理：CRC校验方法是将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x)的系数，在发送方用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除，求得一个余数多项式。将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端。接收端用同样的生成多项式G(x)去除接收数据多项式f(x)，得到计算余数多项式。如果计算余数多项式与接收余数多项式相同，则表示传输无差错；如果计算余数多项式不等于接收余数多项式，则表示传输有差错，由发送方重发数据，直到正确为止。发送数据BIT序列为10101001011（f（x））生成多项式BIT序列为10101（G（X））f（x）*=101001011010000;G（X）=10101;f（x）*/G（X）=Q(X)+R(X)/G(X);按模2运算，R(X)=1101；三、CANBUS硬件节点设计（共26分）采用你熟悉的一种单片机或单片微控制器设计一CANBUS硬件节点电路，使用SJA1000独立CAN控制器，假设节点号为26，通讯波特率为100Kbps。假设晶体频率为16MHz。画出硬件电路图。画出CAN初始化程序流程图编写CAN初始化程序44.7kΩNC0.1μF0.1μFAT89S5210kΩ10μF+5V+5VP10P27P11P26P12P25P13P24P14P23P15P22P16P21P17P20RXDTXDP00INT1P01P34P02P35P03P04VCCP05P06GNDP07WRXTAL1XTAL2CSVSS1VSS2VSS3CLKOUTAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7RDWRALEINT22pFfosc216MHzRESETMRRESETVCCNCGNDPFOPFITXDRSGNDCANHVCCCANLRXDVref+5V+5V+5V+5V+5V+5V+5VNCNCS0.1μF4.7kΩ10kΩ10kΩ10kΩ120ΩSJA1000IMP708PCA82C250+RX0RSTMODERSTVDD3VDD2VDD1XTAL1XTAL2TX1TX0RX1ALERDINT0EACANHCANL18pF×212MHzfosc12、CAN初始化子程序流程图开始开始置复位请求为高（置CR.0为1）置验收码寄存器ACR置验收屏蔽寄存器AMR（决定节点号）总线定时设置设置总线定时寄存器0（BTR0）设置总线定时寄存器1（BTR1）决定位周期设置输出控制寄存器OCR(FAH)(定义总线驱动特性)设置时钟分频寄存器CDR设置CAN工作模式和时钟分频开放中断源定时再同步置CR.0为0返回3、程序清单。CAN初始化子程序清单如下：入口条件：将本节点号存入NODE单元。波特率控制字存入NBTR0和NBTR1单元。出口：无NODEEQU30H；节点号缓冲区NBTR0EQU31H；总线定时寄存器0缓冲区NBTR1EQU32H；总线定时寄存器1缓冲区TXBFEQU40H；RAM内发送缓冲区RXBFEQU50H；RAM内接收缓冲区CREQU0BF00H；控制寄存器CMREQU0BF01H；命令寄存器SREQU0BF02H；状态寄存器IREQU0BF03H；中断寄存器ACREQU0BF04H；接收码寄存器AMREQU0BF05H；接收码屏蔽寄存器BTR0EQU0BF06H；总线定时寄存器0BTR1EQU0BF07H；总线定时寄存器1OCREQU0BF08H；输出控制寄存器CDREQU0BF1FH；时钟分频寄存器RXBEQU0BF14H；接收缓冲器TXBEQU0BF0AH；发送缓冲器入口条件：将本节点号存入NODE单元。波特率控制字存入NBTR0和NBTR1单元。出口：无CANINI：MOVDPTR，#CR；写控制寄存器MOVA，#01H；置复位请求为高MOVX@DPTR，ACANI1：MOVXA，@DPTR；判复位请求有效JNBACC.0，CANI1MOVDPTR，#ACR；写接收码寄存器MOVA，NODE；设置节点号MOVX@DPTR，AMOVDPTR，#AMR；写接收码屏蔽寄存器M