2．网络拓扑结构.ppt

第10章 控制网络技术 本章要点： 本章主要内容 引言 10.1 数据通信基础 10.2 通信网络技术 10.3 网络体系结构 10.4 串行通信总线 本章小结 思考题 分层模型的主要优点在于便于结构化设计的实现、修改和扩充。开放系统互连OSI不是网络协议标准，它仅仅是为协议标准提供了一种主体结构，供各种协议标准选择。其中选用最多的是物理层和数据链路层，其他各层按需要选用，并把第3层及其以上各层称为高层。例如，目前应用的局域网络只选用了物理层和数据链路层，其余统称为高层。 实际的通信网络协议有多种，在计算机控制系统中有着广泛的应用，包括目前应用最广的局域网LAN的网络协议、各种DCS的通信协议、各种FCS的通信协议、工业以太网以及串行通信总线的通信协议等等。 10.4 串行通信总线 计算机控制网络中的计算机之间、计算机与远程终端、计算机与外部设备以及计算机与测量仪表之间的通信，多数情形下采用串行通信方式，而且借助于标准的物理层接口——串行通信总线。总线是信息传送的通道，是各部件之间的实际互联线。到目前为止，串行通信总线有很多种，如RS-232C、RS-422、RS-485、SPI总线、I2C总线、SMBus总线，以及现场总线等等。 下面主要介绍两种适用于中小型工业控制系统的常用串行通信总线标准，即RS-232C和RS-422/485。 10.4.1 RS-232C通信总线 RS-232C总线是由美国电子工业协会EIA于1969年修定的一种通信接口标准，专门用于数据终端设备DTE和数据通信设备DCE之间的串行通信。数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）是数据的源点或归宿，通常是指输入、输出设备和传输控制器或者计算机等数据处理装置及其通信控制器。数据通信设备DCE(Data Communication Equipment)的任务是实现由源点到目的点的传输，通常是指自动呼叫应答设备、调制解调器以及其它一些中间装置的集合。目前RS—232C接口已成为计算机的标准配置，如串行口COM1、COM2均为RS-232C总线接口标准。 1．信号定义 标准的RS—232C接口定义了25个信号针，采用25针接插件DB-25，并规定DTE的接插件为凸形，DCE的接插件为凹形，如图10-14(a)所示。对不需要25针的系统来说，常用9针的简化接插件，如图10-14(b)所示。表10-2给出了常用的9根引脚的信号功能。 (a)25针凸形DB—25P (b)9针凸形DB—9P 图10-14 RS2332-C接插件 2．电气特性 由于RS-232C是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准。为了增加信号在线路上的传输距离和提高抗干扰能力，RS-232C采用了较高的传输电平，且为双极性、公共地和负逻辑，即规定逻辑“1”状态电平为-15~ -5V，逻辑“0”状态电平为+5~+15V，其中-5~+5V用作信号状态的变迁区。 而计算机均采用TTL逻辑电平。TTL电平规定低电平“0”在0~+0.8V之间，高电平“1”在+2.4~+5V之间，因此在TTL电路与RS-232C总线之间要进行电平的转换及正反逻辑的转换，否则将使TTL电路烧毁。 3．接口电路 这种电平与逻辑的转换是用专门的集成电路芯片来完成的，早期常用MC1488和MC1489作发送器和接收器。如图10-15所示，发送器MC1488可实现TTL到RS-232C的电平转换，所用正负电源分别是±12V；接收器MC1489可实现RS-232C到TTL的电平转换，所用电源是+5V。由于需要±12V与+5V供电电压，因此现在更愿意使用一种新的单一电源供电的MAX232芯片。 MAX232芯片的引脚结构及发送/接收过程如图10-16所示，它是一个含有两路发送器和接收器的16脚DIP/SO封装型工业级RS-232C标准接口芯片。芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换为RS-232C输出电平所需的±10V电压。所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以。图中给出了其中的一路发送器和接收器，T1IN引脚为TTL电平输入端，转换后的RS-232C电平由T1OUT送出；而R1IN引脚接受RS-232C电平，转换后的TTL电平由R1OUT输出。如此，完成了TTL到RS-232C（发送）以及RS-232C到TTL（接收）的电平与逻辑的转换。 由于采用单端输入和公共信号地线，容易引进干扰。为了保证数据传输的正确，RS-232C总线的传送距离一般不超过15