第五章短距離有線通信技術(shù)

第五章短距離有線通信技術(shù)第1頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月在物聯(lián)網(wǎng)的感知控制層中存在大量的物聯(lián)網(wǎng)終端，這些終端用來感知“物”的信息，并將所感知到的信息通過短距離通信系統(tǒng)傳送到網(wǎng)絡(luò)傳輸層的匯聚設(shè)備，通過匯聚設(shè)備的處理與轉(zhuǎn)換后進入網(wǎng)絡(luò)傳輸層，為綜合應(yīng)用層提供“物”的信息；同時，感知控制層內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)終端還要接收綜合應(yīng)用層的各種控制命令，這些控制命令是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層、匯聚設(shè)備及短距離通信系統(tǒng)到達物聯(lián)網(wǎng)的感知控制終端的。從感知控制終端到匯聚設(shè)備之間的通信系統(tǒng)可稱之為感知層通信系統(tǒng)。感知控制層通信系統(tǒng)可分為有線和無線通信系統(tǒng)兩類。有線和無線通信系統(tǒng)主要是采用各種短距離有線及無線通信技術(shù)來完成感知控制終端與匯集設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。目前，常用的短距離有線通信技術(shù)為各種串行通信、各種總線通信等；常用的短距離無線通信為紅外、藍牙、無線局域網(wǎng)、超帶寬無線通信技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等。第2頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1數(shù)據(jù)終端間的通信及接口特性物聯(lián)網(wǎng)中的感知控制層通信系統(tǒng)可認為是一個點對點的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)感知控制終端（以下簡稱為物聯(lián)網(wǎng)終端）和匯聚設(shè)備均可看成兩個對等通信的數(shù)據(jù)終端設(shè)備。數(shù)據(jù)終端間通信時需要通過數(shù)據(jù)通信設(shè)備對數(shù)據(jù)信息進行某種變換和處理才能適合有線或無線信道的傳輸。數(shù)據(jù)終端間通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。第3頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3.1中，數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE,DataTerminalEquipment)是指物聯(lián)網(wǎng)終端或物聯(lián)網(wǎng)中的計算機設(shè)備、以及其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備。數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE,DataCommunicationEquipment)可以是調(diào)制解調(diào)器(Modem)、線路適配器、信號變換器等。對于不同的通信線路，為了使不同廠家的產(chǎn)品能夠互聯(lián)，DTE與DCE在插接方式、引腳分配、電氣性能及應(yīng)答關(guān)系上均應(yīng)符合統(tǒng)一的標準及規(guī)范。第5頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月國際電報電話咨詢委員會(CCITT)、國際標準化組織(ISO)和美國電子工業(yè)協(xié)會(ElectronicIndustriesAssociation，EIA)為各種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提供了開放互聯(lián)的系統(tǒng)標準，這些標準如表3.1.1所示，它包括了機械性能、電氣特性、功能特性、過程特性4個方面。第6頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月表

3.1.1DTE和DCE接口標準分類標準序號兼容標準說明機械特性ISO-2110EIARS-232EIARS-366A25針D型連接器，用于音頻Modem\、電路接口和自動呼叫設(shè)備ISO-259334針，用于CCITTV.35的寬帶ModemISO-4902EIARS-44937針和9針的D連接器，用于音頻和寬帶ModemISO-490315針D型連接器，用于CCITTX.20、X.21、X.22所指定的PDN接口電氣特性V.10/X.27RS-423A新型非平衡式電氣性能V.10/X.26RS-422A新型平衡式電氣性能V.28RS-232C非平衡式電氣性能功能特性V.24RS-232CRS-449定義了用于通過電話網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的DTE/DCE間接口的43種交換電路，用于DTE/ACE（自動呼叫設(shè)備）接口的12種交換電路X.24X.20、X.21和X.22基礎(chǔ)上發(fā)展的，用于PDN中的DTE/DCE間接口交換電路過程特性V.24RS-232CRS-449利用公用電話網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸制訂的規(guī)程X.20X.21利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)進行同步數(shù)據(jù)傳輸制訂的規(guī)程X.20bisX.21bisRS-232CRS-449公用數(shù)據(jù)網(wǎng)上進行同步傳輸?shù)腄TE與V系列同步Modem之間接口規(guī)程第7頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月機械特性(MechanicalCharacteristics)涉及的是DTE和DCE的實際物理連接。典型的是，信號以及控制信息的交換電路被捆扎成一根電纜，該電纜的兩端各有一個終接插頭，該插頭或者是公插頭、或者是母插頭。位于電纜兩端的DCE和DCE必須具有“性別”相反的插頭，以實現(xiàn)物理上的連接。如一端為公插頭、則另一端必須為母插頭。第8頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月電氣特性(ElectricalCharacteristics)與電壓電平及電壓變換的時序相關(guān)。DET和DCE都必須使用相同的編碼，相向的電壓電平必須不是相同的含義，還必須使用持續(xù)時間相同的信號元素等。這些特性決定了能夠達到的數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸距離。第9頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

功能特性(FunctionCharacteristic)定義的各種功能由具有不同含義的各種交換電路來執(zhí)行。這些功能分為數(shù)據(jù)電路、控制電路、時序電路以及電氣接地等。

過程特性(ProceduralCharacteristic)定義了傳輸數(shù)據(jù)時發(fā)生的時間序列，它依據(jù)的是接口的功能特性。第10頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

DTE/DCE間的接口類型較多，目前最通用的類型有，美國電子工業(yè)協(xié)會的RS-232C接口；國際電報電話咨詢委員會的V系列接口、X系列接口；國際標準化組織的ISO2110、ISO1177等。EIARS-232C接口是美國電子工業(yè)協(xié)會于1969年頒布的一個使用串行二進制方式的DTE與DCE間的接口標準。RS是RecommendedStandard的縮寫，232是標準的標記號碼。由于該接口標準推出較早，并對各種特性都做了明確的規(guī)定，因此成為了一種非常通用的串行通信接口，目前幾乎所有的計算機和數(shù)據(jù)通信都兼容該標準。第11頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2EIARS-232CRS-232C接口標準是一種非常廣泛使用的標準，它廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)通信、自動化、儀器儀表等領(lǐng)域，也是物聯(lián)網(wǎng)中常用的一種接口及通信方式。RS-232C不但可以與諸如Modem等DCE配合來完成遠程數(shù)據(jù)通信，而且還完成近距離本地通信。第12頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.1特性功能第13頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月1）機械性能

RS232C標準中定義了一個具有特定引腳排列順序的25針插頭和插座，其引腳排列如圖3.2所示。上下共兩排。第一排，從左到右共13針，第二排從左到右共12針。各針的功能如表3.2.1所示。雖然RS-232C定義了25個引腳，但實際應(yīng)用于串行通信時僅需要9個電壓信號，即2個收發(fā)數(shù)據(jù)信號RXD和TXD、6個控制信號和1個信號地。由于計算機除支持EIA電壓接口外，還需支持20mA電流接口，另需4個電流信號，因此采用了25針連接器作為DTE與DCE間通信電纜的連接器。由于大部分數(shù)據(jù)終端設(shè)備取消了電流環(huán)路接口，所以常采用9針連接器。9針連接器的引腳分配如圖3.3所示。第14頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月針號功能針號功能針號功能1保護地10保留備用19反向信道請求發(fā)送2發(fā)送數(shù)據(jù)TxD11選擇發(fā)送頻率20DTE就緒DTR3接收數(shù)據(jù)RxD12反向信道載波探測21信號質(zhì)量檢測4請求發(fā)送RTS13反向信道清除發(fā)送22振鈴指示RI5清除發(fā)送CTS14反向信道發(fā)送數(shù)據(jù)23數(shù)據(jù)速率選擇6準備就緒DSR15發(fā)送定時24外發(fā)送定時7信號地GND16反向信道接收數(shù)據(jù)25未定義8載波探測DCD17接收定時9保留備用18未定義表3.2.1RS-232C各針功能第15頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3.3中，引腳1為載波探測DCD；引腳2為接收數(shù)據(jù)RxD；引腳3為發(fā)送數(shù)據(jù)TxD；引腳4為DTE就緒DTR；引腳5為信號地GND；引腳6為準備就緒DSR；引腳7為請求發(fā)送RTS；引腳8為清除發(fā)送CTS；引腳9為振鈴指示RI。第16頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月2）電氣特性第17頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）電氣特性數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)/數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)接口的電氣標準特性主要規(guī)定了發(fā)送端驅(qū)動器與接收端接收器的電平關(guān)系、負載要求、信號速率及連接距離等。在TxD和RxD上要求，邏輯“1”(MARK)為-3V~-15V；邏輯“0”(SPACE)為+3V~+15V。

在RTS、CTS、DTR和DCD等控制線上要求信號有效電壓為+3V~+15V，信號無效電壓為-3V~-15V。第18頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）RS-232C與TTL的轉(zhuǎn)換

RS232C是用正負電壓來表示邏輯“0”和“1”的，與TTL(Transistor-TransistorLogic)以高低電平表示邏輯“1”和“0”不同。為了使數(shù)據(jù)終端設(shè)備的TTL部件能夠與RS-232接口連接，須在這兩者之間進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換電路可采用集成電路芯片來完成。目前較為廣泛使用的轉(zhuǎn)換芯片有MAX232、MC1488、SN75150、MC1489和SN75154等。其中MAX232能實現(xiàn)TTL到RS232C間的雙向轉(zhuǎn)換。第19頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3）功能特性DTE/DCE接口連線的功能特性主要是各引腳的功能進行定義，并說明了它們之間的相互關(guān)系。RS-23C規(guī)定了21條信號線和25芯連接，表3.2.2為接口電路的功能約定。第20頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月組成接口的信號線按其功能可分為，數(shù)據(jù)信號線、控制信號線、定時和接地4類。數(shù)據(jù)信號線是用來傳送數(shù)據(jù)的，RS-232C是串行傳輸?shù)慕涌跇藴?，接收、發(fā)送各用一條信號線。在RS-232C中，正向傳輸控制線共有9條，其中請求發(fā)送、允許發(fā)送、數(shù)據(jù)線路設(shè)備準備就緒、數(shù)據(jù)終端準備就緒、數(shù)據(jù)載波檢測、呼叫指示是最基本的控制電路。定時是用于同步通信方式的，是傳送數(shù)據(jù)信號定時信息的信號線路，有發(fā)送端控制和接收端控制兩種。定時功能在異步通信時無效。另外RS-23C中還定義了兩條保護地線和信號地線。第21頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月4）過程特性DTE/DCE接口的過程特性規(guī)定了各接口之間的相互關(guān)系、動作順序以及維護測試操作等方面的內(nèi)容。以下就以發(fā)送數(shù)據(jù)為例來說明接口的工作過程。

當數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，置RS-232C中的CD線（數(shù)據(jù)終端準備就緒DTR）為高電平（ON狀態(tài)），通知本地數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)，如Modem等，表示數(shù)據(jù)終端已準備好。本地Modem如果也準備好，即說明DCE與DTE連接成功，此時Modem中的RS232C中的CC（數(shù)據(jù)設(shè)備準備DSR）響應(yīng)此信號，DTE和DCE可以開始控制信號的收發(fā)。第22頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月DTE置電路RS-23C中CA（請求發(fā)送RTS）為高電平，通知本地Modem請求發(fā)送數(shù)據(jù)。本地Modem檢測到CA信號后，一方面立即控制Modem發(fā)送載波，另一方面通過延遲電路控制RS-232C中CB（允許發(fā)送CTS）的接通。電路RTS和CTS間的關(guān)系如圖3.4所示。由于遠端設(shè)備從載波到達至載波檢出，直到接通RS-232C中CF（數(shù)據(jù)載波檢測DCD）必須經(jīng)過一定的時延t3，如果此時將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，數(shù)據(jù)是不能被遠端正確接收的，所以本地的CTS變成ON之前的時間t1必須大于t3，時序如圖3.5所示。當遠端Modem檢測到載波信號后，置DCD為ON，通知遠端接收發(fā)送來的數(shù)據(jù)。第23頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月DTE檢測到CTS位ON后，即可通過RS-232C中BA（發(fā)送數(shù)據(jù)TxD）發(fā)送數(shù)據(jù)。并用RS-232C中的BB（數(shù)據(jù)接收RxD）接收遠端發(fā)來的數(shù)據(jù)。DTE發(fā)送完數(shù)據(jù)后，置RTS線為OFF，通知本地Modem發(fā)送結(jié)束。本地Modem檢測到RTS位OFF后，立即停止發(fā)送載波，并置CTS為OFF，作為對DTE的應(yīng)答。遠端Modem檢測不到載波后，置DCD和CE（呼叫指示器）線為低電平，恢復(fù)初始狀態(tài)。

本地DTE置DTR為OFF，通知Modem拆線，Modem收到DTR的OFF信號后拆線，并將CC變成OFF作為應(yīng)答。整個發(fā)送過程結(jié)束。第25頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2RS-232C的近距離通信第27頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

在近距離通信時，不需要數(shù)據(jù)通信設(shè)備，可直接用電纜來連接，此時僅用少量幾根線即可。一種常用的最簡單的情況是不使用RS-232中任何控制線，只需要用發(fā)送線TxD、接收線RxD和信號地線SG這3根線，便可實現(xiàn)全雙工異步通信。連接方式如圖3.6所示。在圖3.6中，DTE1中2號線與DTE中的3號線連接，DET1中的3號線與DTE2中的2號線連接，DTE1與DTE2中的7號線直接連接，DTE1及DTE2中的4與5連接、6與20連接。第28頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

另一種較簡單的情況是考慮它們之間的聯(lián)絡(luò)控制信號，連接方式如圖3.7所示。這種情況下通信雙方的握手信號關(guān)系如下：

（1）一方的數(shù)據(jù)終端準備好(DTR)和對方的數(shù)據(jù)設(shè)備準備好(DSR)及振鈴信號(RI)兩個信號線互連。這時，若DTR有效，對方的RI就立即有效，產(chǎn)生呼叫，并應(yīng)答，同時又使對方的DSR有效。（2）一方的請求發(fā)送(RTS)端及允許發(fā)送(CTS)端自環(huán)，并與對方的數(shù)據(jù)載波檢出(DCD)端互連，這時若請求發(fā)送(RTS)有效，則立即得到發(fā)送允許(CTS)有效，同時使對方的(DCD)有效，即檢測到載波信號，表明數(shù)據(jù)通信信道已接通。（3）雙方的發(fā)送數(shù)據(jù)(TxD)端和接收數(shù)據(jù)(RxD)端互連，即意味著雙方都是數(shù)據(jù)終端，只要上述雙方的握手信號一經(jīng)建立即可進行全雙工或半雙工通信。第29頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月EIARS-232C接口標準規(guī)定了最大傳輸距離為15m，最高傳輸速率不高于20bit/s。為了解決傳輸距離及傳輸速率不夠遠和高的問題，EIA在RS-232C的基礎(chǔ)上，制訂了更高性能的串行通信標準。第30頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月 3.3.1RS-422A、RS-423及RS-485第31頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月1）RS-422ARS-422A標準是一種以平衡方式傳輸?shù)臉藴?。平衡方式是指雙端發(fā)送和雙端接收，因此傳輸信號須采用兩條線路，發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送器和差動接收器。其結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。第32頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月RS-422A標準的電氣特性對邏輯電平的定義是根據(jù)兩條線間的電壓差來決定的。當AA’的電平比BB’的電平低-2V時，表示邏輯“1”；當AA’的電平比BB’的電平高+2V時，表示邏輯“0”。這種方式與RS-232C采用單端接收器和單端發(fā)送器時僅采用一條信號線來傳送信息，且由信號線與公共信號地線間的電平的大小來決定邏輯“1”和“0”的方式是不同的。第33頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月RS-422A電路是通過平衡發(fā)送器把邏輯電平轉(zhuǎn)換為電位差來發(fā)送信息的，同時，通過差動接收器把電位差轉(zhuǎn)換為邏輯電平，從而實現(xiàn)信息的收發(fā)。

RS-422A由于采用了雙線傳輸，大大增加了抗共模干擾的能力，因此當傳輸距離限制在15m內(nèi)時，它的最大傳輸速率可達10Mbit/s；當傳輸速率在90kbit/s時，其最大傳輸距離為120m。第34頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月RS-422標準規(guī)定了發(fā)送端只有1個發(fā)送器，而接收端可以有多個接收器，這就意味著，它可以實現(xiàn)點對多點通信,最多可接256個節(jié)點。即一個主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Slave），從設(shè)備之間不能通信。RS-422A標準允許驅(qū)動器輸出為+2~+6V，接收器輸入電平可以低到+200mV。

常用的RS-422A標準接口的芯片為：

MC3487/MC3486、SN75174/SN75175等，它們是平衡驅(qū)動/接收器集成電路。第35頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月2）RS-423ARS-423A標準是非平衡方式傳輸?shù)?，即以單線來傳輸信號，規(guī)定信號的參考電平為地。該標準規(guī)定電路中只允許有1個單端發(fā)送器，但可以有多個接收器。因此，允許在發(fā)送器和接收器間有一個電位差。標準規(guī)定邏輯“1”的電平必須超過4V，但不能超過6V；邏輯“0”的電平必須低于-4V，但不能低于-6V。RS-423A標準由于采用了差動接收，提高了抗共模干擾能力，因此與RS-232C相比，傳輸距離較遠、傳輸速率較快。當傳輸距離為90m時，最大傳輸速率為100kbit/s；若傳輸速率為1kbit/s時，傳輸距離可達1200m。第36頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3）RS-485RS-485接口標準是一種平衡傳輸方式的串行通信接口標準，它與RS-422A兼容，并且擴展了RS-422A的功能。RS-422A只允許電路中有一個發(fā)送器，而RS-485標準允許有多個發(fā)送器，因此，RS-485是一個多發(fā)送器的標準，它允許一個發(fā)送器驅(qū)動多個可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器組合單元的負載設(shè)備。RS-485采用共線電路結(jié)構(gòu)，即在一對平衡傳輸線的兩端配置終端電阻，其發(fā)送器、接收器、以及組合收發(fā)單元可以掛在平衡傳輸線上的任何位置，實現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸中多個驅(qū)動器和接收器共用同一傳輸線的多路傳輸。第37頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月RS-485接口標準的抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠。采用雙絞線，不用調(diào)制解調(diào)器等通信設(shè)備的情況下，當傳輸速率為100kbit/s時，傳輸距離可達1200m；在9600bit/s時，傳輸距離可達15km。在傳輸距離為15m時，它的最大傳輸速率可達10Mbit/s。

RS-485允許在平衡電纜上連接32個發(fā)送器/接收器，因此它的應(yīng)用非常廣泛，尤其在工業(yè)現(xiàn)場總線等方面，同時也是物聯(lián)網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)終端常用的接口方式。RS-485串行通信集成芯片可用實現(xiàn)，目前常用的芯片有MAX485/MAX491等。第38頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4USB串行總線及其應(yīng)用第40頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.1USB串行總線的特點第41頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月通用串行總線(UniversalSerialBus，USB)是一種串行技術(shù)規(guī)范，其主要目的是簡化計算機與外圍設(shè)備的連接過程，目前已廣泛應(yīng)用到了計算機、通信、自動化、儀器儀表等多個領(lǐng)域，也同時成為物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的串行通信技術(shù)之一。USB并不完全是一個串行接口，而是一種串行總線。目前，計算機設(shè)備均配置了多個USB接口，它可以接入種類繁多的外設(shè)，成為了計算機及數(shù)據(jù)通信等電子、電氣設(shè)備的通用接口。USB具有以下特點：第42頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月1）使用方便

USB的方便性體現(xiàn)在可自動設(shè)置、連接便捷、無需外部電源、接口通用等方面。在自動設(shè)置方面，當將USB設(shè)備連接到計算機上時，操作系統(tǒng)會自動檢測該設(shè)備，并為其加載適當?shù)尿?qū)動程序。尤其在第一次安裝時，操作系統(tǒng)會提醒用戶加載驅(qū)動程序，其后的安裝，操作系統(tǒng)會自動完成，一般不需要重啟。另外，USB的安裝不需要設(shè)置如端口地址、中斷號碼等參數(shù)，安裝程序會自動檢測。第43頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月在連接方面，USB等外設(shè)可直接插入到計算機的USB接口上。不需要時，可直接將其拔下，USB設(shè)備的插拔不會損壞計算機和USB外設(shè)。USB接口處包含了一個+5V的電源和地線接口，USB外設(shè)可直接使用接入系統(tǒng)的電源和地，因此USB外設(shè)無需提供額外的電源，但當所接入的系統(tǒng)所提供的電源功率不足時，才需要給USB外設(shè)供電。USB的接口是通用的，在加入到計算機時，系統(tǒng)會多個通信端口地址和一個中斷號給USB使用，因此USB的接口的通用性非常強。第44頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月2）USB的傳輸速率快

USB支撐3種信道速率，即1.5Mbit/s的低速、12Mbit/s的全速，以及480Mbit/s以上的高速。目前計算機的USB接口均能支撐這三種速率。USB的這三種速率可應(yīng)用于表3.4.1所示的場合。第45頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月表

3.4.1USB的傳輸速率及其應(yīng)用領(lǐng)域性能應(yīng)用領(lǐng)域說明低速：10~100kbit/s鼠標、鍵盤等價格低廉、使用方便、動態(tài)插拔，可接到個外設(shè)全速：500kbit/s~10Mbit/s廣播、音頻、麥克風價格低廉、使用方便、動態(tài)插拔，可接到個外設(shè)，保證帶寬高速：25Mbit/s~400Mbit/s影像、存儲設(shè)備價格低廉、使用方便、動態(tài)插拔，可接到個外設(shè)，高帶寬第46頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3）功耗低、性能穩(wěn)定當USB外設(shè)處于待機狀態(tài)時，它會自動啟動省電模式來降低功耗。當激活時，會自動恢復(fù)原來狀態(tài)，因此USB外設(shè)的功耗較低。USB的驅(qū)動程序、硬件及電纜均盡量減少噪聲干擾以免產(chǎn)生差錯，所有的設(shè)計均采用了差錯處理機制，因此使用時USB設(shè)備較穩(wěn)定。第47頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月4）操作系統(tǒng)的支持性與靈活性Windows98是第一個支持USB的操作系統(tǒng)，以后主流的操作系統(tǒng)如Linux，NetBSD和FreeBSD等也支持USB。每個操作系統(tǒng)都支持下列3項底層功能：（1）與新連接的設(shè)備溝通來確認交換數(shù)據(jù)的方式；（2）自動檢測設(shè)備是否連接到系統(tǒng)或已刪除；

（3）提供驅(qū)動程序與USB硬件以及應(yīng)用程序的溝通機制。第48頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月在高級的支持上，操作系統(tǒng)可能提供有設(shè)備的驅(qū)動程序來讓應(yīng)用程序調(diào)用存取函數(shù)。如果操作系統(tǒng)沒有提供適當?shù)尿?qū)動程序，USB設(shè)備的廠商應(yīng)提供。

目前在Windows操作系統(tǒng)上，已有鍵盤、鼠標、音響設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器、數(shù)碼相機、掃描儀、打印機以及外存等均提供了驅(qū)動程序，應(yīng)用程序可方便地調(diào)用這些設(shè)備。USB的控制、中斷、批量和實時4種傳輸類型與低速、全速及高速3中傳輸速率可讓外設(shè)靈活選擇。不論是交換少量或大量的數(shù)據(jù)，還是有無時效的限制，都適合傳輸類型。第49頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.2USB總線體系結(jié)構(gòu)第50頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月USB系統(tǒng)主要包括USB主機、USB設(shè)備和USB互連3部分。其中USB互連是指USB設(shè)備與USB主機連接并通信的方式，它是通過一定的拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)互連的。第51頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月1）USB拓撲結(jié)構(gòu)集線器是USB拓撲連接的核心部件，與主機相連的集線器為根集線器，它可以與其它集線器相連，也可以與設(shè)備相連。一個集線器與多個設(shè)備相連可組成復(fù)合設(shè)備，例如一個鼠標和一個鍵盤可以組合在一個集線器內(nèi)形成一個多功能的復(fù)合設(shè)備。最多可串接下來127個外設(shè)第52頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月2）USB總線USB總線由4個主要部分構(gòu)成，即主機和設(shè)備部分、物理構(gòu)成部分、邏輯構(gòu)成部分和客戶軟件構(gòu)成部分。第53頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）主機和設(shè)備在整個USB系統(tǒng)中，只允許存在一個主機。主機的基本結(jié)構(gòu)如圖3.10所示。它由USB主控制器、USB系統(tǒng)軟件和USB客戶軟件構(gòu)成。第54頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月USB主控制器是指主機的USB接口，它可以是硬件與軟件構(gòu)成的實體。USB主控器的作用是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成在管道中傳輸?shù)母袷剑夷鼙徊僮飨到y(tǒng)理解。USB主控器的另一個作用負責管道上的通信。根集線器被集成在主機系統(tǒng)中，用來提供一個或多個接入。根集線器與主控制器共同作用來檢測設(shè)備的接入和移除。USB主機是USB中唯一的用于協(xié)調(diào)控制所有USB訪問的實體。當一個USB訪問請求到來時，必須首先得到主機的允許，USB設(shè)備才能獲得對總線的訪問權(quán)。第55頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月USB系統(tǒng)中主機主要進行檢測USB設(shè)備的接入與移除，主機與USB設(shè)備間數(shù)據(jù)流的管理，搜索狀態(tài)信息和活動信息統(tǒng)計，為接入的USB設(shè)備提供電源。USB的系統(tǒng)軟件是用來管理USB設(shè)備的和主機進行信息交互的，它主要完成設(shè)備的枚舉和配置、同步數(shù)據(jù)傳輸、電源管理以及設(shè)備和總線信息管理。USB設(shè)備包括集線器和功能部件。功能部件是指向系統(tǒng)提供特定功能的設(shè)備，如鼠標、鍵盤、掃描儀及打印機等。第56頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月一個物理USBS設(shè)備主要有USB總線接口、USB邏輯設(shè)備和功能模塊組成，如圖3.11所示。一個功能設(shè)備是指可以從USB總線上收發(fā)數(shù)據(jù)信息和控制信息的設(shè)備，它提供了特定的功能。一個功能設(shè)備由一個獨立的外設(shè)來實現(xiàn)的，它通過一根電纜接入到集線器的端口上。功能設(shè)備在使用前必須由主機對其配置，配置包括分配USB帶寬和為該設(shè)備選擇特定的配置選項等操作。第57頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3）USB的機械及電氣特性USB設(shè)備都有“上行”(Up-stream)和“下行”(Down-stream)連接。對于USB主機，連接的是下行。上行和下行連接在機械性能方面是不能互換的，所以要盡量避免集線器上發(fā)生環(huán)路連接。USB連接器上都有4個觸點，具有屏蔽外殼，規(guī)定的堅固性和易于插拔的特性。對應(yīng)的USB電纜具有4根導(dǎo)線，其中一對是標準規(guī)格的雙絞線作為信號線，分別標有D+和D-，另一對為規(guī)格的電源線，分別標有Vbus和GND。第58頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月信號線的特性阻抗為90Ω，使用一個差模輸出驅(qū)動器向USB電纜傳輸數(shù)據(jù)信號，因此接收端可在不低于200mA的范圍內(nèi)保證接收的準確性。USB支持兩種信號速率，最高速率12Mbit/s和較低速率1.5Mbit/s。較低速率的傳輸對線路的要求較低，而較高速率的傳輸對線路的要求較高。對于最高速率的連接，要求采用一對屏蔽雙絞線電纜來產(chǎn)生，要求電纜的特性阻抗為90Ω15%，電纜長度不超過15m。每個驅(qū)動器的阻抗必須位于19~44Ω之間。數(shù)據(jù)信號上升和下降沿的時間必須處于4ns~20ns之間。低速率的連接可以利用一對非屏蔽雙絞線電纜實現(xiàn)，最大長度為3m。第59頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.3USB系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用第60頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月1）USB近距離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)USB的傳輸距離一般在15m以內(nèi)，屬于近距離傳輸，不采用數(shù)據(jù)通信設(shè)備所構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為近距離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。USB近距離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3.12所示。它由主機（計算機或信息處理系統(tǒng)）、USB通信接口、微處理器、A/D轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成。第61頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月微處理器有兩個作用，一是用來進行USB通信，二是進行數(shù)據(jù)采集的控制。A/D將傳感器采集的模擬量變?yōu)閿?shù)字量，狀態(tài)量輸入接口是將“物”的開關(guān)量轉(zhuǎn)換為微處理器能識別的“0”、“1”電平量，狀態(tài)量輸出接口是將微處理器輸出的“0”、“1”邏輯電平轉(zhuǎn)為能驅(qū)動“物”的開關(guān)量。目前，已有多家芯片廠商推出了具有USB通信接口的微處理器，可以減輕系統(tǒng)硬件設(shè)計的復(fù)雜度。第62頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月2）USB遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)USB的通信距離限制了數(shù)據(jù)采集的范圍，要想擴大數(shù)據(jù)采集的距離就須在USB近距離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加相關(guān)的接口來延長傳輸距離。目前在工業(yè)現(xiàn)場中廣泛采用RS-485接口來傳輸數(shù)據(jù)，RS-485接口的優(yōu)點是傳輸距離可達1km以上，并且可以跨接多臺設(shè)備，但其缺點是傳輸速度慢、成本高、安裝不便。而將兩個相互結(jié)合則可以獲得傳輸距離、傳輸速率、成本及安裝等方面的綜合優(yōu)勢。于是可將圖3.12中的數(shù)據(jù)采集器作為單獨的模塊與USB/RS-485轉(zhuǎn)換器結(jié)合進行設(shè)計，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.13所示。第63頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月485總線的長度可長達1km以上，在該總線上可跨接32個數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器的通信接口為RS-485。這些數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)485總線到達USB/RS-485雙向轉(zhuǎn)換器后成為USB信號進入到主機。第64頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.4IEEE-1394接口第65頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月與USB接口相似的另一個接口標準是IEEE-1394，它比USB具有更快的傳輸速率、更為靈活方便，但其成本較高。USB和IEEE-1394的應(yīng)用場合是有所區(qū)別的。USB適合使用在鍵盤、鼠標、掃描儀、移動硬盤及打印機等中低速的設(shè)備上，而IEEE-1394則非常適合于視頻或其他高速系統(tǒng)的連接，以及沒有主機的場合。對于許多外設(shè)來說，USB和IEEE-1394都適用。在使用USB時，一臺主機可以控制多臺外設(shè)，控制信息的處理均由主機完成，因此這些外設(shè)的電路相對簡單，因而成本也較低。第66頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月IEEE-1394采用的是點對點的通信方式，外設(shè)間可以直接相互通信，并且還可以采用點對多點的通信方式。所以IEEE-1394比USB更靈活，但外設(shè)電路較復(fù)雜，成本也較高。USB1.x的傳輸速率為12Mbit/s，USB2.0的傳輸速率可達480Mbit/s。IEEE-1394的傳輸速率為400Mbit/s，比USB1.1快30倍以上，IEEE-1394.b的傳輸速率可達3.2Gbit/s以上，比USB2.0快6倍以上。

除了成本外，IEEE-1394從靈活性、速度上都比USB有優(yōu)勢。第67頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)RS-232C接口標準規(guī)定了最大傳輸距離為15m，最高傳輸速率不高于20bit/s。

RS-422A由于采用了雙線傳輸，大大增加了抗共模干擾的能力，因此當傳輸距離限制在15m內(nèi)時，它的最大傳輸速率可達10Mbit/s；當傳輸速率在90kbit/s時，其最大傳輸距離為120m。

RS-423A標準由于采用了差動接收，提高了抗共模干擾能力。當傳輸距離為90m時，最大傳輸速率為100kbit/s；若傳輸速率為1kbit/s時，傳輸距離可達1200m。

RS-485接口標準的抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠。采用雙絞線，不用調(diào)制解調(diào)器等通信設(shè)備的情況下，當傳輸速率為100kbit/s時，傳輸距離可達1200m；在9600bit/s時，傳輸距離可達15km。在傳輸距離為15m時，它的最大傳輸速率可達10Mbit/s。第68頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)USB1.x的傳輸速率為12Mbit/s，USB2.0的傳輸速率可達480Mbit/s。IEEE-1394的傳輸速率為400Mbit/s，比USB1.1快30倍以上，IEEE-1394.b的傳輸速率可達3.2Gbit/s以上，比USB2.0快6倍以上。第69頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.5CAN總線第70頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.5.1CAN總線的特點第71頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月物聯(lián)網(wǎng)的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)與自動化，在該領(lǐng)域中需要對大量的生產(chǎn)現(xiàn)場進行實時控制，以實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，因此現(xiàn)場總線的技術(shù)及應(yīng)用應(yīng)為物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、控制技術(shù)所必備的。目前，常用的現(xiàn)場總線主要有以下幾種類型：

基金會現(xiàn)場總線(FoundationFieldbus，F(xiàn)F)、ProfiBus、CAN、DeviceNet、HART等。其中CAN(ControllerAreaNetwork)現(xiàn)場總線，即控制器局域網(wǎng)，因其具有高性能、高可靠性以及獨特的設(shè)計而越來越受到關(guān)注，被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。第72頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月CAN現(xiàn)場總線是在上世紀八十年代初，德國BOSCH公司為實現(xiàn)現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中眾多的汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它是一種多主總線，具有很高的可靠性，支持分布式控制和實時控制。CAN總線歷經(jīng)20多年的發(fā)展，尤其是隨著其國際標準化(ISO11898)的制定，更加推動了它的發(fā)展和應(yīng)用。目前已有Intel、Motorola、

Philips、Siemens等百余家國際大公司支持CAN總線協(xié)議。第73頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月目前，CAN總線在國外已有很多方面的應(yīng)用，CAN總線已被廣泛地應(yīng)用于汽車、火車、輪船、機器人、智能樓宇、機械制造、數(shù)控機床、各種機械設(shè)備、交通管理、傳感器、自動化儀表等領(lǐng)域。同時也成為了物聯(lián)網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的感知控制層的通信總線。CAN總線屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，由于采用了許多新技術(shù)以及獨特的設(shè)計，與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的性能、可靠性、實時性和靈活性。其特點可以概括如下：第74頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）通信方式靈活。CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上的任意節(jié)點均可在任意時刻主動地向其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，且不需站地址等結(jié)點信息；（2）CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，以滿足和協(xié)調(diào)各自不同的實時性要求；（3）采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當多個節(jié)點同時發(fā)送信息時，按優(yōu)先級順序通信，大大節(jié)省總線沖突仲裁時間，避免網(wǎng)絡(luò)癱瘓；（4）CAN通過報文濾波實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”；（5）傳輸速率最高可以達到1Mbit/s(40m)，直接傳輸距離最遠可以達到10km(傳輸速率在5kbit/s以下)；第75頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）CAN上的結(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達110個。報文標志符可達2032種(CAN2.0A)，擴展標準(CAN2.0B)的報文標志符幾乎不受限制；（7）短幀，傳輸時間短，抗干擾能力強,檢錯效果好。其中每幀字節(jié)數(shù)最多為8個，能夠滿足工業(yè)領(lǐng)域的一般要求，也能保證通信的實時性；（8）CAN每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了通信的可靠性；（9）CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成數(shù)據(jù)通信的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等；第76頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（10）通信介質(zhì)可以為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活；（11）網(wǎng)絡(luò)結(jié)點在錯誤嚴重的情況下可以自動關(guān)閉輸出功能，使總線上其他節(jié)點的操作不受影響；（12）已經(jīng)實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化（國際標準ISO11898）。第77頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3.5.2CAN總線網(wǎng)絡(luò)層次與通信協(xié)議第78頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月1）CAN總線網(wǎng)絡(luò)層次CAN協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式。ISO開放系統(tǒng)互連參考模型將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為7層，由上至下分別為：應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。根據(jù)ISO/OSI開放系統(tǒng)互連參考模型，為了滿足現(xiàn)場設(shè)備間通信的實時性要求，在CAN規(guī)范中只是在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層進行了定義，其層次結(jié)構(gòu)如圖3.14所示。第79頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第80頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

物理層：該層的任務(wù)是透明地傳送信息比特流，在物理層上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是以比特為單位的。數(shù)據(jù)鏈路層：該層的任務(wù)是在兩個相鄰結(jié)點間的鏈路上，實現(xiàn)以幀為單位的無差錯的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是要選擇合適的路由，使發(fā)送結(jié)點的數(shù)據(jù)分組能夠正確無誤地按照地址找到目標結(jié)點，并交付給目標結(jié)點的運輸層。運輸層：運輸層的任務(wù)是根據(jù)下面通信網(wǎng)的特性，以最佳的方式利用網(wǎng)絡(luò)資源，并以可靠經(jīng)濟的方式為發(fā)送結(jié)點和接收結(jié)點建立一條運輸連接，來透明地傳送報文。會話層：會話層不參與具體的數(shù)據(jù)傳輸，但該層卻對數(shù)據(jù)傳輸給予了管理。它在兩個相互通信的進程之間進行組織、協(xié)調(diào)和建立。第81頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月表示層：該層主要解決了用戶信息的語法表示。表示層將欲交換的數(shù)據(jù)從適合于某一用戶的抽象語法變換為適合于OSI內(nèi)部使用的語法。應(yīng)用層：該層對應(yīng)用進程進行了抽象，它只保留應(yīng)用進程中與進程間交互有關(guān)的那些部分。經(jīng)過抽象后的應(yīng)用進程就成為了OSI應(yīng)用層中的應(yīng)用實體。OSI的應(yīng)用層并不是把各種應(yīng)用進行了標準化，應(yīng)用層所標準化的是一些應(yīng)用進程經(jīng)常使用的功能，以及實現(xiàn)這些功能所應(yīng)用的協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)中的各層當需要演進時，只要保持上下兩層的接口功能不變，就不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，因此保持各層次間接口的相對穩(wěn)定，對整個網(wǎng)絡(luò)的分布演進具有非常重要的作用。第82頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第83頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月在數(shù)據(jù)鏈路層，CAN定義了邏輯鏈路子層(LLC)部分和完整的媒體訪問控制子層(MAC)。邏輯鏈路子層(LLC)的作用范圍包括：為遠程數(shù)據(jù)請求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)，確定由實際要使用的LLC子層接收哪一個報文，為恢復(fù)管理和過載通知提供手段。MAC子層的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標定、故障界定。總線上什么時候開始發(fā)送新報文，以及什么時候開始接收報文，均在MAC子層里確定。位定時的一些普通功能也可以看作是MAC子層的一部分。MAC子層的修改是受到限制的。第84頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月MAC子層是CAN協(xié)議的核心。它把接收到的報文提供給LLC子層，并接收來自LLC子層的報文。

物理層的作用是在不同節(jié)點之間根據(jù)所有的電氣屬性進行位的實際傳輸。同一網(wǎng)絡(luò)的物理層，對于所有的節(jié)點當然是相同的。CAN協(xié)議規(guī)范，在物理層只定義了信號是如何實際地傳輸?shù)?，包括對位時間、位編碼、同步的解釋。CAN規(guī)范沒有定義物理層的驅(qū)動器/接收器特性，以便允許根據(jù)它們的應(yīng)用對發(fā)送媒體和信號電平進行優(yōu)化。第85頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月2）CAN總線通信協(xié)議CAN的通信協(xié)議基于如下5條基本規(guī)則進行通信協(xié)調(diào)：

（1）總線訪問。CAN是共享媒體的總線，對媒體的訪問機制類似于以太網(wǎng)的媒體訪問機制，即采用載波監(jiān)聽多路訪問(CarrierSenseMultipleAccess,CSMA)的方式。CAN控制器只能在總線空閑時開始發(fā)送，并采用硬同步，所有CAN控制器同步都位于幀起始的前沿。為避免異步時鐘因累計誤差而錯位，CAN總線中用硬同步后，滿足一定條件的跳變進行重同步。

第86頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）非破壞性的位仲裁方式。當總線空閑時呈隱形電平，此時任何一個節(jié)點都可以向總線發(fā)送一個顯性電平作為一個幀的開始。如果有兩個或兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送，就會產(chǎn)生總線沖突。CAN總線解決總線沖突的辦法比以太網(wǎng)的CSMA/CD方法有很大的改進。第87頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）編碼/解碼。幀起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域和CRC序列均使用位填充技術(shù)進行編碼。在CAN總線中，每連續(xù)5個同狀態(tài)的電平插入一位與它相補的電平，還原時每5個同狀態(tài)的電平后的相補電平刪除，從而保證了數(shù)據(jù)的透明。

（4）出錯標注。當檢測到位錯誤、填充錯誤、形式錯誤或應(yīng)答錯誤時，檢測出錯條件的CAN控制器將發(fā)送一個出錯標志。（5）超載標注。一些CAN控制器會發(fā)送一個或多個超載幀以延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀的發(fā)送。第88頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月3）CAN報文的幀類型CAN通信協(xié)議2.0A規(guī)定了4種不同的幀格式：數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀。第89頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀用來攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鞯?。?shù)據(jù)幀由7個不同的域組成，即幀起始標識位(SOF)、仲裁域(ArbitrationField)、控制域(ControlField)、數(shù)據(jù)域(DataField)、CRC檢查域、ACK應(yīng)答域和幀結(jié)束。其中數(shù)據(jù)域的長度可以為0。數(shù)據(jù)幀的組成如圖3.15所示。第90頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月CAN2.0B協(xié)議中存在著兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標識符(Identifier)的長度。具有11位標識符的幀稱為標準幀，而包括29位標識符的幀稱為擴展幀。標準格式和擴展格式數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)如圖3.16所示。第91頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）遠程幀遠程幀被用來請求總線上某個遠程節(jié)點發(fā)送自己想要接收的數(shù)據(jù)，具有發(fā)送這種遠地消息的結(jié)點收到這個遠程幀后，就應(yīng)盡力響應(yīng)這個遠地傳送要求。所以對遠程幀本身來說是沒有數(shù)據(jù)域的。在遠程幀中，除了RTR位被設(shè)置為1，表示被動狀態(tài)外，其余部分與數(shù)據(jù)幀完全相同。第92頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）錯誤幀錯誤幀由兩個不同的域組成。第一個域是標志錯誤，用作為不同節(jié)點提供錯誤標志(ErrorFlag)的疊加；第二個域是錯誤界定符。報文傳輸過程中，檢測到任何一個結(jié)點出錯，即于下一位開始發(fā)送錯誤幀，通知發(fā)送端停止發(fā)送。第93頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）超載幀超載幀和錯誤幀一樣由兩個域組成，即超載標志和超載界定符。當某接收器因內(nèi)部原因要求緩發(fā)下一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀時，它向總線發(fā)出超載幀。另外，在間歇場(Intermission)檢測到一“顯性”位，也要發(fā)送超載幀。超載幀還可以引發(fā)另一次超載幀，但以兩次為限。第94頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）幀間空間數(shù)據(jù)幀和遠程幀同前面的幀相同，不管是何種幀,均以幀間空間(InterFramespacing)的場位分開。在錯誤幀和超載幀前面沒有幀間空間，并且多個超載幀前面也不被幀間空間分隔。

幀間空間包括間歇場和總線空閑的場位。間歇場包括3個隱性位，在間歇場期間，所有的節(jié)點均不允許傳送數(shù)據(jù)幀或者遠程幀，僅標示一個超載條件。第95頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月4）CAN報文的幀格式以下，我們以CAN2.0B協(xié)議為代表，簡單地介紹一下在常用的CAN控制器寄存器中CAN數(shù)據(jù)幀的格式。第96頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）CAN2.0B標準幀CAN標準幀信息為11個字節(jié)，包括信息和數(shù)據(jù)兩部分。前3個字節(jié)為信息部分。具體內(nèi)容如表3.5.1所示。第97頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月表3.5.1CAN2.0B標準幀位76543210字節(jié)1FFR