計(jì)算機(jī)控制課件-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)

過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2第二章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本硬件基礎(chǔ)12.132.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本硬件基礎(chǔ)如圖2-1所示：圖2-12.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與集成：

設(shè)計(jì)——MCU基本系統(tǒng)設(shè)計(jì)、過程通道接口設(shè)計(jì)、人機(jī)交互單元設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通訊接口單元設(shè)計(jì)、電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)綜合；集成——MCU基本系統(tǒng)、過程通道接口、人機(jī)交互單元、網(wǎng)絡(luò)通訊接口單元、電源系統(tǒng)的選擇與集成設(shè)計(jì)。2.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元

MCU基本系統(tǒng):

MCU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、中斷及中斷管理、定時(shí)計(jì)數(shù)器、通用I/O接口、專用接口（A/D、D/A、PWM、I2C、SPI、UART、CAN、LAN等）。2.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本硬件基礎(chǔ)2.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元

MCU：微處理單元；設(shè)計(jì)選擇MCU的約束：計(jì)算處理能力、專業(yè)計(jì)算功能、內(nèi)部資源配置、中斷處理及服務(wù)能力、I/O接口配置（通用、專用接口）、內(nèi)部存儲(chǔ)資源、外部擴(kuò)展能力、MCU架構(gòu)、支持嵌入式操作系統(tǒng)與否、EMI能力等；存儲(chǔ)器：程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（動(dòng)態(tài)/靜態(tài)）、內(nèi)部/外

部存儲(chǔ)器；設(shè)計(jì)中：根據(jù)數(shù)據(jù)任務(wù)的類型設(shè)計(jì)/選擇傳感器器件和電路；接口設(shè)計(jì)：是后續(xù)課程的重點(diǎn)；2.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本硬件基礎(chǔ)2.1.2過程通道與接口過程通道：與工業(yè)現(xiàn)場被控對象/系統(tǒng)互動(dòng)的專用

接口電路；包括：模擬量輸入、開關(guān)量輸入、脈沖量輸入、模

擬量輸出、開關(guān)量輸出、脈沖量輸出；前向通道：模擬量輸入、開關(guān)量輸入、脈沖量輸入；后向通道：模擬量輸出、開關(guān)量輸出、脈沖量輸出；2.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本硬件基礎(chǔ)2.1.3人機(jī)交互接口人機(jī)交互：顯示、聲光報(bào)警、操作單元（鍵盤、觸

摸屏、操作臺、信息掃描輸入單元）、打印機(jī)；2.1.4網(wǎng)絡(luò)通訊接口計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的上/下行信息通道；下行通訊接口：與智能傳感器、智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)、下

機(jī)控制系統(tǒng)信息交互的通道；2.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本硬件基礎(chǔ)2.1.4網(wǎng)絡(luò)通訊接口上行通訊接口:與上級控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、監(jiān)控

系統(tǒng)等的信息交互通道；包括:各種類型的現(xiàn)場總線（MODBUS、PROFIBUS、

CAN、LONWORK、HART、FF等）、工業(yè)以太網(wǎng)、

IEE488儀表總線等2.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本硬件基礎(chǔ)2.1.5電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)：保障計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各單元運(yùn)行的獨(dú)立

電源組；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部核心與現(xiàn)場測控單元，從抗干

擾和抗沖擊保護(hù)的要求需要進(jìn)行電氣隔離；隔離后

的接口電路之間通常也需進(jìn)行電氣隔離；2.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本硬件基礎(chǔ)過程通道：模擬量輸入、開關(guān)量輸入、脈沖量輸入、

模擬量輸出、開關(guān)量輸出、脈沖量輸出；MCU/CPU組成的微機(jī)核心與過程通道的接口設(shè)計(jì)方式：1、過程通道測控接口+通用I/O；2、過程通道測控接口+MCU內(nèi)置I/O；2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)MCU/CPU對過程通道I/O的尋址方式：1、查詢方式：無條件查詢、有條件查詢；2、中斷方式：過程通道接口外部出發(fā)MCU/CPU中斷；

過程通道利用MCU的內(nèi)部中斷資源（如A/D、D/A、PWM等）；2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)工控系統(tǒng)的“數(shù)字量”:計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)外部裝置通過計(jì)算機(jī)

的I/O接口輸入到計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號、開關(guān)量信號；開關(guān)量：只有兩個(gè)狀態(tài)（開/關(guān)、高電平/低電平，邏輯上為

0/1）的狀態(tài)信號；開關(guān)量傳感器：光電開關(guān)、接近開關(guān)、行程開關(guān)、限位開關(guān)、

溫度開關(guān)、壓力開關(guān)、液位開關(guān)、流量開關(guān)、

控制按鈕等；2.2.1數(shù)字量量輸入輸出通道設(shè)計(jì)2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)開關(guān)量輸入傳感器的特點(diǎn)：通常具有機(jī)械抖動(dòng)；通常遠(yuǎn)離計(jì)算機(jī)控制主機(jī)；可能耦合搶點(diǎn)信號；輸入形式多樣化：

機(jī)械觸點(diǎn)；電信號：電壓式/電流式、有源/無源PNP/NPN式；2.2.1數(shù)字量量輸入輸出通道設(shè)計(jì)2.2.1.1開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)如圖2.2-1所示；2.2.1數(shù)字量量輸入輸出通道設(shè)計(jì)2.2.1.1開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)圖2.2-1機(jī)械觸電開關(guān)有源無源2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)開關(guān)量輸入電路設(shè)計(jì)須解決的問題：信號的電氣隔離；信號的區(qū)抖動(dòng)；輸入信號類型的適應(yīng)與匹配；與MCU/CPU的數(shù)據(jù)接口方式；2.2.1數(shù)字量量輸入輸出通道設(shè)計(jì)2.2.1.1開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)隔離方式：繼電器隔離、光電隔離，如圖2.2-2所示：2.2.1數(shù)字量量輸入輸出通道設(shè)計(jì)2.2.1.1開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)圖2.2-2繼電器隔離光耦光電隔離2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)信號去抖：硬件去抖、軟件去抖；如圖2.2-3所示：2.2.1數(shù)字量量輸入輸出通道設(shè)計(jì)2.2.1.1開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)信號去抖：硬件去抖、軟件去抖；如圖2.2-3所示：2.2.1數(shù)字量量輸入輸出通道設(shè)計(jì)2.2.1.1開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)圖2.2-32.2過程通道與接口設(shè)計(jì)典型開關(guān)量輸入電路：如圖2.2-4所示：2.2.1.1開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)圖2.2-42.2過程通道與接口設(shè)計(jì)輸入接口與信號匹配：如圖2.2-5所示：2.2.1.1開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)觸電式開關(guān)信號圖2.2-52.2過程通道與接口設(shè)計(jì)輸入接口與信號匹配：如圖2.2-5所示：2.2.1.1開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)圖2.2-5無源信號2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)

MCU/CPU的開關(guān)量數(shù)據(jù)采集：信號中斷模式、接口查詢模式；如圖2.2-6所示2.2.1.1開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)脈沖量：以頻率或計(jì)數(shù)值為測量參數(shù)并用之表征、計(jì)量的工業(yè)

參數(shù)；常見傳感器：渦輪流量傳感器、光電碼盤、渦街流量傳感器、

流量計(jì)（電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)）的外輸脈沖信號、

計(jì)數(shù)開關(guān)類傳感器（光電開關(guān)等）、V/F變換器等。2.2.1.2脈沖量輸入接口設(shè)計(jì)脈沖量測量接口設(shè)計(jì)要解決的問題：

1、信號隔離：須注意光藕的頻率特性與測量信號匹配（通常設(shè)計(jì)上采用高速光藕——1M以上）；2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.2脈沖量輸入接口設(shè)計(jì)脈沖量測量接口設(shè)計(jì)要解決的問題：2、信號的去抖與抗干擾：

去抖方法：硬件方法——RC濾波、RC濾波+比較器、RC濾波+施

密特觸發(fā)器等；

如圖2.2-7所示：

2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.2脈沖量輸入接口設(shè)計(jì)脈沖量測量接口設(shè)計(jì)要解決的問題：2、信號的去抖與抗干擾：

去抖方法：硬件方法——RC濾波、RC濾波+比較器、RC濾波+施

密特觸發(fā)器等；

如圖2.2-7所示：

2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.2脈沖量輸入接口設(shè)計(jì)脈沖量測量接口設(shè)計(jì)要解決的問題：2、信號的去抖與抗干擾：

去抖方法：硬件方法——RC濾波、RC濾波+比較器、RC濾波+施

密特觸發(fā)器等；

如圖2.2-7所示：

2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.2脈沖量輸入接口設(shè)計(jì)脈沖量測量接口設(shè)計(jì)要解決的問題：2、信號的去抖與抗干擾：

去抖方法：軟件方法——單位時(shí)間計(jì)數(shù)+程序判斷（依據(jù)測量

信號的自身規(guī)律特性：量程、變化規(guī)律等）

3、計(jì)數(shù)方式選擇：

硬件計(jì)數(shù)器——外部計(jì)數(shù)器件、MCU計(jì)數(shù)器；

軟計(jì)數(shù)器——利用MCU的I/O接口、中斷輸入接口由軟件利用

查詢方式或中斷方式軟件計(jì)數(shù)；2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.2脈沖量輸入接口設(shè)計(jì)脈沖量測量接口設(shè)計(jì)要解決的問題：4、輸入接口匹配：信號形式：有源電信號、無源信號——機(jī)械觸點(diǎn)、PNP/NPN式輸入。典型匹配接口：如圖2.2—8所示；

2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.2脈沖量輸入接口設(shè)計(jì)脈沖量測量接口設(shè)計(jì)要解決的問題：4、輸入接口匹配：信號形式：有源電信號、無源信號——機(jī)械觸點(diǎn)、PNP/NPN式輸入。典型匹配接口：如圖2.2—8所示；

2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.2脈沖量輸入接口設(shè)計(jì)脈沖量測量接口設(shè)計(jì)要解決的問題：4、輸入接口匹配：信號形式：有源電信號、無源信號——機(jī)械觸點(diǎn)、PNP/NPN式輸入。典型匹配接口：如圖2.2—8所示；

2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.2脈沖量輸入接口設(shè)計(jì)脈沖量測量接口設(shè)計(jì)要解決的問題：5、MCU/CPU的測量方法：1）定時(shí)周期的確定；2）注意解決計(jì)數(shù)器溢出問題；3）中斷式軟測量方法要考慮軟件去抖和抗干擾問題；4）查詢式軟測量，查詢頻率要高于信號頻率（2倍以上）；2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.3開關(guān)量輸出接口設(shè)計(jì)開關(guān)量輸出接口的控制對象：運(yùn)行狀態(tài)控制：外部設(shè)備的“起/?！笨刂啤㈦姶砰y、電動(dòng)執(zhí)行器、接觸器、固態(tài)繼電器、雙向可控硅模塊等；PID控制：“時(shí)間比例”控制方式的控制輸出；如圖2.2-9所示：2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.3開關(guān)量輸出接口設(shè)計(jì)開關(guān)量輸出接口設(shè)計(jì)中要解決的問題隔離：光電隔離、繼電器隔離；典型電路如圖2.2-10所示；2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.3開關(guān)量輸出接口設(shè)計(jì)開關(guān)量輸出接口設(shè)計(jì)中要解決的問題驅(qū)動(dòng)：繼電器驅(qū)動(dòng)、固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)、雙向可控硅驅(qū)動(dòng)；

如圖2.2-11所示；2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.3開關(guān)量輸出接口設(shè)計(jì)開關(guān)量輸出接口設(shè)計(jì)中要解決的問題抗干擾方法：“高速刷新輸出鎖存器接口”，避免外部電磁干擾

修改鎖存器產(chǎn)生實(shí)際輸出。刷新周期：小于20ms；2.2.1.4脈沖量輸出接口設(shè)計(jì)脈沖量輸出：電力電子設(shè)備的驅(qū)動(dòng)信號、計(jì)量信號脈沖輸出；接口設(shè)計(jì)須解決的問題：隔離、驅(qū)動(dòng)。2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.4脈沖量輸出接口設(shè)計(jì)幾種電力電子脈沖輸出驅(qū)動(dòng)接口：如圖2.2-12所示2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.4脈沖量輸出接口設(shè)計(jì)幾種電力電子脈沖輸出驅(qū)動(dòng)接口：如圖2.2-12所示2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2.2.1.4脈沖量輸出接口設(shè)計(jì)幾種電力電子脈沖輸出驅(qū)動(dòng)接口：如圖2.2-12所示2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)模擬量：經(jīng)轉(zhuǎn)換便送輸入到計(jì)算機(jī)測量接口的連續(xù)變化的電信

號；模擬量測量通道的一般組成：如圖2.2-13所示：2.2.2模擬量輸入通道設(shè)計(jì)2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)信號調(diào)理單元：功能：濾波、鉗位、限幅、保護(hù)、量程轉(zhuǎn)換；典型電路如圖2.2.142.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)信號調(diào)理單元：功能：濾波、鉗位、限幅、保護(hù)、量程轉(zhuǎn)換；典型電路如圖2.2.142.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)多路轉(zhuǎn)換單元：

功能：將待測信號切換到后續(xù)測量轉(zhuǎn)換電路中；電路拓?fù)洌喝鐖D2.2-15所示：2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)多路轉(zhuǎn)換單元：性能參數(shù)：信號量程范圍、單極性/雙極性、導(dǎo)通電阻（RON）、關(guān)斷電阻（ROFF）、信號的頻率范圍、通道切換頻率；理想的多路開關(guān)：RON=0、ROFF=∞、對信號頻率無限制、切換頻率快；典型多路開關(guān)器件：CD4051（8-1）、CD4052（雙4-1）、CD4067（16-1）、CD4097（雙8-1）、器件如圖2.2-16所示：2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)多路轉(zhuǎn)換單元：典型多路開關(guān)器件：CD4051（8-1）、CD4052（雙4-1）、CD4067（16-1）、CD4097（雙8-1）、器件如圖2.2-16所示：2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)多路轉(zhuǎn)換單元：差動(dòng)式多路輸入及典型電路：如圖2.2-17所示：2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)放大器/程控放大器單元：任務(wù):將待測信號的上限放大到A/D的輸入上限附近(不要超過A/D

輸入信號的上限,否則A/D轉(zhuǎn)化溢出);MUX輸入信號量程不統(tǒng)一:MUX后續(xù)放大器應(yīng)為程控放大器;如圖2.2-18所示2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)放大器/程控放大器單元：程控放大器的設(shè)計(jì)：選用程控放大器件、用OP放大器設(shè)計(jì)；如圖2.2-18-1所示2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)放大器/程控放大器單元：MUX輸入信號的量程一致:MUX后續(xù)放大器可采用OP放大器;如圖2.2-19所示2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)放大器/程控放大器單元：MUX輸出信號為差動(dòng)式:后續(xù)放大器應(yīng)選擇差動(dòng)式儀用放大器;為消除MUX模擬開關(guān)RON的影響:后續(xù)放大器應(yīng)為“高阻”放大器;如圖2.2-20所示2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)采樣保持器：任務(wù):將輸入信號F(t)在采樣時(shí)刻采集并保持——F(KT)，以保障

A/D轉(zhuǎn)換任務(wù)的穩(wěn)定執(zhí)行；器件：采樣保持器，其間原理如圖2.2-21所示；(目前A/D器件、MCU中的A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)已將采樣保持器內(nèi)置)；2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)采樣保持器：任務(wù):將輸入信號F(t)在采樣時(shí)刻采集并保持——F(KT)，以保障

A/D轉(zhuǎn)換任務(wù)的穩(wěn)定執(zhí)行；器件：采樣保持器，其間原理如圖2.2-21所示；(目前A/D器件、MCU中的A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)已將采樣保持器內(nèi)置)；2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)

2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)

2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器原理：4位D/A轉(zhuǎn)換器原理，如圖2.2-22所示:2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器原理：8位“計(jì)數(shù)比較式A/D”原理，如圖2.2-23所示:2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器原理：8位逐次逼近式A/D原理、如圖2.2-24所示:2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器原理：雙積分式A/D原理，如圖2.2-25所示:2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)采樣測量控制邏輯單元：任務(wù)：協(xié)同軟件實(shí)現(xiàn)MCU對模擬量輸入通道的數(shù)據(jù)采集任務(wù)；具

體包括——多路開關(guān)的切換控制、程控放大器的放大增益

控制、采樣控制（外置采樣保持器）、外置A/D的啟動(dòng)等。2.2.2.1模擬量測量通道的各組成單元2.2.2.2模擬量測量通道的信號隔離方法模擬信號測量通道的隔離——輸入輸出兩端信號成線性比例變化

關(guān)系、沒有電氣連接；2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)在模擬信號端隔離：隔離元件：隔離放大器、線性光耦；如圖2.2-26所示；2.2.2.2模擬量測量通道的信號隔離方法2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)在模擬信號端隔離：隔離元件：隔離放大器、線性光耦；如圖2.2-26所示；2.2.2.2模擬量測量通道的信號隔離方法2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)在模擬信號端隔離：隔離系統(tǒng)框圖如圖2.2-27所示；2.2.2.2模擬量測量通道的信號隔離方法2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)在數(shù)字信號端隔離：隔離元件：數(shù)字光耦（高速光耦）；并行輸出A/D的隔離方式如圖2.2-28所示；2.2.2.2模擬量測量通道的信號隔離方法2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)在數(shù)字信號端隔離：串行輸出A/D的隔離方式如圖2.2-29所示；2.2.2.2模擬量測量通道的信號隔離方法2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)4-20MA變送器信號的多路采集；如圖2.2-30所示；2.2.2.3多路模擬量測量通道的設(shè)計(jì)2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)多路熱電偶信號的數(shù)據(jù)采集，如圖2.2-31所示；2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)多路熱電阻信號的數(shù)據(jù)采集，如圖2.2-32所示;2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)模擬保持——用S/H（采樣保持器）保持輸出；數(shù)字保持——用D/A鎖存器保持輸出。2.2.3.1模擬量輸出信號的輸出保持2.2.3模擬量輸出通道設(shè)計(jì)2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)1．模擬保持式多路模擬量輸出。如圖2.2-33所示：2.2.3.2多路模擬量輸出圖2.2-332.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2．?dāng)?shù)字保持式多路模擬量輸出。如圖2.2-34所示：2.2.3.2多路模擬量輸出圖2.2-342.2過程通道與接口設(shè)計(jì)1．在數(shù)字信號端隔離。如圖2.2-35所示：2.2.3.3模擬量輸出通道的信號隔離圖2.2-352.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2．在模擬信號端隔離。如圖2.2-36所示：2.2.3.3模擬量輸出通道的信號隔離圖2.2-362.2過程通道與接口設(shè)計(jì)如圖2.2-37所示：2.2.3.4模擬量輸出通道的V/I轉(zhuǎn)換圖2.2-372.2過程通道與接口設(shè)計(jì)如圖2.2-38所示：2.2.3.4模擬量輸出通道的V/I轉(zhuǎn)換2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)目的：提高系統(tǒng)的可靠性。2.2.3.5模擬量輸出通道的手/自動(dòng)復(fù)合應(yīng)用方案一，手自動(dòng)無擾動(dòng)負(fù)荷控制。如圖2.2-39所示：2.2過程通道與接口設(shè)計(jì)2．方案二，冗余式AO輸出。如圖2.2-40所示：2.2.3.5模擬量輸出通道的手/自動(dòng)復(fù)合應(yīng)用圖2.2-402.3測控指標(biāo)與過程通道硬件設(shè)計(jì)針對過程通道接口設(shè)計(jì)與元器件選擇；2.3.1實(shí)時(shí)性指標(biāo)對測量接口設(shè)計(jì)的約束分析1．?dāng)?shù)字量輸入接口

光耦的頻率特性;RC濾波對快速“開關(guān)變位”的影響，如圖2.3-1所示；

RC濾波器的介質(zhì)頻率：f=1/(2a∏RC)

光耦的限流電阻設(shè)計(jì)：I取值5-10毫安，記為f(x)=ICIC=（UA-1.6V）/RR=（UA-1.6V）/IC2.3測控指標(biāo)與過程通道硬件設(shè)計(jì)2.3.1實(shí)時(shí)性指標(biāo)對測量接口設(shè)計(jì)的約束分析RC濾波對快速“開關(guān)變位”的影響，如圖2.3-1所示；2.3測控指標(biāo)與過程通道硬件設(shè)計(jì)2.3.1實(shí)時(shí)性指標(biāo)對測量接口設(shè)計(jì)的約束分析2．模擬量輸入接口

模擬量測量通道的采樣頻率取決于A/D器件的特性——完

成A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間Γ，或用A/D的采樣頻率來表示；多路模擬量測量通道設(shè)計(jì)中的A/D參數(shù)選?。═為計(jì)算機(jī)

控制系統(tǒng)的采樣周期，N為模擬量測量通道數(shù)量）：N×Γ＜T2.3測控指標(biāo)與過程通道硬件設(shè)計(jì)2.3.2測量精度對測量接口電路的約束分析通常只針對模擬量測量通道影響模擬量通道測量精度的因素：

通道中模擬電路器件所產(chǎn)生的“溫度漂移”、器件老化對

輸出的影響；

測量放大對信號源共模電壓的消除能力；

A/D基準(zhǔn)源的穩(wěn)定性；

A/D的分辨率；2.3測控指標(biāo)與過程通道硬件設(shè)計(jì)2.3.2測量精度對測量接口電路的約束分析措施：MUX后接高輸入阻抗放大器；采用高CMMR差動(dòng)式放大器；采用低漂移測量放大器；A/D器件采用高穩(wěn)定性基準(zhǔn)電源；采用高分辨率A/D器件提高測量精度；理論上的測量精度與A/D分辨率N：1/(2^N-1)＜測量精度；舉例：設(shè)計(jì)模擬量測量精度為0.1%，根據(jù)上式有：N≥10;2.3測控指標(biāo)與過程通道硬件設(shè)計(jì)2.3.3可靠性指標(biāo)對測量接口設(shè)計(jì)的約束分析防器件損傷：1.防外部直接傳導(dǎo)性大幅值電信號沖擊

數(shù)字量輸入輸出接口、模擬量輸入輸出接口——光電隔離；2．模擬量輸入：信號調(diào)理措施；防數(shù)據(jù)錯(cuò)誤：1.DI/PI輸入的區(qū)抖動(dòng)處理（軟件、硬件兩方面）；2.DO輸出的“高速刷新輸出I/O”措施；3.模擬量輸入通道的信號濾波（軟件、硬件兩方面）；2.3測控指標(biāo)與過程通道硬件設(shè)計(jì)2.3.4測量算法對硬件的約束分析不同的計(jì)算機(jī)測控領(lǐng)域涉及不同的測量計(jì)算方法，對測控電路有相應(yīng)設(shè)計(jì)約束。舉例1：電力測控裝置的信號測量基礎(chǔ)——高速交流采樣測量

計(jì)算方法：“基于交流采樣的電力參數(shù)計(jì)算方法”設(shè)計(jì)約束：高速采樣、電器隔離、測量方法——高速同步、

交流采樣；

模擬量測量通道設(shè)計(jì)：隔離式多通道同步高速采

樣（6通道同步采樣）；2.3測控指標(biāo)與過程通道硬件設(shè)計(jì)2.3.4測量算法對硬件的約束分析舉例2：橋梁振動(dòng)測試與故障診斷診斷方法要求：多通道高速

同步采樣；舉例3：聲波測井的聲信號測量

弱信號檢測——高精度、低噪聲、高分標(biāo)率；舉例4：“射頻導(dǎo)納”法液位測量

相敏檢波測量電路的模擬量測量通道設(shè)計(jì)+“射頻導(dǎo)納”

測量計(jì)算方法；2.3測控指標(biāo)與過程通道硬件設(shè)計(jì)2.3.5測量方法對硬件的約束分析許多計(jì)算機(jī)測控裝置的測量方法要求計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的接口電路協(xié)同工作才能保障測控工作的完成。舉例1：“掃頻式消弧線圈”自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置

外加掃頻源測量“脫諧度”（MCU的SPWM接口輸

出），同步由AI輸入接口測量Uf的峰值——頻率點(diǎn)；接口設(shè)計(jì)：AI隔離式高速、高精度采樣；

與PO接口SPWM輸出協(xié)同工作；2.3測控指標(biāo)與過程通道硬件設(shè)計(jì)2.3.5測量方法對硬件的約束分析許多計(jì)算機(jī)測控裝置的測量方法要求計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的接口電路協(xié)同工作才能保障測控工作的完成。舉例2：

“管網(wǎng)測漏”上下游測量電信號的分布式同步測量測量方法：天文時(shí)鐘授時(shí)同步測量

GPS模塊——MCU的UART；

壓力、復(fù)合聲波信號同步測量；2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.1計(jì)算機(jī)串行通訊接口標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口：美國電工聯(lián)盟EIA標(biāo)準(zhǔn)，有DB-25、DB-9兩種連接器方式；1.引腳及功能DB92.4.1.1UART與RS-232接口左上角為1，右下角為91DCD載波檢測2RXD接收數(shù)據(jù)3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)4DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5SGND信號地線

6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好

7RTS請求發(fā)送8CTS清除發(fā)送9RI振鈴提示2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.1計(jì)算機(jī)串行通訊接口標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口：美國電工聯(lián)盟EIA標(biāo)準(zhǔn)，有DB-25、DB-9兩種連接器方式；1.引腳及功能DB252.4.1.1UART與RS-232接口1屏蔽地線2TXD發(fā)送數(shù)據(jù)3RXD接收數(shù)據(jù)4RTS請求發(fā)送5CTS允許發(fā)送6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好7SG信號地8DCD載波檢測9發(fā)送返回(+)10未定義2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.1計(jì)算機(jī)串行通訊接口標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口：美國電工聯(lián)盟EIA標(biāo)準(zhǔn)，有DB-25、DB-9兩種連接器方式；1.引腳及功能DB252.4.1.1UART與RS-232接口11數(shù)據(jù)發(fā)送(-)12~17未定義18數(shù)據(jù)接收(+)19未定義20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR21未定義22振鈴RI23~24未定義25接收返回(-)標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.1計(jì)算機(jī)串行通訊接口2.接口電平標(biāo)準(zhǔn)DB252.4.1.1UART與RS-232接口RS232接口任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯“1”為-3—-15V；邏輯“0”：+3—+15V，噪聲容限為2V。即要求接收器能識別高于+3V的信號作為邏輯“0”，低于-3V的信號作為邏輯“1”。3.RS-232接口器件；“古代典型器件”MC1488、MC14892.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)4.波特率2.4.1.1UART與RS-232接口1200、2400、4800、9600、19200。。。115200比特/s5.“異步串行通訊”數(shù)據(jù)幀“起始位+7/8位數(shù)據(jù)+奇偶校驗(yàn)位+結(jié)束位”6.“異步串行”數(shù)據(jù)通訊的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式幀校驗(yàn)：奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、無校驗(yàn)；數(shù)據(jù)包校驗(yàn)：和校驗(yàn)、CRC校驗(yàn)；7.工作模式單工、半雙工、全雙工；2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MCU的UART接口：2.4.1.1UART與RS-232接口1.UART接口TXD（發(fā)射）、RXD（接收）；2.UART的驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)成簡版RS-232接口、RS-422接口、肉絲85接口；2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.1.2RS-422與RS-485接口2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.1.2RS-422與RS-485接口2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)基于RS-485接口MODBUS協(xié)議；基于RS-485接口PROFIBUS協(xié)議；CAN-BUS（連路層協(xié)議、應(yīng)用層協(xié)議）；LONWORKHARTFF基金會(huì)總線；2.4.2現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)接口2.4.2.1常用的現(xiàn)場總線類型2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；1.基本報(bào)文結(jié)構(gòu)；一般格式命令幀從站地址 功能碼 數(shù)據(jù)長度 數(shù)據(jù) 校驗(yàn)和2.主站與從站：“主站”輪詢“從站”；2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；3.總線支持能力驅(qū)動(dòng)器：32個(gè)/64個(gè)；協(xié)議：支持最多247個(gè)；4.“詢問”與“應(yīng)答”2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”功能名稱

作用（對主站而言）01

讀取開出狀態(tài)取得一組開關(guān)量輸出的當(dāng)前狀態(tài)02

讀取開入狀態(tài) 取得一組開關(guān)量輸入的當(dāng)前狀態(tài)03

讀取模出狀態(tài) 取得一組模擬量輸出的當(dāng)前狀態(tài)04 讀取模入狀態(tài) 取得一組模擬量輸入的當(dāng)前狀態(tài)05

強(qiáng)制單路開出 強(qiáng)制設(shè)定某個(gè)開關(guān)量輸出的值06

強(qiáng)制單路模出 強(qiáng)制設(shè)定某個(gè)模擬量輸出的值07

讀取異常狀態(tài) 取得從站的一些狀態(tài)（8位）08

回送診斷校驗(yàn) 把診斷校驗(yàn)報(bào)文送從站，以對通訊處理進(jìn)行評鑒2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”功能名稱

作用（對主站而言）09

編程

主機(jī)模擬編程器的作用，修改從站邏輯10

探詢

定期探詢從站是否已完成某長程序任務(wù)11

讀取事件計(jì)數(shù) 取得通訊狀態(tài)和通訊事件的次數(shù)12讀取通訊事件記錄取得通訊狀態(tài)、事件次數(shù)、報(bào)文數(shù)量和至多64事件13

編程

主機(jī)模擬編程器的作用，修改從站邏輯14

探詢

定期探詢從站是否已完成某長程序任務(wù)15強(qiáng)制多路開出 強(qiáng)制設(shè)定從站幾個(gè)開關(guān)量輸出的值16強(qiáng)制多路模出 強(qiáng)制設(shè)定從站幾個(gè)模擬量輸出的值2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”功能名稱

作用（對主站而言）

17

報(bào)告從站標(biāo)識 取得從站類型和運(yùn)行指示燈的狀態(tài)18

編程

主機(jī)模擬編程器的作用，修改從站邏輯19

重置通訊鏈路 使從站復(fù)位于已知狀態(tài)20-72

保留

留作擴(kuò)展功能備用73-119

非法功能 120-127

保留

留作內(nèi)部使用128-255

保留

用作異常應(yīng)答2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”讀取開出狀態(tài)（功能碼01）：本功能可使主站獲得被編址從站的開關(guān)量輸出的通斷狀態(tài)。詢問RTU幀：2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊從站地址功能碼起始地址起始地址數(shù)據(jù)線圈數(shù)據(jù)線圈

校驗(yàn)和

高位低位數(shù)高位數(shù)低位CRC

11H 01H

00H 13H 00H 25H 0EH84H應(yīng)答RTU幀：從站地址功能碼字節(jié)計(jì)數(shù) 數(shù)據(jù)

校驗(yàn)和CRC11H

01H

05HCDH6BHB2H0EH1BH 45HE6H2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”讀取開關(guān)量入狀態(tài)（功能碼02）：本功能可使主站獲得被編址從站的開關(guān)量輸入的通斷狀態(tài)。以下例子是讀取17號從站開關(guān)量輸入0197-0218的狀態(tài)，讀出的22位組成3個(gè)字節(jié)，最后一個(gè)字節(jié)的高2位補(bǔ)0。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊詢問RTU幀：從站地址功能碼起始地址起始地址數(shù)據(jù)線圈數(shù)據(jù)線圈

校驗(yàn)和

高位低位數(shù)高位數(shù)低位CRC

11H 02HC4H 00H 16H 25H BAHA9H2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”讀取開關(guān)量入狀態(tài)（功能碼02）：本功能可使主站獲得被編址從站的開關(guān)量輸入的通斷狀態(tài)。以下例子是讀取17號從站開關(guān)量輸入0197-0218的狀態(tài)，讀出的22位組成3個(gè)字節(jié)，最后一個(gè)字節(jié)的高2位補(bǔ)0。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊應(yīng)答RTU幀從站地址功能碼字節(jié)計(jì)數(shù) 數(shù)據(jù)

校驗(yàn)和CRC11H

02H

03HACHDBH35H

20H18H2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”讀取模擬量出值（功能碼03）：本功能可使主站獲得被編址從站的模擬量輸出的通斷狀態(tài)。以下例子是讀取17號從站模出點(diǎn)0108-0110的狀態(tài)。應(yīng)答數(shù)據(jù)高字節(jié)在前。108是555，109是0，110是100。詢問RTU幀：2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊從站地址功能碼起始地址起始地址數(shù)據(jù)線圈數(shù)據(jù)線圈

校驗(yàn)和

高位低位數(shù)高位數(shù)低位CRC

11H 03H00H 6BH 00H 03H 76H87H2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”讀取模擬量出值（功能碼03）：本功能可使主站獲得被編址從站的模擬量輸出的通斷狀態(tài)。以下例子是讀取17號從站模出點(diǎn)0108-0110的狀態(tài)。應(yīng)答數(shù)據(jù)高字節(jié)在前。108是555，109是0，110是100。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊應(yīng)答RTU幀從站地址功能碼字節(jié)計(jì)數(shù) 數(shù)據(jù)

校驗(yàn)和CRC11H

03H

06H02H2BH00H00H00H64HCBHBAH2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”讀取模擬量輸入值（功能碼04）：本功能可使主站獲得被編址從站的模擬量輸入值（每路模擬量2個(gè)字節(jié)，高位在前，低位在后）。應(yīng)答幀中的數(shù)據(jù)是按上述要求讀取的模擬量數(shù)據(jù)。以下例子是讀取17號節(jié)點(diǎn)的模入點(diǎn)0108-0110的狀態(tài)。應(yīng)答數(shù)據(jù)高字節(jié)在前。108是555，109是0，110是100。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊從站地址功能碼起始地址起始地址數(shù)據(jù)線圈數(shù)據(jù)線圈

校驗(yàn)和

高位低位數(shù)高位數(shù)低位CRC

11H 04H00H 6BH 00H 03H C3H47H詢問RTU幀：2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”讀取模擬量輸入值（功能碼04）：本功能可使主站獲得被編址從站的模擬量輸入值（每路模擬量2個(gè)字節(jié)，高位在前，低位在后）。應(yīng)答幀中的數(shù)據(jù)是按上述要求讀取的模擬量數(shù)據(jù)。以下例子是讀取17號節(jié)點(diǎn)的模入點(diǎn)0108-0110的狀態(tài)。應(yīng)答數(shù)據(jù)高字節(jié)在前。108是555，109是0，110是100。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊應(yīng)答RTU幀從站地址功能碼字節(jié)計(jì)數(shù) 數(shù)據(jù)

校驗(yàn)和CRC11H

04H

06H02H2BH00H00H00H64H5C89H2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”強(qiáng)制單路開關(guān)量輸出（功能碼05）：本功能可使主站強(qiáng)行設(shè)定被編址從站某路開關(guān)量輸出的通斷狀態(tài)。數(shù)據(jù)用于設(shè)定開或關(guān)：FF為開，0為關(guān)，其他值為非法值。正常應(yīng)答是將報(bào)文原文發(fā)回。從站地址為0時(shí)，為廣播方式。以下例子是強(qiáng)制17號從站開出點(diǎn)173為ON。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊詢問RTU幀：從站地址功能碼起始地址起始地址數(shù)據(jù)線圈數(shù)據(jù)線圈

校驗(yàn)和

高位低位數(shù)高位數(shù)低位CRC

11H 05H00H ACH

FFH

00H

4EH8BH2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)MODBUSRTU協(xié)議；5.常用預(yù)定義“功能碼”強(qiáng)制單路開關(guān)量輸出（功能碼05）：本功能可使主站強(qiáng)行設(shè)定被編址從站某路開關(guān)量輸出的通斷狀態(tài)。數(shù)據(jù)用于設(shè)定開或關(guān)：FF為開，0為關(guān)，其他值為非法值。正常應(yīng)答是將報(bào)文原文發(fā)回。從站地址為0時(shí)，為廣播方式。以下例子是強(qiáng)制17號從站開出點(diǎn)173為ON。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊應(yīng)答RTU幀從站地址功能碼字節(jié)計(jì)數(shù) 數(shù)據(jù)

校驗(yàn)和CRC11H

04H

06H02H2BH00H00H00H64H5C89H2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)“ControllerAreaNetwork”，即控制器局域網(wǎng)，由德國Bosch公司最先提出，已成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898（高速應(yīng)用）和ISO11519（低速應(yīng)用）。CAN是一種多主方式的串行通訊總線，CAN的規(guī)范定義了OSI模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。CAN協(xié)議有2.0A和2.0B兩個(gè)版本，CAN協(xié)議的2.0A版本規(guī)定CAN控制器必須有一個(gè)11位的標(biāo)志符，在2.0B版本中規(guī)定CAN控制器的標(biāo)志符長度可以是11位或29位。2.4.2.3CAN總線及其應(yīng)用2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)1．CAN總線驅(qū)動(dòng)與參總線特點(diǎn)

總線狀態(tài)：“隱性”——邏輯“1”；

“顯性”——邏輯“0”；電平標(biāo)準(zhǔn)：

顯性狀態(tài)：CAN_HIGH線與CAN_LOW線上的電壓差為0V；隱性狀態(tài)：CAN_HIGH線與CAN_LOW線上的電壓差最低為2V；2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)1．CAN總線驅(qū)動(dòng)與參總線特點(diǎn)

多主模式：CAN可以實(shí)現(xiàn)多種模式主要基于完善的總線仲裁機(jī)制，因?yàn)榭偩€允許多節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送，同時(shí)接收數(shù)據(jù)；而傳統(tǒng)的ModBusRTU等協(xié)議總線在某一時(shí)刻只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)不同，若同時(shí)有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，則會(huì)造成總線邏輯電平錯(cuò)誤而導(dǎo)致兩個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送全部失敗。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)1．CAN總線驅(qū)動(dòng)與參總線特點(diǎn)

CAN總線的沖突解決機(jī)制：CAN總線采用的是一種叫做“載波監(jiān)測，多路訪問／沖突檢測”（CSMA／CA）的通信模式。數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)偵聽總線忙/閑——數(shù)據(jù)發(fā)送——偵聽比較——判斷沖突；“沖突處理”——地址最小的節(jié)點(diǎn)等待時(shí)間最短后重發(fā)數(shù)據(jù)；

2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)1．CAN總線驅(qū)動(dòng)與參總線特點(diǎn)

短幀報(bào)文：以PCCAN協(xié)議B為例。PCCAN協(xié)議是基于CAN總線的應(yīng)用層協(xié)議，是簡單的應(yīng)用層協(xié)議，支持功能及優(yōu)點(diǎn)如下：i.是通用協(xié)議；ii.基于對稱性多主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持廣播和點(diǎn)對點(diǎn)傳送命令數(shù)據(jù)；iii.命令數(shù)據(jù)包可長達(dá)256字節(jié)；iv.以CAN2.0A數(shù)據(jù)幀為基礎(chǔ)；2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)

下表是PCCAN協(xié)議B的幀報(bào)文格式，由11位ID、1位RTR、4位DLC、數(shù)據(jù)區(qū)（最多8個(gè)字節(jié)）組成。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)

PRI：保留位（可做優(yōu)先級位）。通常，保留位設(shè)置為1。保留位亦可作為優(yōu)先級位,這時(shí)1為低優(yōu)先級0為高優(yōu)先級，而剩余的優(yōu)先級由源地址決定，低地址優(yōu)先級高。該保留功能可有效支持緊急信息傳送，如報(bào)警等。Sourceaddress：源地址，標(biāo)志發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)地址，范圍只能設(shè)定為0～125。TYPE：幀類型。見下表的幀類型說明。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)TYPE：幀類型。見下表的幀類型說明。2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊

DLC：每幀字節(jié)數(shù)（1～8字節(jié)）。Destinationaddress：目標(biāo)地址，表示接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)

地址，范圍只能設(shè)定0～125。Index：索引字節(jié)。對于單幀數(shù)據(jù)，該字節(jié)表示傳輸數(shù)

據(jù)的第一個(gè)字節(jié)；對于多幀數(shù)據(jù)，此字節(jié)表示索引字節(jié)，

即此幀數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)包中的位置。Data：數(shù)據(jù)?；诖藚f(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通訊或者廣播通訊，若此協(xié)議不能滿足應(yīng)用，仍然可以在數(shù)據(jù)域繼續(xù)定義自己的協(xié)議；數(shù)據(jù)可以主動(dòng)上傳或者輪詢方式。2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2．CAN總線接口

目前，CAN總線控制器基本全部集成在 MCU芯片內(nèi)部，CAN接口只需外擴(kuò)一個(gè)物理層收發(fā)芯片即可，見下圖：2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊圖4.15CAN總線通信接口電路2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.2.2基于RS-485接口的MODBUS通訊

CAN總線：為差分接收、差分發(fā)送，故由兩根線CANH

和CANL構(gòu)成CAN總線；為防止總線的高頻

干擾，可以在CANH、CANL和地之間分別

并接一個(gè)小電容，用于旁路高頻干擾；CAN總線收發(fā)均通過光耦進(jìn)行隔離?？偩€匹配電阻：R1，一般取值120歐姆，用于防止在總

線終點(diǎn)發(fā)生反射；2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.3工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議除了現(xiàn)場總線應(yīng)用行規(guī)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61784-1中包含的HSE、Ethernet/IP、Profinet之外，還包括EPA、EtherCAT、EthernetPowerLink、Vnet/IP、TCnet、Modbus/IDA等6個(gè)新的提案。2.4.3.1HSE（HighSpeedEthernet，高速以太網(wǎng)）HSE定位于實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)Internet的集成；HSE是現(xiàn)場總線基金會(huì)在據(jù)棄了原有高速總線H2之后的新作；HSE鏈接設(shè)備將H1網(wǎng)段信息傳送到以太網(wǎng)的主干上并進(jìn)一步送到企業(yè)的ERP和管理系統(tǒng)。2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.3.1HSE（HighSpeedEthernet，高速以太網(wǎng)）HSE定位于實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)Internet的集成；HSE在低四層直接采用以太網(wǎng)+TCP/IP；在應(yīng)用層和用戶層直接采用FFH1的應(yīng)用層服務(wù)和功能塊應(yīng)用進(jìn)程規(guī)范；2.4.3.2Profinet由Siemens開發(fā)并由ProfibusInternational支持，有3個(gè)版本；2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.3.2Profinet第一個(gè)版本：定義了基于TCP/UDP/IP的自動(dòng)化組件。采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP+以太網(wǎng)作為連接介質(zhì)，采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議加上應(yīng)用層的RPC/DCOM來完成節(jié)點(diǎn)之間的通信和網(wǎng)絡(luò)尋址。它可以同時(shí)掛接傳統(tǒng)Profibus系統(tǒng)和新型的智能現(xiàn)場設(shè)備。現(xiàn)有的Profibus網(wǎng)段可以通過一個(gè)代理設(shè)備（proxy）連接到Profinet網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，使整套Profibus設(shè)備和協(xié)議能夠原封不動(dòng)地在Profinet中使用。2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.3.2Profinet第二個(gè)版本：Profinet在以太網(wǎng)上開辟了兩個(gè)通道：標(biāo)準(zhǔn)的使用TCP/IP協(xié)議的非實(shí)時(shí)通信通道；另一個(gè)是實(shí)時(shí)通道，旁路第三層和第四層，提供精確通信能力。該協(xié)議減少了數(shù)據(jù)長度，以減小通信棧的吞吐量。為優(yōu)化通信功能，Profinet根據(jù)IEEE802.p定義了報(bào)文的優(yōu)先級。最多可用7級。2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.3.2Profinet第二個(gè)版本：Profinet在以太網(wǎng)上開辟了兩個(gè)通道：標(biāo)準(zhǔn)的使用TCP/IP協(xié)議的非實(shí)時(shí)通信通道；另一個(gè)是實(shí)時(shí)通道，旁路第三層和第四層，提供精確通信能力。該協(xié)議減少了數(shù)據(jù)長度，以減小通信棧的吞吐量。為優(yōu)化通信功能，Profinet根據(jù)IEEE802.p定義了報(bào)文的優(yōu)先級。最多可用7級。Profinet第三版：采用了硬件方案以縮小基于軟件的通道，以進(jìn)一步縮短通信棧軟件的處理時(shí)間。為連接到集成的以太網(wǎng)交換機(jī)，Profinet第三版還開始解決基于IEEE1588同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪\(yùn)動(dòng)控制解決方案。2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.3.2Profinet第二個(gè)版本：Profinet在以太網(wǎng)上開辟了兩個(gè)通道：標(biāo)準(zhǔn)的使用TCP/IP協(xié)議的非實(shí)時(shí)通信通道；另一個(gè)是實(shí)時(shí)通道，旁路第三層和第四層，提供精確通信能力。該協(xié)議減少了數(shù)據(jù)長度，以減小通信棧的吞吐量。為優(yōu)化通信功能，Profinet根據(jù)IEEE802.p定義了報(bào)文的優(yōu)先級。最多可用7級。Profinet第三版：采用了硬件方案以縮小基于軟件的通道，以進(jìn)一步縮短通信棧軟件的處理時(shí)間。為連接到集成的以太網(wǎng)交換機(jī)，Profinet第三版還開始解決基于IEEE1588同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪\(yùn)動(dòng)控制解決方案。2.4計(jì)算機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)2.4.3.3Ethernet/IPEthernet/IP（Ethernet/IndustrialProtocol，以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議）。由ROCKWELL定義，并由ODVA和ControlNetInternational

支持；采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間的點(diǎn)對

點(diǎn)連接，能同時(shí)支持10Mbps和100Mbps以太網(wǎng)商業(yè)產(chǎn)品。由IEEE802.3物理層和數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)、TCP/IP協(xié)議組和控

制與信息協(xié)議CIP（ControlInformationProtocol）等三個(gè)部

分組成，前面兩部分為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)，其特色就