第六章 工控机数据通信与控制网络
问题 1 RS-485/RS-422接口为何在停止通信时接收器仍有数据输出？
RS-485/RS-422在发送数据完成后，要求所有的发送使能控制信号关闭且保持接收使能有效，此时，总线驱动器进入高阻状态且接收器能够监测总线上是否有新的通信数据。但是由于此时总线处于无源驱动状态（若总线有终端匹配电阻时，A和B线的差分电平为0，接收器的输出不确定，且对AB线上的差分信号的变化很敏感；若无终端匹配，则总线处于高阻态，接收器的输出不确定），容易受到外界的噪声干扰。当噪声电压超过输入信号门限时（典型值±200mV），接收器将输出数据，导致对应的UART接收无效的数据，使紧接着的正常通讯出错；另外一种情况可能发生在打开/关闭发送使能控制的瞬间，使接收器输出信号，也会导致UART错误地接收。解决方法：1）在通讯总线上采用同相输入端上拉（A线）、反相输入端下拉（B线）的方法对总线进行钳位，保证接收器输出为固定的“1”电平；2）采用内置防故障模式的MAX308x系列的接口产品替换该接口电路；3）通过软件方式消除，即在通信数据包内增加2-5个起始同步字节，只有在满足同步头后才开始真正的数据通讯。
问题 2 采用RS-485/RS422接口通讯时，在什么条件下需要采用终端匹配？电阻值如何确定？如何配置终端匹配电阻？
在长线信号传输时，一般为了避免信号的反射和回波，需要在接收端接入终端匹配电阻。其终端匹配电阻值取决于电缆的阻抗特性，与电缆的长度无关。RS-485/RS-422一般采用双绞线（屏蔽或非屏蔽）连接，终端电阻一般介于100至140Ω之间，典型值为120Ω。在实际配置时，在电缆的两个终端节点上，即最近端和最远端，各接入一个终端电阻，而处于中间部分的节点则不能接入终端电阻，否则将导致通讯出错。
问题 3为什么在RS-485/RS-422构成的通信网络中,传输数据包时经常出现多出一个数据或少一个数据的现象?
一般在点-多点通信系统中会经常出现这个问题, 归纳出现的原因大致如下: 1) 在半双工通信中,一般可以通过禁止RS-485收发器接收使能或UART内部的接收使能,以保证不出现自发自收，进而减少CPU的开销。当数据发送完成后，RS-485接收器和内部UART将回到允许接收状态而发送器将关闭，在此状态切换过程中，可能出现RS-485接收器输出低电平跳变，而此时UART已经允许接收，从而导致多接收一个字节。 正确处理方法应该为：从接收状态向发送状态转换时，先禁止内部UART的接收使能，再打开接口的发送器使能，然后，允许内部UART的发送使能，开始发送数据；从发送状态向接收状态转换时，先禁止内部UART的发送使能，再关闭接口的发送使能（如果接口的接收使能被禁止，则紧跟着打开接口的接收使能），在延时2至4个NOP指令后，才打开内部UART的接收使能。
2）对于大多数UART来说，内部发送缓冲器\空\会产生中断或置对应的标志位，但此时数据不一定真的发送完成，因为数据有可能还在输出移位寄存器中。如果仅靠发送缓冲的状态来判断一包数据是否发送完成，从而决定是否关闭内部UART的发送使能和接口的发送使能，则这个数据包的最后一个字节将不会发送到总线上，以致对方会少接收一个字节。此类问题会出现在MAX3100、MAX3140和PIC系列单片机等类似情况的UART中，请用户应用中注意此类问题。
问题 4 MAX232/MAX202接口输出的电平为何比计算机输出的RS-232电平低？
答：由于计算机内部的RS-232接口多数采用±12V供电的接口芯片，而MAX232/MAX202及其它多数Maxim的RS-232接口都是采用单电源（+3.3V或+5V）供电，由内部的电荷泵电路（倍压和倍压反相两种方式）产生接口所需的电源，这样就简化了电源设计。由于工作在倍压和倍压反相的电荷泵输出电压最高为±2×Vin（空载时），且带载能力有限，不管怎样，多数Maxim接口驱动器还是能够保证幅值在±5V以上，以满足RS-232接口端±3V的接收门限值
问题 5以太网应用于现场设备间通信的关键技术 ① 实时通信技术
其中采用以太网交换技术、全双工通信、流量控制等技术，以及确定性数据通信调度控制策略、简化通信栈软件层次、现场设备层网络微网段化等针对工业过程控制的通信实时性措施，解决了以太网通信的实时性。 ② 总线供电技术
采用直流电源耦合、电源冗余管理等技术，设计了能实现网络供电或总线供电的以太网集线器，解决了以太网总线的供电问题。 ③ 远距离传输技术
采用网络分层、控制区域微网段化、网络超小时滞中继以及光纤等技术解决以太网的远距离传输问题。 ④ 网络安全技术
采用控制区域微网段化，各控制区域通过具有网络隔离和安全过滤的现场控制器与系统主干相连，实现各控制区域与其他区域之间的逻辑上的网络隔离。 ⑤ 可靠性技术
采用分散结构化设计、EMC设计、冗余、自诊断等可靠性设计技术等，提高基于以太网技术的现场设备可靠性，经实验室EMC测试，设备可靠性符合工业现场控制要求。 问题 6计算机网络体系之所以采用层次结构的主要原因是： a)层次结构允许每一层只能同相邻的上下层次发生联系 b)层次结构优于模块化结构
c)使各层次的功能相对独立，使得各层次实现技术的进步不影响相临层次，从而保持体系结构的稳定性
d)层次结构的方法可以简化计算机网络的实现 问题 7数据通信对信道的要求和常用信道
由于数据通信中传送的是由“1”或“0”组成的信息码组，只要信息码组中有一位出错，所收到的信息意义就有可能完全不一样，由于所传送的“1”或“0”的数字信息都是直接送入计算机的，如果有错误的信息送入计算机以后就会影响数据的处理或者程序的执
行，所以对传输信道的要求就比传统的通信传输信道要高。
数据通信常用信道有两大类，有线和无线信道，有线信道包括同轴和双绞线电缆，光纤等，无线信道包括无线电、微波、红外线。 问题 8 简述模拟数据的数字信号编码过程。
将模拟数据进行数字信号编码实际上是将模拟数据转换成数字数据，或称为数字化过程。将一个模拟信号转换为二进制数码脉冲序序列的过程称为脉冲调制过程。脉冲调制过程编码过程简述如下：采样：每隔一定的时间对连续模拟信号采样，模拟信号就成为“离散”的模拟信号，这也成为一组序列。量化：这是一个分级过程，把采样所得到的脉冲信号按量级比较，并且“取整”，这样脉冲序列就成为数字信号了。编码：用以表示采样序列量化后的量化幅度，它用一定位数的二进制码表示。 问题 9 简述数据传输方式。
1）基带传输与频带传输
基带是指电信号所固有的频带，直接将这些电脉冲信号进行传输，就称为基带传输，它不适合远距离传输。
先进行调制使其频率变窄，再传输，则称为频带传输。 2）串行传输与并行传输
数据在一个信道上按位依次传输的方式称为串行传输， 数据在多个信道上同时传输的方式称为并行传输。 3）异步传输
发送端仅发送数据位，而不发送同步时钟，接收端根据双方事先约定的时间（波特率）进行接收，即发送时钟与接收时钟不同步 问题 10同步传输的优缺点异步传输的优缺点。 1）同步传输的优缺点
传输效率高，字符传输中不需要加起始位和停止位，其缺点是需增加一根时钟传输线 2）异步传输的优缺点
不需要时钟传输线，但字符传输中需要加起始位和停止位，因而传输效率较低 问题 11 帧传输（必须采用ASCII码传输）及其优缺点。 1）将要传输的信息（数据）组成一个包
首先发送数个同步字符（SYN），随后开始发送帧起始字符（STX），紧接着发送数据 最后发送帧结束字符（ETX） 2）采用帧传输的优缺点
传输速率高，占用CPU时间少，数据可靠；缺点是要将原码转化成ASCII码，效率下降了一半。
问题 12 异步通讯适配器同步通讯适配器
1）异步通讯适配器。由地址译码电路，8250异步通讯器件，EIA接收、发送器件，晶振电路和25针或9针D型插头组成，异步通讯适配器有自己独立的时钟（晶振），发送和接收数据都根据自己的时钟，以及协议进行。可以节省时钟联接线，降低硬件成本。 2）同步通讯适配器。也是完成二进制数据串、并相互转换的设备，同步通讯适配器间的数据流是连续且同步的，两个异步通讯适配器间的数据流是不连续的，而是一个字符一个字符地进行同步的，同步通讯适配器有两类最常用的协议，即SDLC（同步数据链路控制）和BSC（二进制同步通讯）。 问题 13 RS—422电路组成。
发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器等。
RS-422每个通道要用二条信号线，只能有一个发送器，可以有多个接收器，因此通常采用点对点通讯方式。 TTL电平
RS-422电气连接图 发送器 RS-422电平 － 接收器 + TTL电平