《网络控制技术 1》山东大学测试答案
山东大学 网络控制技术 课程答案 学年 学期题号一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总分
得分
得分
阅卷人
一、基本概念（每小题3分，共60分）1、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。
2、数据编码分几种？什么是曼彻斯特编码？
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。
曼彻斯特编码：是常用的基带信号编码。它具有内在的时钟信息，因而能使网络上的每一个系统保持同步。在曼彻斯特编码中，时间被划分为等间隔的小段，其中每小段代表一个比特。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段所传信号是该时间短传送比特值的反码，后半时间段传送的是比特值本身。
3、计算机局域网拓扑结构最常见的有哪几种？
答：计算机局域网拓扑结构主要有：星型拓扑结构、环形拓扑结构、总线型拓扑结构和树形拓扑结构。
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”。
6、BasicCAN与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。
7、 Lon总线有什么特点?
答：Lon总线的特点：
a)开放性：网络协议开放，对任何用户平等。
b)通信媒介：可用多种媒介进行通信，而且在同一网络中可以有多种通信媒介。
c)互操作性：任何制造商的产品都可以实现互操作性。
d)网络结构：可以是主从式，对等式或客户/服务器结构。
e)网络拓扑：有星型，总线形，环形及自由形。
f)网络通信采用面向对象的设计方法。
g)通信的每帧有效字节数可从0到288B。
h)通信速率可达1.25Mbit/s，有效距离130m。
i)一个测控网络上节点数可达32000个。
j)提供强有力的开发平台。
k)LonWorks技术核心元件：Neuron内部装有3个8位微处理器和34种I/O对象及定时器/计数器，还具有通信和控制功能。
l)改善了CSMA，采用可预测P坚持CSMA，负载很重的情况下，不会导致网络瘫痪。
8、神经元芯片的Service Pin引脚有什么作用？
答： I/O（内嵌可配置上拉电阻），服务引脚。工作期间指示灯输出。
9、Lon总线主要有哪几种收发器？
答：Lon总线收发器主要有：
双绞线收发器
PLT-22电力线收发器
PL3120和PL3150电力线智能收发器。
无线收发器
10、LonWorks采用什么通信协议？具有什么特点？
答：采用LonTalk协议。
LonTalk协议特点：
1 ) LonTalk协议采用分级编址方式，即域、子网和节点地址。
2 ) LonTalk协议支持多种通信介质。
3 ) 互操作性强，网络上任意节点可以对其他节点进行操作，传输控制信息。
4 ) 响应时间快，通信安全可靠。
11、什么是网络变量？作用是什么？
答：网络变量是LonTalk协议中表示层的数据项，网络变量可以是单个的数据项， 数据结构或数组，其最大长度可达31个字节，网络变量用关键字Network定义。
每个网络变量有应用程序表明其数据类型。对于基于芯片的节点来说，当在一个应用程序中通过赋值操作引起了输出网络变量的变化，神经芯片固件将自动的用 LonTalk协议服务在网络上传播其更新的值。
第 1 页共5 页12、LonTalk协议的网络地址分哪几层结构？一个域最多有多少个节点？
答：域地址，子网地址，节点地址，组地址，神经芯片标识。
一个域最多有255*127=32385个节点。
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。
第 页共
第 得分
阅卷人
二、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10分）
发送数据BIT序列为10100101101（f（x））
生成多项式BIT序列为10011（G（X））
参考答案：
发送数据BIT序列为10100101101（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。
f（x）*=101001011010000;
G（X）=10011;
f（x）*/ G（X）=Q(X)+ R(X)/G(X);
按模2运算，R(X)=1000；
得分
阅卷人
三、CANBUS 硬件节点设计（共20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20，通讯波特率为100Kbps。
画出硬件电路图。
画出CAN初始化程序流程图
编写CAN初始化程序参考答案：1、硬件电路图
2、CAN初始化子程序流程图
3、程序清单。CAN初始化子程序清单如下：
NODE
EQU
20H
；节点号缓冲区
NBTR0
EQU
31H
；总线定时寄存器0缓冲区
NBTR1
EQU
32H
；总线定时寄存器1缓冲区
TXBF
EQU
40H
；RAM内发送缓冲区
RXBF
EQU
50H
；RAM内接收缓冲区
CR
EQU
0BF00H
；控制寄存器
CMR
EQU
0BF01H
；命令寄存器
SR
EQU
0BF02H
；状态寄存器
IR
EQU
0BF03H
；中断寄存器
ACR
EQU
0BF04H
；接收码寄存器
AMR
EQU
0BF05H
；接收码屏蔽寄存器
BTR0
EQU
0BF06H
；总线定时寄存器0
BTR1
EQU
0BF07H
；总线定时寄存器1
OCR
EQU
0BF08H
；输出控制寄存器
CDR
EQU
0BF1FH
；时钟分频寄存器
RXB
EQU
0BF14H
；接收缓冲器
TXB
EQU
0BF0AH
；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
BTR0 =43H，BTR1=2FH
CANINI：
MOV
DPTR，#CR
；写控制寄存器
MOV
A，#01H
；置复位请求为高
MOVX
@DPTR，A
CANI1：
MOVX
A，@DPTR
；判复位请求有效
JNB
ACC.0，CANI1
MOV
DPTR，#ACR
；写接收码寄存器
MOV
A，NODE
；设置节点号
MOVX
@DPTR，A
MOV
DPTR，#AMR
；写接收码屏蔽寄存器
MOV
A，#00H
MOVX
@DPTR，A
MOV
DPTR，#BTR0
；写总线定时寄存器0
MOV
A，NBTR0
；设置波特率
MOVX
@DPTR，A
MOV
DPTR，#BTR1
；写总线定时寄存器1
MOV
A，NBTR1
MOVX
@DPTR，A
MOV
DPTR，#OCR
；写输出控制寄存器
MOV
DPTR，#OCR
；写输出控制寄存器
；写控制寄存器
MOV
A，#0FAH
MOVX
@DPTR，A
MOV
DPTR，#CDR
；写时钟分频寄存器
MOV
A，#00H
；将CAN工作模式设为
；BasicCAN模式时钟2分频
MOVX
@DPTR，A
MOV
DPTR，#CR
；写控制寄存器
MOV
A，#0EH
；开放中断源
MOVX
@DPTR，A
RET
得分
阅卷人
四、谈谈你对现场总线技术的认识。（共10分）
（不少于500字）
答：
现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
现有的多数现场设备，为提高其性价比，在实现其内部操作时都采用了微处理器和数字化元件，于是就提出了必须在这些领域的数字设备之间实现数字通信的要求。采用现场总线的目的就是为了满足这种要求，为工业领域中的测量和调节控制设备提供实现串行数字通信的手段。
对于现场总线，一方面把传统的模拟仪表变成数字仪表，变单一功能为多项功能，实现现场仪表的互操作和互换信息；另一方面是把DCS（分散型控制系统）变成FCS（现场控制系统），在现场建立开放式的现场通信网络，实现全系统的数字通信网络化。现场总线有以下优点：
1.一对N的结构，一对传输线，可以对应多台现场数字仪表，也可采用多种网络拓扑结构，简化了工程设计，降低了工程费用。
2.现场总线采用数字信号传输。
3.实现远程监控
4.综合多种功能，以微处理器为基础的数字仪表具有多种功能；另外数字调节阀直接从现场总线接收数字调节信号，在现场总线上就可以构成回路，把原来的DCS站的功能下放到现场仪表，实现彻底的分散，提高系统的可靠性。
目前，较为流行的现场总线有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART（过渡协议）等。
对于现场总线的理解，应注意以下几点：
1、现场总线技术的本质是网络通讯技术。
2、现场总线的本质是现场传感器和执行器等设备与控制装置之间的通讯，它本身既不 能取代现场设备，也不能代替PLC/DCS/IPC等控制装置。
3、现场总线的成本大大提高了，每个传感器都要有单独的信号放大调理电路、A/D转换、载波与通讯电路、电源部件及其它智能部件。
4、现场总线由于所有信息均需通过总线串行交换，其实时性不得不受限制。
5、现场总线由于能大大减少电缆，所以对大楼布线这样的对电缆数量有要求的场合十分有意义。
6、工业应用中，机电设备、小型系统、重要安全的装置或系统不宜用现场总线。
7、工业中2/3以上的开关量信号（短距离时）不宜用现场总线。
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