测控网络复习题Word文档格式.docx
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系统的开放性
互可操作性与互用性
现场设备的智能化与功能自治性
系统结构的高度分散性（分散功能块）
对现场环境的适应性
4.现场总线控制系统的基本组成？
现场设备－－微处理器芯片以及外围电路组成。
（智能仪表）传感器,执行器,路由器,用户接口,网关等。
传输介质－－双绞线、同轴电缆、射频、光纤、电线等。
5.典型的现场总线通信协议模型？
为了满足实时性要求，也为了实现工业网络的低成本，现场总线采用的通信模型大都在OSI模型基础上进行了不同程度的简化。
大多采用了其中的第1层、第2层和第7层，即物理层、数据链路层和应用层，并增设了第8层，即用户层。
6.典型的现场总线技术有哪些？
FF（FoundationFieldbus）基金会现场总线
PROFIBUS（ProcessFieldBus）过程现场总线
LonWorks（LocalOperatingNetwork）局部操作网络
CAN（ControllerAreaNet）控制局域网络
HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）可寻址远程传感器数据通路
DeviceNet
第2章复习思考题
1.数字通信系统由哪几部分组成？
各部分的主要功能？
相对于模拟通信，数字通信有何特点？
答：
数字通信由硬件部分和软件部分两部分组成。
其硬件部分包括发送设备、接收设备和信道。
其发送设备的主要作用是对信号进行编码，变换为适合在新岛内传输的信号。
接受设备的作用是从带有干扰的信号中正确的恢复出原信号，并进行解码、解密等。
信道的作用是传输信号的载体。
而软件部分则决定了通信的语法、语义和时序。
数字通信的优点有：
（1）抗干扰、抗噪声性能强。
由于传输的信号是二进制信号（“0”和“1”两种状态），只要不影响判决的正确性，即使波形失真也不会影响再生后的信号波形。
（而在模拟通信中，如果模拟信号叠加上噪声后，即使噪声很小，也很难消除它。
）
数字信号经中继再生后可消除噪声积累。
（2）差错可控。
（纠错编码技术）
（3）易加密，保密性好。
（4）易于与现代技术相结合。
缺点：
（1）频带利用率不高。
数字信号占用频带宽。
例如：
一路模拟电话占4KHz带宽；
一路数字电话占20KHz～64KHz的带宽。
（2）需要严格的同步系统。
因此，设备比较复杂，体积比较大。
2.数字通信系统的主要性能指标有哪些？
（1）有效性。
指通信系统传输信息的速率问题，即快慢问题。
用传输速率（码元传输速率波特率，信息传输速率比特率）和频带利用量（单位带宽内的码元传输速率或信息传输速率）来衡量。
（2）可靠性。
指通信系统传输信息的质量问题，用误码率衡量。
（3）通信信道的频率特性。
信号数据传输速率越高，所需的有效频带越宽。
换言之，传输系统的频带越宽，系统能传输的数据率越高。
（4）连续信道的信道容量。
信道在单位时间内可能传送的最大比特数，或称为最大数据传输速率。
3.什么是码元速率？
什么是信息速率？
它们之间的关系如何？
码元速率RB是指单位时间（每秒种）内传输码元的数目。
信息速率Rb是指单位时间（每秒种）内传输的信息量。
它们之间的关系：
二进制：
=M进制：
=×
M
4.在1200bit/s的电话线路上，经过测试，在1小时内共有108bit误码信息，该系统的误码率是多少？
108bit/1200*60*60bit=2.5*
5.已知某标准电话信道带宽为3.4KHz。
如果要求信道的信噪比为40dB,试求信道容量C；
如果信道的最大信息传输速率为9600bit/s，试求信道所需的最小信噪比。
由C=B（1+S/N）
C—信道容量bps
B—信道带宽Hz
S/N—信噪比
So，C=3400（1+40）=18215.6bit/s
9600=3400（1+S/N）
S/N=6.08dB
6.已知某信源发送10Mbit的信息，设信道带宽为8kHz，信噪比为20dB，问传送这一信息需要多少时间？
由C=B（1+S/N），C=8000（1+20）=35138.5hz
/35138.5=28.46s
7.什么是数字基带传输？
数字频带传输？
在数字基带传输系统中同步提取电路的作用是什么？
数字基带传输是指在数字通信的信道上直接传送数据的基带信号，即按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制，是最基本的数据传输方式。
数字频带传输是在计算机网络系统的远程通信中把数字信息调制成频带数字信号后再发送和传输，到达接收端时再把频带数字信号解调成原来的数字信号的传输技术。
同步提取电路可以提取收到信号中的定时信息。
8.试采用曼彻斯特码、差分曼彻斯特码和单极性非归零码对数据流1001001110编码。
曼彻斯特码:
1
差分曼彻斯特码
单极性非归零码
9.什么是调制与解调？
调制是利用改变一个周期信号（载波）的一个或多个属性来传送信息的调制信号的过程。
解调是调制的逆过程，是将信息恢复成基带的过程
10.什么是信号的包络解调法和相干解调法？
包络检波是指利用包络线将输出信号从已调信号检出的幅度解调。
相干解调也叫同步检波，是指利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘，以次恢复出一个与调制载波严格同步的相干载波。
11.什么是数字调制？
它和模拟调制有哪些异同点？
数字调制是指用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程。
主要区别：
模拟调制需要对载波信号的参量连续进行调制。
（强调已调参量与代表消息的模拟信号之间的比例特性）
数字调制则用载波信号的某些离散状态来表征所传输的信息。
（强调已调参量与代表消息的数字信号之间的对应关系）
12.已知调制信号m（t）=cos（2000πt）+cos（4000πt），载波为cos104πt，进行单边带调制，试确定该SSB信号的表示式，并画出频谱图
13.常用差错控制方法有哪些？
各有什么特点？
前向纠错法、反馈重发纠错法、混合纠错方式
前向纠错法的特点：
接收端自动纠错，解码延时固定，实时性好;
无需反馈信道，能用于单向传输信道。
特别适用于单点向多点同时传送的方式，如广播方式。
为获得高的纠错能力，纠错码需较大的冗余度（25～50％），
传输效率下降。
FEC方式控制规程简单，但实际的译码设备比较复杂。
反馈重发纠错法的特点：
通信效率低（整个系统可能长期处于重传状态）
由于反馈重发的随机性，因此用户收到的信息也是随机到达的。
因此，ARQ方式不大适合实时传输系统。
控制规程和过程比较复杂。
混合纠错方式的特点：
可降低FEC方式的复杂性
可改善ARQ方式信息连贯性差，通信效率低的特点
可使整个系统的误码率达到很低的水平。
14.写出下列信息序列方阵校验码的编码：
11001101
00100011
10101100
11110000
采用偶校验的方式：
110011011
001000111
101011000
111100000
101100100
11001101100100011110101100011110000010*******
15.已知信息码为1010001101，设生成多项式G（x）=+++1，求循环校验码。
多项式比特序列：
110101
数字比特序列：
101000110100000
101000110100000/110101=1101001100
16.什么是频分多路复用？
什么是时分多路复用？
各有何特点？
频分多路复用是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术。
时分多路复用是指以时间作为信号分隔的参量，即信号在时间上分开，但所占用的频带是重叠的一种多路复用技术。
频分多路复用的特点：
系统效率较高，充分利用了传输媒介的带宽，技术成熟。
对信道的非线性失真有较高的要求
设备复杂，不易于小型化
技术本身不提供差错控制功能，不便于性能监测。
正逐渐被时分复用技术取代。
时分多路复用的特点：
抗干扰能力强
数字电路便于集成，有利于设备小型化，降低成本。
由于直接提供数字传输信道，因此非常适合于数据传输和其它数字信号传输。
便于加密
适合光纤传输
易于与数字程控交换系统相结合，构成综合数字网
17.什么是位同步？
帧同步？
位同步：
在接收端产生一个码元定时脉冲序列，其重复频率与相位要和接收码元一致，以保证接收点的定时脉冲重复频率和接收端码元速率相同，保证取样判决时刻对准最佳取样判决位置。
帧同步：
在接收端识别出每帧的起始时刻，从而正确的分离各路信号。
18.简述数字锁相环的工作原理。
数字锁相环通过闭环跟踪的方法使本地时钟能跟踪发送时钟的变化。
首先，鉴相器把输入信号相位与压控振荡器输出信号相位进行比较，输出一个反映两信号相位差大小的误差电压。
环路滤波器将误差电压中的高频成分和噪声滤除掉后，加到压控振荡器上。
而后，在环路滤波器输出的误差电压的作用下，压控振荡器使频率向输入信号频率靠近，直到最后频率相等而相位同步实现锁定。
19.何为介质控制访问方式？
计算机通信中常用的介质控制访问方式有哪些？
当同一时间有几个设备同时争用传输介质时，需用某种介质访问控制方式来协调各设备访问介质的顺序，以便设备之间交换数据。
这种用于解决介质争用冲突的方法叫介质控制访问方式
计算机通信中常用的介质控制访问方式有CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）、令牌（标记）访问控制方式、时分复用等。
CSMA/CD信息传输时间是不确定的。
CSMA/CD一般采用总线网络拓扑。
令牌（标记）环形访问控制方式具有较高的信息传输的确定性。
适合在实时系统中使用。
可靠性低。
环上任何站点出故障，将使整个环路通信瘫痪。
时分复用共享介质的每个节点预先分配好一段特定的占用总线的时间。
20.什么是线路交换？
什么是报文交换？
什么是分组交换？
线路交换技术是一种直接的交换方式，它为一对需要进行通信的装置（站）之间提供一条临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，既可是物理通道又可是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。
报文交换是一种信息传递的方式。
报文交换不要求在两个通信结点之间建立专用通路。
其基本思想是先将用户的报文存储在交换机的存储器中，当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或用户终端，报文交换系统又称“存储—转发”系统。
在通信过程中，通信双方以分组为单位、使用存储-转发机制实现数据交互的通信方式，被称为分组交换“分组交换”与“报文交换”技术类似，但规定了交换机处理和传输的数据长度（称之为分组），不同用户的数据分组可以交织地在网络中的物理链路上传输。
是目前应用最广的交换技术，它结合了线路交换和报文交换两者的优点，使其性能达到最优。
例：
试采用曼彻斯特码、差分曼彻斯特码和单极性非归零码对数据流1011001010编码。
第3章复习思考题
1.ISO/OSI参考模型的层次结构。
2.异步通信协议和同步通信协议各有何特点？
典型的异步通信协议和同步通信协议有哪些？
异步通信协议的特点：
（1）对收发双方的时钟同步要求不高，允许接收端和发送端的位周期之间存在一定误差。
（因为收发双方每传输一个字符就重新校正一次同步关系，不易造成时钟误差的累积）
（2）由于每个字符都加了起止位，并且字符之间夹有不定长度的时间间隙，从而降低了信息传输的效率。
一般用于数据速率较慢的场合。
同步通信协议的特点：
收发之间必须有确定的时间关系，不仅要保持块的同步，而且也要保持位的同步。
3.HDLC协议中是如何实现数据透明传输的？
在HDLC信息帧格式中，N（S）和N（R）分别表示什么，有何作用？
保证数据透明性的措施：
“0比特插入与删除技术”－－在一帧起始与结束标志之间，每当出现5个连续的二进制“1”后，发送器就会插入一个附加的“0”。
从而保证除了标志外，帧内没有多于5个连续“1”的情况出现。
接收时，检测到起始标志后，随时检查出现5个连续“1”之后的比特，如为“0”，则删除；
如为“1”，再检测下一个比特。
如果第7个比特是“0”，则表示为标志，表明这一帧的结束；
如为“1”，则表示是错误，接收站拒收该帧。
发送顺序号N（S）：
指明当前发送帧的编号。
接收顺序号N（R）：
期望接收的帧序号，同时表明N－1号帧及其之前各帧已收妥。
（“捎带技术”）
N（S）和N（R）用于全双工通信的帧的发送与接收顺序控制、差错控制与流量控制等通信控制。
第4章复习思考题
1.RS-232和EIA-485总线电气接口电路有什么区别？
RS232是非平衡型，信号发生器和接收器均采用非平衡工作方式。
每个信号使用一根导线，所有信号公用一根地线。
工作时至少需要数字地线、发送线和接受线三条线（异步传输），还可以加其它控制线完成同步等功能。
EIA-485是平衡型，采用半双工工作，发收不能同时进行。
但它采用平衡差分电路，其抑制共模干扰；
不受节点间接地电平差异的影响，只需要一对双绞线。
2.RS－232电平和TTL电平之间有什么区别？
如何将RS232电平与TTL电平接口？
EIA-232-D：
采用正负电压表示信号的逻辑状态。
由于逻辑1和逻辑0用相反的电压表示，两种状态之间的电压差较大，可提高数据传输的可靠性。
提高抗干扰能力，增加传输距离。
TTL电平：
以高低电平表示逻辑状态。
MAX232可实现TTL/CMOS电平（0～5V）与RS－232电平（±
10V）的双向电平转换。
工作电压＋5V。
（内部有电压倍增电路和转换电路）
3.异步串行通信规程中的起始位与停止位的作用是什么？
在异步串行通信中，一个字符是靠起始位和终止位来进行字符同步的。
4.通用异步通信控制器INS8250的主要功能是什么？
怎样实现其内部诸多寄存器的寻址？
INS8250的寄存器具有10个8位寄存器除数寄存器是16位的，占用两个连续的8位端口。
内部寄存器用引脚A0～A2来寻址；
同时还要利用通信线路控制寄存器的最高位，即除数寄存器访问位DLAB的0和1两种状态，来区别共用1个端口地址所访问的两个寄存器
5.如何组建基于EIA485的测控网络？
EIA485网络的基本调度管理方法是怎样的？
（1）网络拓扑
工业数据通信中的485网络大多采用总线或树形拓扑。
如果485网络中的每个节点都具有全双工端口，还可以使用环形拓扑。
（2）添加地线
由于EIA－485节点间的信号传输需要通过接地线形成电流通路。
在节点连接中添加一根接地线是确保节点间形成接地通路的可行方法。
这时需要3根线作为节点间的总线通路。
（3）电气隔离
可分为信号隔离（光耦合方式），电源隔离（变压器耦合方式）。
（4）屏蔽与接地
采用屏蔽电缆可以有效阻止电磁干扰对导线上通信信号的影响。
屏蔽层通常只在一点接地，如果系统使用单一电源，屏蔽地就在该电源附近。
（1）主从协议
主从协议是控制网络中常用的通信协议。
网段的一个节点被指定为主节点，其他节点为从节点。
由主节点负责控制该网段上的所有通信连接。
为了保证每个节点都有机会传送数据，主节点通常对从节点依次逐一轮询，形成严格的周期性报文传输。
主节点不停地传送报文给从节点，并等待相应的从节点的应答报文。
（2）通用串行协议
通用串行协议是一种采用串行通信和主从式介质访问控制方式实现自控设备间通信的工业控制网络协议。
其总线操作过程与PROFIBUS现场总线基本相同。
（3）Modbus与ModbusPlus
Modbus通信协议也是工业控制网络中用于对自控设备进行访问控制的主从式通信协议，由Modicon公司开发，在工业控制中得到广泛应用。
6.Modbus通信协议的RTU报文帧包括哪些内容？
包括：
前导标志码、地址域、功能域、数据域、校验域、结束码
第5章复习思考题
1.CAN测控网络技术的主要特征是什么？
1.通信方式灵活，多主站依据优先权进行总线访问，网络上任一节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其它节点发送信息，而不分主从。
2.借助接收滤波的多地址帧传送。
CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码。
而采用对通信数据报文进行编码。
报文标识码可由11或29位二进制数组成，因此可定义211或229个不同报文。
不同的节点可接收相同的数据，这使CAN组成的通信网在点对点、点对多点及广播方式之间没有区别。
3.采用非破坏性的基于优先权的位仲裁技术。
以报文为单位进行数据传递、广播给网络中所有节点。
每个报文的起始部分有一个唯一的11位或29位的标识符ID。
在总线访问期间，标识符定义了一个静态的（固定的）报文优先权。
标识符值越高的报文优先级越低,反之越高。
11位标识符就意味着有211=2048种数据帧,也就有2048种优先权。
4.CAN上的节点数理论上可以为211或229，采用扩展帧格式，其个数几乎不受限制。
但为了保证信号的稳定、有效以及实时处理能力,实际节点数现在只能达到110个。
5.网络上的信息可以分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求。
6.CAN采用短帧结构。
每一个报文的数据段为8个字节，通信时间短，保证了通讯的实时性；
受干扰概率低，具有极好的检错效果。
7.CAN总线采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。
8.直接通讯距离可达10km（速率5kb/s以下），最高通讯速率可达1Mb/s（此时距离最长为40m）。
9．通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。
10．CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。
2.CAN总线定义了哪两种互补的逻辑状态？
为什么说它是实现CAN按位仲裁的基础？
“显性”或“隐性”。
显性数值表示逻辑“0”，而隐性数值表示逻辑“1”。
在“隐性”状态下，VCAN-H和VCAN-L被固定于平均电压电平，Vdiff近似为0。
在总线空闲或“隐性”位期间，发送“隐性”状态。
“显性”状态以大于最小值的差分电压表示。
当在总线上同时发送显性和隐性位时，其结果是总线数值为显性（即“0”与“1”的结果为“0”），实现“线与”逻辑。
所以说它是实现CAN按位仲裁的基础
3.CAN报文标识符的作用是什么？
报文标识符的RTR是远程发送请求位，在数据帧中必须是“显位”，在远程帧中是“隐位”。
报文标识符的IDE是标识符扩展位，标准格式中的为“显性”、扩展格式中的为“隐性”。
报文标识符的DLC是数据长度代码，可用来规定数据长度。
SRR是替代远程请求位，可以替代远程请求。
4.与以太网的CSMA／CD介质访问控制方法相比，CAN的按位仲裁方式有什么优点和局限性？
CAN总线解决总线冲突的方法比以太网的CSMA／CD方法有很大的改进：
CAN控制器发送数据时，按字节的高位到低位的顺序进行串行发送
在发送的同时进行接收，同时将收到的数据与发送的数据逐位进行比较。
标识符二进制数值低的报文具有更高的优先级。
仲裁丢失的节点等到总线空闲后，再重新进行报文发送。
在总线仲裁阶段之后，发送节点仍将发送数据与接收数据逐位进行比较，这叫做“位校验”。
若接收数据与发送数据不一致，则出现“位出错”，节点发送出错帧。
除发送节点和总线脱离节点外，其他节点均为接收节点。
接收节点不停地接收总线上的传输报文，由此不停地监测总线传输的错误状态。
每个监听到总线上有传输错误的节点，都会发激活或认可错误帧，故总线上的错误帧是由多个节点发送的错误标志叠加而成的。
CAN的位仲裁方式的不足和局限性：
当具有高优先级的节点以足够高的频率向总线上发送数据时，那么具有较低优先级的节点可能每次要求向总线上发送数据时，同时都有一个具有更高优先级的节点同时也要求发送，那么每次具有较低优先级的节点都会在总线竞争中失败，从而导致它一个数据都发送不出去，或者数据具有较大延时。
对于测控应用来说，当延时超过某个预定值时，接收到的数据就已经失去了实际意义。
在采样或控制过程中，各个节点发送的数据对于控制来说具有同等的重要性是平等的。
5.CAN报文帧的类型有哪些？
各有何作用？
标准帧和扩展帧的主要区别是什么？
数据帧:
将数据从发送器传输到各个接收器。
远程帧:
请求发送具有同一标识符的数据帧。
错误帧:
任何单元检测到总线错误就发出错误帧。
过载帧:
为相邻数据帧或远程帧之间提供附加的延时。
扩展帧含有29位标识符，标准帧含有11位标识符
6.数据帧和远程帧的主要区别是什么？
远程帧的远程发送请求位是隐性，远程帧不存在数据场。
但远程帧中数据长度码的值（0~8）要与对应数据帧的数据字节数相同。
7.具有相同标识符的数据帧和远程帧哪个优先权更高？
远程帧的优先级更高，因为远程帧的远程发送请求位是隐性，而标识符值越高的报文优先级越低,反之越高。
8.CAN总线位流编码方式？
帧中的位流按照非归零方法编码。
这意味着，在位总计时间内产生的位电平为常数。
一个完整的位电平要么是“显性”，要么是“隐性”。
按帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC序列的顺序编码。
当发送器在发送位流中检测到5个数值相同的连续位时，它在实际发送位流中，自动插入一个补码位。
数据帧或远程帧的其余位场（CRC界定符、ACK场和帧结束）和错误帧和超载帧为固定格式，不进行位填充。
9.CAN总线采用了什么同步方式？
CAN总线没有专用的时钟信号线，其采用硬同步和重同步。
硬同步只在报文帧的开始执行。
在空闲周期后网络中每个CAN控制器会用接收到
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