當(dāng)今時代，控制、計算機、通信、指揮以及信息技術(shù)（簡稱C41技術(shù)）共同推動著工業(yè)自動化、機器人、航空航天等領(lǐng)域的過程控制系統(tǒng)與自動測試系統(tǒng)的飛速發(fā)展，其中總線通信技術(shù)可以幫助系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的快速、可靠傳遞，是復(fù)雜系統(tǒng)各部件有機結(jié)合并實現(xiàn)高度集成的基礎(chǔ)。總線與通信技術(shù)使測控系統(tǒng)的部件和構(gòu)成很方便地由分立元器件發(fā)展到集成片、個人儀器的儀器插件、嵌入式系統(tǒng)、多處理器自動化裝置，再到目前的集散控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器。本教材圍繞測控系統(tǒng)與儀器的通信技術(shù)，介紹了測控總線與儀器通信的一般原理和方法，包括數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)、工業(yè)控制計算機網(wǎng)絡(luò)、簡單接口通信技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)總線通信、儀器專用總線、通用串行總線、航空航天測控總線和無線通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)等。
《測控總線及儀器通信技術(shù)（第二版）》可供測控技術(shù)與儀器、自動化、機電一體化等專業(yè)的本科生教學(xué)使用，也可以作為相關(guān)領(lǐng)域科技人員的技術(shù)參考資料。
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信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，自動化技術(shù)、自動測試技術(shù)已經(jīng)與計算機技術(shù)、通信技術(shù)高度地融為一體，傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)與自動測試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)方法發(fā)生了根本性變化。集中式局部自動化監(jiān)測控制系統(tǒng)已經(jīng)被以通信技術(shù)為核心的分布式綜合自動監(jiān)測控制系統(tǒng)所取代，自動測試系統(tǒng)也由單點測試系統(tǒng)發(fā)展到以總線技術(shù)為基礎(chǔ)的多點測試系統(tǒng)，以及以總線技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)。
本書涉及過程自動化系統(tǒng)、智能儀表、自動測試系統(tǒng)中所用到的通信技術(shù)，包括工業(yè)控制計算機網(wǎng)絡(luò)、簡單接口通信技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)總線通信、儀器專用總線、通用串行總線、航空航天測控總線和無線通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)等。編寫過程中充分考慮了測控技術(shù)與儀器專業(yè)的特點和知識結(jié)構(gòu)，試圖將各領(lǐng)域典型的測控總線與儀器通信技術(shù)介紹給學(xué)生。
本教材共11章。部分章節(jié)設(shè)有習(xí)題。
第1章為概論，介紹了基于通信技術(shù)的自動化系統(tǒng)、智能儀器、虛擬儀器、自動測試系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，以及測控總線與儀器通信技術(shù)研究的主要內(nèi)容。
第2章為數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)，介紹了數(shù)據(jù)通信的基本概念、原理和方法等。
第3章為工業(yè)控制計算機網(wǎng)絡(luò)，介
目錄
第1章概論1
1.1過程控制系統(tǒng)1
1.1.1生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的演變1
1.1.2我國生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展概況2
1.1.3計算機過程控制系統(tǒng)的基本組成3
1.2智能儀器與自動測試系統(tǒng)4
1.2.1概述4
1.2.2自動測試系統(tǒng)的組成4
1.2.3智能儀器與個人儀器5
1.3測控總線與儀器通信技術(shù)舉例8
1.4測控總線與儀器通信技術(shù)的基本內(nèi)容10
2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)12
2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念12
2.1.1信息12
2.1.2數(shù)據(jù)13
2.1.3信號13
2.1.4信道13
2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成14
2.3傳輸方式14
2.3.1并行傳輸方式及串行傳輸方式14
2.3.2基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸15
2.3.3單工方式、半雙工方式與全雙工方式15
2.4編碼15
2.4.1碼元15
2.4.2內(nèi)部碼與通信碼16
2.4.3編碼與解碼16
2.5復(fù)用技術(shù)17
2.5.1頻分復(fù)用17
2.5.2時分復(fù)用17
2.5.3波分復(fù)用17
2.6交換技術(shù)17
2.6.1線路交換方式17
2.6.2報文交換方式和報文分組交換方式17
2.6.3報文分組交換方式的實現(xiàn)方法18
2.7同步技術(shù)18
2.7.1幀與幀同步18
2.7.2位同步19
2.7.3字符同步19
2.8差錯控制方法20
2.9檢錯編碼21
2.10拓撲結(jié)構(gòu)23
2.11異步通信與同步通信24
第3章工業(yè)控制計算機網(wǎng)絡(luò)27
3.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述27
3.2計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)27
3.2.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述27
3.2.2開放系統(tǒng)互連與OSI七層參考模型29
3.3ARQ協(xié)議及算法32
3.4滑動窗口流控制技術(shù)33
3.5面向字符的數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議34
3.5.1概述34
3.5.2字符格式及傳輸控制字符35
3.5.3報文分類和報文格式36
3.5.4控制數(shù)據(jù)鏈路的工作過程37
3.6面向比特的數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議39
3.6.1HDLC協(xié)議的幾個基本概念39
3.6.2HDLC協(xié)議的幀格式40
3.6.3HDLC協(xié)議控制段(C)的分析和說明41
3.7局域網(wǎng)43
3.7.1局域網(wǎng)特點43
3.7.2局域網(wǎng)參考模型44
3.7.3局域網(wǎng)的存取控制方法44
3.8IEEE802標(biāo)準(zhǔn)48
3.8.1IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的幾點說明48
3.8.2邏輯鏈路控制協(xié)議51
3.9MAP及相關(guān)協(xié)議54
3.9.1MAP的基本內(nèi)容55
3.9.2MAP的基本單元及組成57
3.9.3TOP協(xié)議57
3.10TCP/IP協(xié)議59
3.10.1TCP/IP結(jié)構(gòu)模型59
3.10.2網(wǎng)際協(xié)議60
3.10.3傳輸控制協(xié)議63
3.10.4用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議65
3.11客戶機/服務(wù)器模型及例程66
3.11.1客戶機/服務(wù)器模式66
3.11.2WinSock套接字67
3.11.3阻塞與非阻塞67
3.11.4基本套接字的系統(tǒng)調(diào)用68
3.11.5異步選擇機制70
3.11.6WinSock的啟動和終止71
3.11.7WinSock的錯誤處理72
3.11.8基于WinSock的點-點通信程序設(shè)計73
第4章簡單接口通信技術(shù)78
4.1I/O信道的兩種基本形式78
4.2簡單接口通信基本原理78
4.3簡單接口通信的連接方式79
4.3.1主從式結(jié)構(gòu)79
4.3.2星形結(jié)構(gòu)81
4.3.3菊花鏈結(jié)構(gòu)與環(huán)形結(jié)構(gòu)82
4.3.4總線型結(jié)構(gòu)86
第5章共享存儲區(qū)通信技術(shù)95
5.1共享存儲區(qū)的物理結(jié)構(gòu)95
5.1.1公用總線方式95
5.1.2矩陣開關(guān)方式96
5.1.3多端口方式96
5.1.4總線窗口方式97
5.2共享存儲區(qū)的邏輯結(jié)構(gòu)97
5.2.1虛擬結(jié)構(gòu)98
5.2.2信箱結(jié)構(gòu)98
5.2.3通信池結(jié)構(gòu)99
5.3共享存儲區(qū)的分配與管理99
5.3.1判決器法99
5.3.2端口控制器法100
5.3.3本質(zhì)型多端口存儲器的裁決邏輯101
5.3.4總線窗口法101
5.4雙端口存儲器及其應(yīng)用101
5.4.1雙向傳輸?shù)碾p端口存儲器101
5.4.2單向傳輸?shù)碾p端口存儲器103
5.5交叉內(nèi)存雙通信池及其應(yīng)用105
5.5.1雙通信池的結(jié)構(gòu)框圖105
5.5.2雙通信池的工作原理105
5.5.3數(shù)據(jù)橋及數(shù)據(jù)橋控制電路106
5.5.4地址橋及輔助電路108
5.5.5交叉內(nèi)存雙通信池應(yīng)用舉例109
5.6簡易總線窗口109
5.6.1帶簡易總線窗口的雙微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)110
5.6.2總線開關(guān)110
5.6.3總線開關(guān)的控制邏輯111
第6章標(biāo)準(zhǔn)總線通信114
6.1總線、總線標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)總線114
6.2開放型系統(tǒng)115
6.2.1總線母板與總線插座115
6.2.2總線標(biāo)準(zhǔn)115
6.2.3總線仲裁116
6.3Multibus總線118
6.3.1Multibus總線的信號及定義118
6.3.2數(shù)據(jù)傳送過程120
6.3.3禁止操作過程121
6.3.4中斷操作過程122
6.3.5總線仲裁操作122
6.4STD總線124
6.4.1概述124
6.4.2STD總線的信號及其定義125
6.4.3STD總線標(biāo)準(zhǔn)的時序特性127
6.4.4中斷優(yōu)先權(quán)判別128
6.4.5總線優(yōu)先級的仲裁130
6.5STD多微處理機系統(tǒng)132
6.5.1STD總線開放型系統(tǒng)的組織132
6.5.2STD多微處理機系統(tǒng)的通信機制133
6.5.3STD總線多微處理機控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例135
第7章現(xiàn)場總線139
7.1概述139
7.2現(xiàn)場總線類型139
7.3CAN總線141
7.3.1概述141
7.3.2CAN總線基本特點141
7.3.3CAN的分層及幀格式141
7.3.4CAN總線通信介質(zhì)訪問控制方式143
7.4LON總線144
7.4.1概述144
7.4.2神經(jīng)元芯片145
7.4.3LonWorks通信協(xié)議-LonTalk148
7.4.4LonWorks應(yīng)用舉例153
第8章儀器專用總線155
8.1引言155
8.2VXI總線155
8.2.1VXI系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)155
8.2.2VXI系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)157
8.2.3VXI總線器件及其通信協(xié)議160
8.2.4VXI總線儀器協(xié)議163
8.3PCI總線165
8.3.1PCI總線概述165
8.3.2PCI總線特點166
8.3.3PCI總線信號167
8.3.4PCI插槽和PCI擴展卡170
8.3.5PCI總線命令170
8.3.6PCI總線協(xié)議171
8.3.7PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過程175
8.3.8PCI總線仲裁178
8.3.9PCI總線配置179
8.3.10PCI總線應(yīng)用實例185
8.4PXI總線189
8.4.1PXI標(biāo)準(zhǔn)的組成189
8.4.2機械結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)189
8.4.3電氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)190
8.4.4軟件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)190
8.4.5—種基于PXI總線的通用測試分析系統(tǒng)190
第9章通用串行總線194
9.1USB體系結(jié)構(gòu)194
9.1.1USB系統(tǒng)的描述194
9.1.2USB總線協(xié)議196
9.1.3錯誤檢測與處理196
9.1.4USB設(shè)備的安裝與卸載196
9.2USB通信協(xié)議197
9.2.1數(shù)據(jù)流種類197
9.2.2USB數(shù)據(jù)包格式199
9.2.3分組格式202
9.2.4事務(wù)205
9.3USB總線通信硬件設(shè)計205
9.3.1USB控制器固件程序設(shè)計206
9.3.2USB設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計212
9.4應(yīng)用程序設(shè)計222
9.4.1USB動態(tài)鏈接庫222
9.4.2功能函數(shù)222
第10章航空航天測控總線227
10.1引言227
10.2SpaceWire總線227
10.2.1SpaceWire總線特點227
10.2.2SpaceWire總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)228
10.2.3SpaceWire節(jié)點接口設(shè)計238
10.31553B總線244
10.3.11553B總線概述245
10.3.21553B總線接口功能250
10.3.31553B總線接口整體設(shè)計252
10.3.4總線控制器(BC)的設(shè)計253
10.3.5遠程終端(RT)的設(shè)計264
10.3.6總線監(jiān)控器(MT)的設(shè)計267
10.3.7BC/RT/MT通用終端設(shè)計269
第11章無線通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)270
11.1概述270
11.1.1無線通信系統(tǒng)分類270
11.1.2無線通信的發(fā)展前景271
11.2無線通信的基本原理272
11.2.1無線電波的傳播特性272
11.2.2調(diào)制解調(diào)技術(shù)273
11.2.3無線介質(zhì)接入方案274
11.3射頻系統(tǒng)及應(yīng)用277
11.3.1無線通信射頻系統(tǒng)概述277
11.3.2接收機278
11.3.3發(fā)射機280
11.3.4射頻芯片nRF905及在無線影音監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用282
11.4無線通信網(wǎng)絡(luò)284
11.4.1無線廣域網(wǎng)284
11.4.2無線城域網(wǎng)285
11.4.3無線局域網(wǎng)285
11.4.4無線個域網(wǎng)287
11.4.5AdHoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)288
11.5藍牙技術(shù)291
11.5.1藍牙技術(shù)的概念291
11.5.2藍牙網(wǎng)絡(luò)拓撲292
11.5.3藍牙協(xié)議棧292
11.5.4藍牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)293
11.6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)294
11.6.1基本概念294
11.6.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點295
11.6.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)295
11.6.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧296
11.6.5無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景297
參考文獻299
附錄基于WinSock的客戶/服務(wù)器通信編程源程序301
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