工控机的数据通信技术-PPT精选.ppt
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工控机与PLC通信技术
优点
无需铺设电缆，灵活性高，可移动性强。
通信原理
利用无线信号传输数据和控制指令。
缺点
传输速度和实时性可能受到限制，信号可能 受到干扰或衰减。
以太网连接
01
适用场景
适用于需要高速、稳定、长距离通 信的环境。
优点
传输速度快，实时性好，扩展性强 ，易于维护。
03
02
通信原理
通过以太网协议进行数据传输和控 制。
通信方式
工控机和PLC之间通过串行通信或网络通信等方式进行数据 交换，实现信息共享和控制协同。通信协议一般为Modbus 、Profibus、EtherNet/IP等工业标准协议。
02
CATALOGUE
工控机与PLC的通信协议
串行通信协议
总结词
串行通信协议是一种简单的、低成本 的通信方式，通过一条或多条数据线 进行数据传输。
详细描述
串行通信协议采用异步或同步串行数 据格式，通过一条数据线发送数据， 另一条数据线接收数据。常见的串行 通信协议包括RS-232、RS-485和RS422等。
工业以太网协议
总结词
工业以太网协议是一种基于以太网技术的通信协议，用于实现工控机与PLC之间的高速、可靠的数据传输。
详细描述
工业以太网协议采用TCP/IP协议栈，支持多种通信速率，如10Mbps、100Mbps和1Gbps等。它能够实现远程 监控、数据采集和实时控制等功能，广泛应用于现代工业自动化领域。
AI技术实现预测性维护
通过AI技术对工控机与PLC的通信数据进行 深度分析，可以预测设备故障和维护需求， 实现预测性维护，降低维护成本和停机时间
。
THANKS
感谢观看
缺点
需要配置网络设备和IP地址，对网络 稳定性要求较高。
无需铺设电缆，灵活性高，可移动性强。
通信原理
利用无线信号传输数据和控制指令。
缺点
传输速度和实时性可能受到限制，信号可能 受到干扰或衰减。
以太网连接
01
适用场景
适用于需要高速、稳定、长距离通 信的环境。
优点
传输速度快，实时性好，扩展性强 ，易于维护。
03
02
通信原理
通过以太网协议进行数据传输和控 制。
通信方式
工控机和PLC之间通过串行通信或网络通信等方式进行数据 交换，实现信息共享和控制协同。通信协议一般为Modbus 、Profibus、EtherNet/IP等工业标准协议。
02
CATALOGUE
工控机与PLC的通信协议
串行通信协议
总结词
串行通信协议是一种简单的、低成本 的通信方式，通过一条或多条数据线 进行数据传输。
详细描述
串行通信协议采用异步或同步串行数 据格式，通过一条数据线发送数据， 另一条数据线接收数据。常见的串行 通信协议包括RS-232、RS-485和RS422等。
工业以太网协议
总结词
工业以太网协议是一种基于以太网技术的通信协议，用于实现工控机与PLC之间的高速、可靠的数据传输。
详细描述
工业以太网协议采用TCP/IP协议栈，支持多种通信速率，如10Mbps、100Mbps和1Gbps等。它能够实现远程 监控、数据采集和实时控制等功能，广泛应用于现代工业自动化领域。
AI技术实现预测性维护
通过AI技术对工控机与PLC的通信数据进行 深度分析，可以预测设备故障和维护需求， 实现预测性维护，降低维护成本和停机时间
。
THANKS
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缺点
需要配置网络设备和IP地址，对网络 稳定性要求较高。
工控机的数据通信技术
数据通信系统
数字通信系统的质量指标
数据通信系统中，有效性用传输速率来表示，可靠性用 差错率（误码率）来衡量。 （1） 数据传输速率 数据传输速率有两种度量单位：波特率和比特率
① 波特率 波特率又称为波形速率或码元速率。指数据通信系统中，线路上 每秒传送的波形个数。其单位是“波特”（Baud）。设一个波形 的持续周期为T，则波特率B可以由下式给出：B=1/T（波特） ② 比特率 比特率又称为信息速率，简称数据率，是指发送端和接收端之间单位 时间内传输数据的平均比特数，其单位是每秒位(bps)，或每秒千位 (kbps)，或每秒兆位(Mbps)。数据传输速率反映了终端设备之间的信 息处理能力，它是一段时间的平均值。通常用它来描述数据通信系统 的性能。
数字数据的数字信号编码
• 传输数字信号最普遍而且最容易的办法是用两个电压电 平来表示两个二进制数字。例如，无电压（也就是无电 流）常用来表示0，而恒定的正电压用来表示1。常用的 数字数据的数字信号编码有以下几种： • (1) 单极性不归零码和双极性不归零码 • 不归零编码(Non-Return Zero，简称NRZ)分别采用两 种高低不同的电平来表示两个二进制 “0”和“1”。例如， 用高电平表示“1”，低电平表示“0”。 • ① 单极性码 • 在每一码元时间间隔内，有电流发出表示二进制的1； 无电流发出则表示二进制的0。
基带传输 频带传输 多路复用技术 质量指标 数据通信方式
基带传输
• 在计算机系统中，通常用二进制比特来表示各类数 据。而方波信号是二进制比特的典型表达方式，按 傅利叶分析，方波信号由直流、基频、低频和高频 等多个分量组成，随着频率的升高，其相应的幅度 减小直至趋于零。在方波信号的整个频谱中，从零 开始有一段能量相对集中的频率范围被称为基本频 带(base band)，简称基频或基带，基频等于方波信 号的固有频率。与基频对应的数字信号称为基带信 号。
数字通信系统的质量指标
数据通信系统中，有效性用传输速率来表示，可靠性用 差错率（误码率）来衡量。 （1） 数据传输速率 数据传输速率有两种度量单位：波特率和比特率
① 波特率 波特率又称为波形速率或码元速率。指数据通信系统中，线路上 每秒传送的波形个数。其单位是“波特”（Baud）。设一个波形 的持续周期为T，则波特率B可以由下式给出：B=1/T（波特） ② 比特率 比特率又称为信息速率，简称数据率，是指发送端和接收端之间单位 时间内传输数据的平均比特数，其单位是每秒位(bps)，或每秒千位 (kbps)，或每秒兆位(Mbps)。数据传输速率反映了终端设备之间的信 息处理能力，它是一段时间的平均值。通常用它来描述数据通信系统 的性能。
数字数据的数字信号编码
• 传输数字信号最普遍而且最容易的办法是用两个电压电 平来表示两个二进制数字。例如，无电压（也就是无电 流）常用来表示0，而恒定的正电压用来表示1。常用的 数字数据的数字信号编码有以下几种： • (1) 单极性不归零码和双极性不归零码 • 不归零编码(Non-Return Zero，简称NRZ)分别采用两 种高低不同的电平来表示两个二进制 “0”和“1”。例如， 用高电平表示“1”，低电平表示“0”。 • ① 单极性码 • 在每一码元时间间隔内，有电流发出表示二进制的1； 无电流发出则表示二进制的0。
基带传输 频带传输 多路复用技术 质量指标 数据通信方式
基带传输
• 在计算机系统中，通常用二进制比特来表示各类数 据。而方波信号是二进制比特的典型表达方式，按 傅利叶分析，方波信号由直流、基频、低频和高频 等多个分量组成，随着频率的升高，其相应的幅度 减小直至趋于零。在方波信号的整个频谱中，从零 开始有一段能量相对集中的频率范围被称为基本频 带(base band)，简称基频或基带，基频等于方波信 号的固有频率。与基频对应的数字信号称为基带信 号。
工业数据通信与控制网络课件
自动化生产线应用
01
自动化生产线概述
自动化生产线是指通过自动化设备和技术实现生产过程的 自动化和高效化的生产线。
02 03
工业数据通信与控制在自动化生产线中的作 用
工业数据通信与控制网络为自动化生产线提供了实时、可 靠的数据传输和控制功能，支持生产线的自动化、信息化 和智能化。
自动化生产线应用场景
目前市场上存在多种不同的工业数据通信与控制网络技术和 标准，导致不同系统之间的互操作性较差。为了解决这一问 题，需要推动标准统一和技术规范化，促进不同厂商之间的 合作和共同发展。
新技术与新应用的发展趋势
总结词
随着技术的不断进步和应用需求的不断变化，工业数据通信与控制网络的新技术与新应 用将不断涌现。
特点
实时性、可靠性和安全性要求高， 能够支持多种通信协议和数据格 式，具有灵活的网络拓扑结构和 可扩展性。
工业数据通信与控制网络的重要性
提高生产效率
通过实时数据传输和控制，优化生产流程， 减少故障和停机时间，提高生产效率。
增强设备监控与管理
实现对工业设备的远程监控和管理，及时 发现和解决设备故障，提高设备利用率。
无线通信协议的特点 无线通信协议具有灵活、便捷、可移动等特点， 适用于需要无线连接的工业控制场合。
03
工业数据通信与控制网络技术
数据传输技术
数据传输速率
描述数据传输的速度，通常以比特率（ bit per second）表示。
数据传输方式
包括串行传输和并行传输，根据不同的应 用场景选择合适的方式。
数据同步原理：解释数据同步的基本原理 和工作方式。
时间同步技术：如NTP协议、PTP协议等， 用于实现网络中设备的时间同步。
工控机基础知识 ppt课件
驱动器减震垫
三道压条
ppt课件
10
•工控机的分类
上架式工控机
壁挂式工控机
便携式计算机
嵌入式计算机
ppt课件
11
上架机箱IPC-810A/811A
• 结构形式：4U标准上架式 • 机箱尺寸：177mm(高)X482mm(宽)X452mm(深) • 驱动空间：三个3.5〞空间，二个5.25〞空间 • 标配/兼容底板：标配IPC-6113LP4，兼容所有14槽
底板
• 标配/兼容电源：PS2电源，兼容ST-300BKV • 结构特点：外观、结构形式经典，性价比好
ppt课件
12
上架机箱IPC-8421
• 结构形式：4U标准上架式 • 机箱尺寸：177mm(高)X482mm(宽)X529mm(深) • 驱动空间：九个3.5〞空间，二个5.25〞空间 • 标配/兼容底板：标配IPC-6114P12，兼容商用主板
商用机箱因成本关系用料一般， 面板多采用塑胶材料；
加工工艺方面，工控机因受量 的限制，多采用数控设备加工，加 工工序多、工艺复杂，成较高，商 用机箱大多采用模具化生产，成本 远远低于工控机
ppt课件
7
•工控机的热设计
灰尘、散热、静电是造成计算机不稳 定的三大主要因素,商用PC在普通使用环 境 下运行，灰尘和静电问题 并不突出， 但工控机多是在高温，粉尘环境下长时间 工作，因此，防尘、散热措施的好坏，直 接影响到工控机的可靠运行。
工控机基础知识讲解
ppt课件
1
工控机IPC(Industrial Personal Computer）其实就是一种加固的 增强型个人计算机(PC) ,它与个人计算同属IT产业,在架构上也基本 相同,都是以X86架构为主,在用户使用端也基本一样,相同的输入设备 （鼠标、键盘、扫描仪等）,相同的输出设备（显示器、打印机等）
数据通信技术ppt课件
06 数据通信技术发展趋势与 展望
高速数据通信技术发展
总结词
随着互联网和云计算技术的快速发展，高速数据通信技术已成为当前的研究热点。
详细描述
目前，高速数据通信技术已经取得了显著的进步，如光纤通信、5G/6G移动通信等。这些技术的发展使得数据传 输速度大幅提升，满足了大数据时代对海量数据处理和传输的需求。
05 无线数据通信技术
无线局域网（WLAN）
要பைடு நூலகம்一
总结词
无线局域网是一种短距离的无线通信技术，用于连接局域 网中的计算机、设备等，实现高速数据传输和资源共享。
要点二
详细描述
无线局域网采用无线电波作为传输媒介，通过无线接入点 （AP）连接多个终端设备。它具有灵活、便捷、高速的特点， 广泛应用于企业、学校、医院等场所。
物联网数据通信技术发展
总结词
物联网技术的发展推动了数据通信技术的进步，使得数以亿计的设备能够相互 连接和通信。
详细描述
物联网数据通信技术涉及多种无线通信协议，如Wi-Fi、Zigbee、LoRa等。这 些技术使得各种智能设备能够实时传输数据、共享信息，从而为智能家居、智 慧城市等领域的发展提供了有力支持。
02 数据通信技术基础
数据传输方式
总结词
数据传输方式是指数据在通信网络中传输的方式，包括串行传输和并行传输两 种方式。
详细描述
串行传输是指数据一位一位地顺序传输，占用通信线路少，适合长距离传输； 并行传输是指数据以字节为单位进行传输，传输速度快，适合近距离传输。
数据编码技术
总结词
数据编码技术是指将数据转换成适合在通信网络中传输的信 号的过程。
数据通信技术的应用场景
• 总结词：数据通信技术在各个领域都有广泛的应用，如互联网、物联网、云计算等。 • 详细描述：数据通信技术在各个领域都有广泛的应用。在互联网领域，数据通信技术是实现互联网信息传输的
数通基础知识介绍PPT课件
4 传输层
传输层
3 网络层
网络层
2 数据链路层
数据链路层
1 物理层
物理层
19.10.2024
7
OSI 参考各层的功能
物理层：定义接口与传输介质的机械、电气特性 数据链路层：对数据不作任何改动的传输变成可靠的
链路，并负责接点到接点的传输 网络层：负责将包从源到目标的传递，可能会通过多
个网络 传输层：负责整个报文从源到目标（端到端）的传递 会话层：是网络的对话控制器，它建立和维护以及同
主机
cro ss
cro ss
normal
N/A
SC/ST
路由器 cro ss
cro ss
normal
N/A
SC/ST
交换机 普通口
nor mal
nor mal
cross
Normal N/A
交换机 级连口
N/A
N/A
Normal
N/A
N/A
交换机 光口
SC/ SC/ ST ST
N/A
N/A
SC/ST
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19.10.2024
19
IP地址的分类和子网划分
网络地址与子网掩码
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IP地址的分类和子网划分
子网掩码的表示方法
19.10.2024
21
IP地址的分类和子网划分
网络地址的计算
19.10.2024
22
IP地址的分类和子网划分
主机数的计算
19.10.2024
23
IP地址的分类和子网划分
步通信系统交互操作 表示层：关于两个系统之间交换信息的语法和语义 应用层：使得用户（不管是人还是软件）可以访问网
第一章-工控机介绍PPT课件
优点：
与SCC+模拟控制器相比，其控制规律可以改 变，用起来更加灵活，而且一台DDC可以控制多 个回路，提高了系统的工作效率，而起简化了系 统。
11
SCC系统相较DDC系统的优势：
一方面SCC可以更接近生产的实际情况；另一 方面，当系统中模拟调节器或DDC计算机控制器出 了故障时，可用SCC系统代替模拟调节器或者DDC 计算机进行调节。
系统进行数据交换。
15
至其他工厂
企业级经营 管理计算机
工厂级集中 控制计算机
至其他工厂
车间级监控 计算机SCC 1
…
装置控制 级DDC A
…
装置控制 级DDC B
…
工厂对象A 工厂对象B
车间级监控 计算机SCC 2
…
装置控制 级DDC C
…
装置控制 级DDC D
…
工厂对象C 工厂对象D
图1-5 分级计算机控制系统
16
该系统的特点是将控制系统分散，用多台计 算机分别执行不同的控制功能，用一两台计算机 进行统一的控制与管理。
装置控制级（DDC级）
它对生产过程或单机进行直接控制，如进行 PID控制或前馈控制，使所控制的生产过程处于最 优化的状态下工作。
前馈控制：通常的反馈控制系统中，只有干扰造成 一定的后果，才能反馈过来产生抑制干扰的控 制作用，因而产生滞后控制的不良后果，为了 克服这种滞后的不良控制，用计算机接受干扰 信号，在还没有产生后果之前插入一个补偿作 用，让其刚好在干扰点上抑制对控制变量的影 响，因而也叫做扰动补偿控制。
17
车间监督级（SCC级）
它根据厂级下达的命令和通过装置控制级获得 的生产过程的数据，进行最优化控制。它还担负着 车间内各工段间的工作协调及对DDC级的控制。 工厂集中控制级（MIS级）
与SCC+模拟控制器相比，其控制规律可以改 变，用起来更加灵活，而且一台DDC可以控制多 个回路，提高了系统的工作效率，而起简化了系 统。
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SCC系统相较DDC系统的优势：
一方面SCC可以更接近生产的实际情况；另一 方面，当系统中模拟调节器或DDC计算机控制器出 了故障时，可用SCC系统代替模拟调节器或者DDC 计算机进行调节。
系统进行数据交换。
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至其他工厂
企业级经营 管理计算机
工厂级集中 控制计算机
至其他工厂
车间级监控 计算机SCC 1
…
装置控制 级DDC A
…
装置控制 级DDC B
…
工厂对象A 工厂对象B
车间级监控 计算机SCC 2
…
装置控制 级DDC C
…
装置控制 级DDC D
…
工厂对象C 工厂对象D
图1-5 分级计算机控制系统
16
该系统的特点是将控制系统分散，用多台计 算机分别执行不同的控制功能，用一两台计算机 进行统一的控制与管理。
装置控制级（DDC级）
它对生产过程或单机进行直接控制，如进行 PID控制或前馈控制，使所控制的生产过程处于最 优化的状态下工作。
前馈控制：通常的反馈控制系统中，只有干扰造成 一定的后果，才能反馈过来产生抑制干扰的控 制作用，因而产生滞后控制的不良后果，为了 克服这种滞后的不良控制，用计算机接受干扰 信号，在还没有产生后果之前插入一个补偿作 用，让其刚好在干扰点上抑制对控制变量的影 响，因而也叫做扰动补偿控制。
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车间监督级（SCC级）
它根据厂级下达的命令和通过装置控制级获得 的生产过程的数据，进行最优化控制。它还担负着 车间内各工段间的工作协调及对DDC级的控制。 工厂集中控制级（MIS级）
工业控制计算机完美版PPT
DMA 通道也扩充到 8个。AT总线也称 常用的通信接口有IEEE-488并行接口、RS-232C和RS485串行、USB总线接口。 ISA 总线标准。
1989年，COMPAQ 公司联合 HP，AST 等 9家计算机公司，在 ISA 总线根底上，推出了适应 32位微处理器的系统总线标准 EISA 总线标准。
工业控制计算机
2.1 工控机
IPC的组成与特点 的内部总线 的外部总线 输入/输出模板 的主要产品
IPC的组成与特点
工业控制计算机也称为工业计算机〔IPC〕,简称工控机。 它 主要用于工业过程测量、控制、数据采集等。 以工控机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入 信号，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构，去控制生 产过程，同时对生产进行监督和管理。
成。 这里的系统总线不是指中央处理器内部的三类总线，而是指
系统插件板交换信息的板级总线。
这种系统总线就是一种标准化的总线电路，它提供通用的电 平信号来实现各种电路信号的传递。
总线标准实际上是一种接口信号的标准和协议。
❖ 内部总线是指计算机内部各功能模块间进行通信的总线， 也称为系统总线，是构成完整计算机系统的内部信息枢纽。
为了和 Intel80286 16位机兼容，对 有绝对精度和相对精度两种表示法。
IEEE-488总线电缆是一条无源的电缆线，包括16条信号线和8条地线。
XT
总线在电气和机械特性上
作了较大的扩充，在原来 控制器完全符合PCI 总线规格Rev2.
RTS：请求发送。
62引脚的根底上增加了一个
36引脚
③精度：指A/D转换器实际输出电压与理论值之间的误差。
⒊IPC的特点
⑴可靠性高； ⑵实时性好； ⑶环境适应性强； ⑷丰富的输入输出模板； ⑸系统扩充性和开放性好； ⑹控制软件包功能强； ⑺系统通信功能强； ⑻冗余性。
《工业控制计算机》PPT课件
全长主板(PCI)
ppt课件
23
工业控制计算机的主板
半长主板(Advantech PCI-7020)
ppt课件
24
第三章 工业控制计算机
概述 工业控制计算机的组成及特点 工业控制计算机的主板 工业控制计算机的接口 工业组态软件 基于工控机的控制系统应用
ppt课件
25
工业控制计算机的接口
▪ 模拟量输入/输出(AI/AO) ▪ 数字量输入/输出(DI/DO) ▪ 计数/定时(C/T，Counter/Timer) ▪ 多功能(AI、AO、DI、DO、 Counter、Timer) ▪ 运动控制(Motion) ▪ 通信(Communication) ▪ 其他
第三章 工业控制计算机
概述
工业控制计算机的组成及特点
工业控制计算机的概念及特点
工业控制计算机的组成
工业控制计算机的总线结构
基于工业控制计算机的机电一体化系统
工业控制计算机的主板
工业控制计算机的接口
工业组态软件
基于工控机的控制系统应用
ppt课件
9
工业控制计算机的概念及特点
▪ 概念
• 简称工控机(IPC，Industrial Personal Computer)，主 要用于工业过程测量、控制、数据采集等工作。以工控 机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入 信号，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构，去 控制生产过程，同时对生产进行监督和管理。
PCI-1780 + PCL-10168 + ADAM-3968
ppt课件
30
多功能(AI、AO、DI、DO、 Counter、Timer)
多功能数据采集卡(Advantech PCI-1716)
工控机的数据通信技术共76页PPT
侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
工控机的数据通信技术
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
工控机的数据通信技术
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
相关主题
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基带传输 频带传输 多路复用技术 质量指标
数据通信方式
基带传输
• 在计算机系统中，通常用二进制比特来表示各类数 据。而方波信号是二进制比特的典型表达方式，按 傅利叶分析，方波信号由直流、基频、低频和高频 等多个分量组成，随着频率的升高，其相应的幅度 减小直至趋于零。在方波信号的整个频谱中，从零 开始有一段能量相对集中的频率范围被称为基本频 带(base band)，简称基频或基带，基频等于方波信 号的固有频率。与基频对应的数字信号称为基带信 号。
采用基带信号进行传输的数字通信系统的模型如图所示。该系 统要解决的关键问题是数字数据的编解码问题。即在发送端， 要解决如何将二进制数据序列通过某种编码方式转化为可直接 传送的基带信号；而在接收端，则要解决如何将收到的基带信 号通过解码恢复为与发送端相同的二进制数据序列。
信号噪声
源
编
解
终点
点
码
码
数字信道
在调制过程中，选用的载波信号可以表示为 y＝A(t)cos(ωt+φ) 其中，振幅A、角频率ω、相位φ是载波信号的三个电参量， 它们是正弦波的控制参数，称为调制参数。它们的变化将对 正弦载波的波形产生影响，通过改变这三个参量可以实现对 模拟数据信号的编码，相应的调制方式分别称为幅度调制、 频率调制和相位调制。
多路复用技术
在数据传输时，为了高效合理地利用资源，通常采用多路复 用技术，使多路数据信号共同使用一条线路进行传输。
Ｓ 1
输 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ个 入Ｓ 2
Ｓ n
…
多 路 复 用 器
一条链路 n个信道
多路分 配器
Ｓ 1
Ｓ 2
n个 输 出
…
Ｓ n
频分多路复用技术FDM 时分多路复用技术TDM
波分多路复用技术WDM 码分多路复用技术CDMA
工控机的数据通信技术
最简单的数据通信系统
• 数据通信 发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信 道传送到数据接收方、而接收方将收到的信号转换为数 据的过程就称为是数据通信。
• 根据信号的不同，数据通信可以被分为模拟数据通信和 数字数据通信。
• 在数据通信中，通常将数据的发送方称为源点，而将数 据的接收方称为终点。源点和终点一般是计算机或其它 一些数据终端设备。
数据通信系统
数字通信系统的质量指标
数据通信系统中，有效性用传输速率来表示，可靠性用 差错率（误码率）来衡量。
（1） 数据传输速率 数据传输速率有两种度量单位：波特率和比特率
① 波特率 波特率又称为波形速率或码元速率。指数据通信系统中，线路上 每秒传送的波形个数。其单位是“波特”（Baud）。设一个波形 的持续周期为T，则波特率B可以由下式给出：B=1/T（波特）
(1) 幅度调制。在幅度调制中，频率和相位都是常数，振幅 为变量，即载波的幅度随发送的信号而变化。
(2) 频率调制。在频率调制中，振幅和相位为常量，频率 随发送的信号而变化。
(3)相位调制。在相位调制中，振幅、频率为常量，相位随发 送的信号而变化。
数据
01001
101
(a) 幅 度 调 制
(b) 频 率 调 制
② 双极性码 在每一码元时间间隔内，发正电流表示二进制的1；发负 电流表示二进制的0。正的幅值和负的幅值相等，所以称 为双极性码。这种情况的判决门限定为零电平。接收信号 的值如在零电平以上，判为1；如在零电平以下判为0。
• (2) 单极性归零码和双极性归零码
• ① 单极性归零码:在每一码元时间间隔内，当发1时， 发出正电流，但是发电流的时间短于一个码元的时 间，就是说，发一个窄脉冲。当发0时，仍然完全不 发送电流。这样发1时有一部分时间不发电流，幅度 降为回零电平。所以称这种码为归零码。
ω2
ω1 ω2
ω2
ω1 ω1 ω2
ω1
(c) 绝 对 相 位 调 制 相对相位调制
数字比特流
数据通信系统 模拟信号
模拟信号
数字比特流
公用电话网
PC机
Modem
Modem
PC机
源系统
传输系统
目的系统
输入 信息
源点
发送器
输入 数据
发送的 信号
传输系统 器
接收的 信号
接收器
终点
输出 数据
输出 信息
数据通信系统
数字数据的数字信号编码
• 传输数字信号最普遍而且最容易的办法是用两个电压电 平来表示两个二进制数字。例如，无电压（也就是无电 流）常用来表示0，而恒定的正电压用来表示1。常用的 数字数据的数字信号编码有以下几种：
• (1) 单极性不归零码和双极性不归零码 • 不归零编码(Non-Return Zero，简称NRZ)分别采用两
种高低不同的电平来表示两个二进制 “0”和“1”。例如， 用高电平表示“1”，低电平表示“0”。 • ① 单极性码 • 在每一码元时间间隔内，有电流发出表示二进制的1； 无电流发出则表示二进制的0。
每一个码元时间的中心是采样时间，判决门限为半幅度电平， 即0.5。若接收信号的值在0.5与1.0之间，就判为1；若在0.5 与0之间，就判为0。每秒钟发送的二进制码元数称为码速， 其单位为波特（Baud）。在二进制情况下，1波特相当于信 息传输速率为1比特每秒（bps），此时码元速率等于信息速 率。
01101001
单极性不归零码 单极性归零码
② 双极性归零码:在每一码元时间间隔内，当发1时，发出正 的窄脉冲；当发0时，发出负的窄脉冲。两个码元之间的间 隔时间可以大于每一个窄脉冲的宽度。采样时间总是对准中 心。
双极性不归零码
01101001
双极性归零码 数据通信系统
频带传输
• 利用模拟信道传输二进制数据的方式称为频带传输。频 带传输的关键问题是如何将计算机中的二进制数据转化 为适合模拟信道传输的模拟信号。在发送端，需要将二 进制数据变换成能在电话线或其他传输线路上传输的模 拟信号，即所谓的调制（modulation）；而在接收端， 则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据， 即所谓的解调（demodulation）。通常将在发送端承担 调制功能的设备称为调制器（modulator），而将在接收 端承担解调功能的设备称为调制器（demodulator）。 由于数据通信是双向的，所以实际上在数据通信的任何 一方都要同时具备调制和解调功能，我们将同时具备这 两种功能的设备称为调制解调器（modem）。目前，调 制解调器已逐渐被ADSL取代。
数据通信方式
基带传输
• 在计算机系统中，通常用二进制比特来表示各类数 据。而方波信号是二进制比特的典型表达方式，按 傅利叶分析，方波信号由直流、基频、低频和高频 等多个分量组成，随着频率的升高，其相应的幅度 减小直至趋于零。在方波信号的整个频谱中，从零 开始有一段能量相对集中的频率范围被称为基本频 带(base band)，简称基频或基带，基频等于方波信 号的固有频率。与基频对应的数字信号称为基带信 号。
采用基带信号进行传输的数字通信系统的模型如图所示。该系 统要解决的关键问题是数字数据的编解码问题。即在发送端， 要解决如何将二进制数据序列通过某种编码方式转化为可直接 传送的基带信号；而在接收端，则要解决如何将收到的基带信 号通过解码恢复为与发送端相同的二进制数据序列。
信号噪声
源
编
解
终点
点
码
码
数字信道
在调制过程中，选用的载波信号可以表示为 y＝A(t)cos(ωt+φ) 其中，振幅A、角频率ω、相位φ是载波信号的三个电参量， 它们是正弦波的控制参数，称为调制参数。它们的变化将对 正弦载波的波形产生影响，通过改变这三个参量可以实现对 模拟数据信号的编码，相应的调制方式分别称为幅度调制、 频率调制和相位调制。
多路复用技术
在数据传输时，为了高效合理地利用资源，通常采用多路复 用技术，使多路数据信号共同使用一条线路进行传输。
Ｓ 1
输 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ个 入Ｓ 2
Ｓ n
…
多 路 复 用 器
一条链路 n个信道
多路分 配器
Ｓ 1
Ｓ 2
n个 输 出
…
Ｓ n
频分多路复用技术FDM 时分多路复用技术TDM
波分多路复用技术WDM 码分多路复用技术CDMA
工控机的数据通信技术
最简单的数据通信系统
• 数据通信 发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信 道传送到数据接收方、而接收方将收到的信号转换为数 据的过程就称为是数据通信。
• 根据信号的不同，数据通信可以被分为模拟数据通信和 数字数据通信。
• 在数据通信中，通常将数据的发送方称为源点，而将数 据的接收方称为终点。源点和终点一般是计算机或其它 一些数据终端设备。
数据通信系统
数字通信系统的质量指标
数据通信系统中，有效性用传输速率来表示，可靠性用 差错率（误码率）来衡量。
（1） 数据传输速率 数据传输速率有两种度量单位：波特率和比特率
① 波特率 波特率又称为波形速率或码元速率。指数据通信系统中，线路上 每秒传送的波形个数。其单位是“波特”（Baud）。设一个波形 的持续周期为T，则波特率B可以由下式给出：B=1/T（波特）
(1) 幅度调制。在幅度调制中，频率和相位都是常数，振幅 为变量，即载波的幅度随发送的信号而变化。
(2) 频率调制。在频率调制中，振幅和相位为常量，频率 随发送的信号而变化。
(3)相位调制。在相位调制中，振幅、频率为常量，相位随发 送的信号而变化。
数据
01001
101
(a) 幅 度 调 制
(b) 频 率 调 制
② 双极性码 在每一码元时间间隔内，发正电流表示二进制的1；发负 电流表示二进制的0。正的幅值和负的幅值相等，所以称 为双极性码。这种情况的判决门限定为零电平。接收信号 的值如在零电平以上，判为1；如在零电平以下判为0。
• (2) 单极性归零码和双极性归零码
• ① 单极性归零码:在每一码元时间间隔内，当发1时， 发出正电流，但是发电流的时间短于一个码元的时 间，就是说，发一个窄脉冲。当发0时，仍然完全不 发送电流。这样发1时有一部分时间不发电流，幅度 降为回零电平。所以称这种码为归零码。
ω2
ω1 ω2
ω2
ω1 ω1 ω2
ω1
(c) 绝 对 相 位 调 制 相对相位调制
数字比特流
数据通信系统 模拟信号
模拟信号
数字比特流
公用电话网
PC机
Modem
Modem
PC机
源系统
传输系统
目的系统
输入 信息
源点
发送器
输入 数据
发送的 信号
传输系统 器
接收的 信号
接收器
终点
输出 数据
输出 信息
数据通信系统
数字数据的数字信号编码
• 传输数字信号最普遍而且最容易的办法是用两个电压电 平来表示两个二进制数字。例如，无电压（也就是无电 流）常用来表示0，而恒定的正电压用来表示1。常用的 数字数据的数字信号编码有以下几种：
• (1) 单极性不归零码和双极性不归零码 • 不归零编码(Non-Return Zero，简称NRZ)分别采用两
种高低不同的电平来表示两个二进制 “0”和“1”。例如， 用高电平表示“1”，低电平表示“0”。 • ① 单极性码 • 在每一码元时间间隔内，有电流发出表示二进制的1； 无电流发出则表示二进制的0。
每一个码元时间的中心是采样时间，判决门限为半幅度电平， 即0.5。若接收信号的值在0.5与1.0之间，就判为1；若在0.5 与0之间，就判为0。每秒钟发送的二进制码元数称为码速， 其单位为波特（Baud）。在二进制情况下，1波特相当于信 息传输速率为1比特每秒（bps），此时码元速率等于信息速 率。
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单极性不归零码 单极性归零码
② 双极性归零码:在每一码元时间间隔内，当发1时，发出正 的窄脉冲；当发0时，发出负的窄脉冲。两个码元之间的间 隔时间可以大于每一个窄脉冲的宽度。采样时间总是对准中 心。
双极性不归零码
01101001
双极性归零码 数据通信系统
频带传输
• 利用模拟信道传输二进制数据的方式称为频带传输。频 带传输的关键问题是如何将计算机中的二进制数据转化 为适合模拟信道传输的模拟信号。在发送端，需要将二 进制数据变换成能在电话线或其他传输线路上传输的模 拟信号，即所谓的调制（modulation）；而在接收端， 则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据， 即所谓的解调（demodulation）。通常将在发送端承担 调制功能的设备称为调制器（modulator），而将在接收 端承担解调功能的设备称为调制器（demodulator）。 由于数据通信是双向的，所以实际上在数据通信的任何 一方都要同时具备调制和解调功能，我们将同时具备这 两种功能的设备称为调制解调器（modem）。目前，调 制解调器已逐渐被ADSL取代。