第章物理层接口及其协议共26页文档
第三版 IO-Link 手册说明书
IO-Link手册第三版请访问：/CN目录引言第4页第1部分：IO-Link简介第5页◆老派传感器第5页◆微型开关量传感器驱动第5页◆I O-Link：开放式低成本传感器接口第5页◆I O-Link节点第5页◆I O-Link系统第6页◆I O-Link接口在IEC 61131-9中被标准化为SDCI第6页◆物理层IO-Link标准化接口第6页◆物理层电气规范第7页◆自动化体系中的IO-Link第7页◆I O-Link：实现智能传感器第7页◆工业传感器生态系统第8页第6部分：提高系统性能第24页◆散热第24页◆测试A第24页◆测试B第24页◆测试C第24页◆热性能第24页◆分立解决方案第25页◆集成解决方案第25页◆选择TVS二极管第25页◆I O-Link保护电路第25页◆65 V（绝对最大值）如何帮助提供保护（对比40 V）第25页◆65 V绝对最大值的保护优势第25页◆小结第26页◆I O-Link信号摆率如何影响IO-Link电缆辐射？第26页引言当今的无风扇可编程逻辑控制器(PLC)和IO-Link®网关系统须消耗大量功率，具体取决于I/O配置（IO-Link、数字输入/输出、模拟输入/输出）。
随着这些PLC演变成新的工业4.0智能工厂，我们必须深谋远虑，实现更智能、更快速、更低功耗的解决方案。
这场革命的核心是一项名为“IO-Link”的新技术，能帮助实现灵活制造，从而改善工厂吞吐量，提高运营效率。
这项激动人心的新技术正使传统传感器转变为智能传感器。
ADI公司提供一系列先进的工厂自动化解决方案，并通过我们的IO-Link技术产品系列进一步改进性能，为实现工业4.0铺路架桥。
MAX22513是该产品系列的最新成员，这是一款微型双通道IO-Link收发器，集成了浪涌保护和DC-DC转换器，可减少热耗散并提高工厂车间传感器的稳定性。
为了帮助我们的客户缩短上市时间，我们与来自IO-Link联盟的软件协议栈供应商合作开发了一系列经过全面验证和测试的参考设计，本手册对此进行了详细说明。
osi协议书
osi协议书OSI协议（Open Systems Interconnection，开放式系统互联）是一种通信协议体系，由国际标准化组织（ISO）于1977年提出。
该协议体系将计算机网络的功能模块分为七个层次，每个层次都提供一定的服务，并且可以通过定义接口相互连接。
OSI协议的七个层次分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
物理层是OSI模型的最底层，它负责将比特流转换成电信号并通过物理媒介传输。
数据链路层在物理层之上，主要负责将原始比特流转换成数据帧，并进行错误检测和纠正。
网络层负责网络之间的数据传输，通过路由选择算法实现数据包的转发。
传输层是为端到端的数据传输提供可靠的传输服务，它常用的协议有TCP和UDP。
会话层负责建立、管理和终止通信会话。
表示层负责数据的格式转换和加密解密。
应用层提供特定的网络服务，如电子邮件、文件传输等。
OSI协议通过这种分层的方式，使得每个层次都能够独立地设计和实现，并且能够通过定义的接口进行数据交互。
这样一来，即使一个层次发生变化，也不会对其他层次产生影响，从而提高了系统的可扩展性和可维护性。
除了分层的特点外，OSI协议还具有开放性的特点，即它的设计是公开的，并且可以被任何人使用和实现。
这为不同厂商的设备之间的互联提供了便利，使得不同厂商的设备可以进行互操作。
在实际应用中，OSI协议并没有完全被广泛采用，主要原因是它在设计上太过复杂，且实现成本较高。
相反，TCP/IP协议成为了互联网的主流协议。
不过，OSI协议的分层概念仍然对网络技术的发展产生了重要影响，许多现代的网络协议都采用了类似的分层结构。
总之，OSI协议是一种通信协议体系，通过分层和开放的设计理念，提供了一种可靠、可扩展和可维护的网络架构。
尽管它在实际应用中没有取得很大成功，但是它对网络技术的发展产生了深远的影响。
计算机网络原理 物理层接口与协议
计算机网络原理物理层接口与协议物理层位于OSI参与模型的最低层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体(即信道)。
物理层的传输单位为比特。
物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接。
物理层协议规定了与建立、连接和释放物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规和程性的特性。
其作用是确保比特流能在物理信道上传输。
图3-1 DTC-DCE接口ISO对OSI模型的物理层所做的定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。
比特流传输可以采用异步传输，也可以采用同步传输完成。
另外，CCITT在X.25建议书第一级（物理级）中也做了类似的定义：利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。
这里的DTE(Date Terminal Equipment)指的是数据终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称，它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等；DCE(Date Circuit Terminating Equipment 或Date Communications Equipment)，指的是数据电路终接设备或数据通信设备，是对为用户提供入接点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备、调制解调器等。
DTE-DCE的接口框如图3-1所示，物理层接口协议实际上是DTE和DCE或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。
物理层协议规定了标准接口的机械连接特性、电气信号特性、信号功能特性以及交换电路的规程特性，这样做的主要目的，是为了便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备。
使各个厂家的产品都能够相互兼容。
1．机械特性规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。
图3-2 常见连接机械特征图形3-2列出了各类已被ISO标准化了的DCE连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。
物理层协议PPT
EIA RS-232 / V.24
功能特性：与CCITT的V．24建议书一致。
它规定了什么电路应当连接到25 根引脚中的哪一根以及该引脚的 作用
规程特性：与CCITT的V．24建议书一致。
规定了DTE和DCE之间信号时序 的应答关系
9
EIA RS-232 / V.24 连接图
说明：25芯可简化后使用9芯连接器（只用图中除保护地以外的9个引脚）
10
EIA RS-232 零调制解调器
采用交叉跳接线的方法，使得连接在电缆两端 的DTE通过电缆看对方都好像是DCE一样，从而 实现将两台计算机通过RS-232口直接相连。
的电路特性，如电气连接方式、信号电平、最 大数据议基本特性
规程特性：规定了利用信号线进行二进制
比特流传输的一组操作过程，即各信号线的动 作规则和先后顺序。
功能特性：规定了物理接口上各条信号线
的功能分配和确切定义。信号线一般可分为以 下几类：数据、控制、定时和地线。
2.9 物理层协议举例
物理层位于OSI参考模型的最底层， 它直接面向传输介质，负责在传输介质之 上为数据链路层提供一个传输原始比特流 的物理连接.
1
物理层协议基本特性
机械特性：规定了物理连接所采用的连接
器的形状、大小、各个接线引脚的数量、排 列情况等。
电气特性：规定了DTE和DCE接口连接导线
数字信道接口标准，15针,常用于DTE和数字调制解调器相连. X.21的电气特性类似于EIA RS-422A的平衡接口，支持最
大的DTE—DCE电缆距离是300m，传输速率可达10Mbps
计算机网络七层协议
计算机网络七层协议计算机网络七层协议，也称为OSI（Open System Interconnection）参考模型，是计算机网络体系结构的一种标准化框架。
它将网络通信协议的功能分为七层，每一层都有其特定的功能和任务，通过分层的方式来实现网络通信的有效管理和控制。
首先，我们来了解一下七层协议的具体内容。
第一层是物理层（Physical Layer），它负责传输比特流，管理数据传输的物理介质，如传输介质的接口标准、传输速率等。
第二层是数据链路层（Data Link Layer），它负责在相邻节点之间传送数据帧，管理物理介质的访问，进行错误检测和纠正。
第三层是网络层（Network Layer），它负责数据在网络中的传输和路由选择，实现不同网络之间的通信。
第四层是传输层（Transport Layer），它负责端到端的通信和数据传输，确保数据的可靠传输和完整性。
第五层是会话层（Session Layer），它负责建立、维护和终止会话连接，管理数据传输的顺序和同步。
第六层是表示层（Presentation Layer），它负责数据的格式化、加密和压缩，确保数据的可靠传输和解释。
第七层是应用层（Application Layer），它负责为用户提供网络服务和应用程序接口，实现用户与网络的交互。
在计算机网络通信中，七层协议的作用体现在以下几个方面：首先，它将网络通信的功能分为不同的层次，使得网络协议的设计和实现更加清晰和模块化，方便网络设备和应用程序的开发和维护。
其次，七层协议提供了一种通用的框架，使得不同厂商和组织之间的网络设备和应用程序能够进行互操作，实现统一的网络标准和规范。
再次，七层协议提供了一种灵活的方式来实现网络通信的管理和控制，使得网络的性能和安全性得到有效的保障和提升。
最后，七层协议为网络通信的发展提供了一个坚实的基础，为未来网络技术的创新和发展提供了广阔的空间和可能性。
总的来说，计算机网络七层协议是计算机网络体系结构的重要组成部分，它通过分层的方式来实现网络通信的有效管理和控制，为网络设备和应用程序的开发和维护提供了统一的标准和规范，为网络通信的发展提供了坚实的基础。
osi各层协议
osi各层协议OSI（Open Systems Interconnection）是国际标准化组织（ISO）制定的一个用于计算机互联的标准体系，它将计算机网络体系结构划分为七个层次，每个层次都有其特定的功能和任务。
本文将对OSI各层协议进行详细介绍。
第一层，物理层（Physical Layer）。
物理层是OSI模型的最底层，它负责在物理媒介上传输数据比特流。
物理层的主要任务是定义数据传输的电气、机械、功能和规程特性，如传输速率、传输介质、接口标准等。
在物理层中，常见的协议有以太网、RS-232、RS-485等。
第二层，数据链路层（Data Link Layer）。
数据链路层负责将物理层传输的数据流划分为数据帧，并进行错误检测和纠正，以及数据的流量控制和访问控制。
常见的数据链路层协议有以太网协议、PPP （Point-to-Point Protocol）、HDLC（High-Level Data Link Control）等。
第三层，网络层（Network Layer）。
网络层负责在网络中建立、维护和终止数据传输连接，实现数据的路由和转发。
网络层的主要协议包括IP（Internet Protocol）、ICMP（Internet Control Message Protocol）、IGMP（Internet Group Management Protocol）等。
第四层，传输层（Transport Layer）。
传输层负责提供端到端的数据传输服务，包括数据的分段和重组、错误检测和纠正、流量控制和拥塞控制等。
常见的传输层协议有TCP（Transmission Control Protocol）、UDP（User Datagram Protocol）等。
第五层，会话层（Session Layer）。
会话层负责建立、管理和终止会话连接，实现数据的同步和控制。
会话层的协议包括RPC（Remote Procedure Call）、NetBIOS（Network Basic Input/Output System）等。
HART协议介绍
第30页，共50页。
基于HART协议的 压力差压变送器的设计
非线性补偿
压力变送器传感器有很大的 Y(V)
非线性
2.5
2.25
传感器特性曲线相似，一 2.0
致性较好，可以通过数学 1.75
模型的方式进行补偿；
读出或写入开方小流量截断值； 启动、停止或清除累积器； 选择主变量（质量流量或密度）； 读出或写入组态信息资料； 微调传感器的标定；
第18页，共50页。
设备描述语言（DDL）
DDL（Device Description Language)是使符合 HART协议的设备真正做到完全兼容的重要保证。
微调主变量零点； 微调DAC的零点和增益；
完成自检及主机复位；
第17页，共50页。
HART协议应用层
特殊命令(Transmitter-Specific Command)：
仅适用于某种具体的现场设备。这是各家公司的产品自己 所特有的命令，不互相兼容，如特征化，微调传感头校正等。
主要命令包括：
Bell202 MODEM
带通滤波器
WAVESHAPE
输出波形整形电路
{ CPU
电流环路
vcc
VDD
OTXA
OCD INRTS ORXDP(+) BANDPASS
VSS
第21页，共50页。
基于HART协议系列变送器 的
硬件设计
低功耗技术
HART数字通讯的要求 智能变送模块的功耗1.5mA
HART 层次 HART 命令层
未使用
HART 协议规则 Bell 202 FSK
物理层常用接口_数据通信（第2版）_[共7页]
![物理层常用接口_数据通信（第2版）_[共7页]](https://img.taocdn.com/s3/m/b5fba453b9d528ea80c77982.png)
TD
104
接收数据
RD
105
请求发送
RTS
106
准备发送
CTS
107
数据设备就绪 DSR
108/2
数据终端就绪 DTR
109
载波检测
CD
110
信号质量检测 SQD
111
数据速率选择（DTE）
112
数据速率选择（DCE）
113
发送定时（DTE）
114
发送定时（DCE）
DTE 方向 DCE — — → ← → ← ← → ← ← → ← → ←
续表 DTE 方向 DCE
← → ← → ← ← ← — —
（2）电气特性 同一种功能的接口电路可以根据数据信号速率和电缆长度的要求采取不同的电气特性。V.24 和 RS-232C 建议中的电气特性通常采用 V.28 建议，发送器和接收器均采用非平衡型电路，这决 定了接口电缆的长度、数据传输速率与抗干扰能力，当电缆长度为 15m 时，数据传输速率最大为 20kbit/s。 （3）功能特性 V.24 和 RS-232C 建议在功能特性方面的描述相同，只是信号引脚线的命名不同，其对应关 系如表 5-1 所示。接口电路中连接线的功能，如图 5-7 所示。
118
第 5 章 数据通信协议
25 芯连接器引脚号 17 14 16 19 13 12 22 9/10
11，18，25
RS-232C
V.24
DD
115
SBA
118
SBB
119
பைடு நூலகம்
SCA
120
SCB
121
SCF
122
CE
125
—
osi各层协议和端口
osi各层协议和端口第一条协议背景与目的a. 本协议旨在明确甲方与乙方在合作过程中各自的权利、义务及责任。
① 双方同意遵守本协议约定，确保合作过程中相关任务的顺利执行。
② 甲方与乙方基于共同的商业利益和发展需求，在平等、自愿、互利的基础上达成合作协议。
③ 本协议的签订有助于促进双方资源的共享与业务的共同发展。
④ 双方同意根据本协议条款开展具体合作项目，并按协议内容进行分工和合作。
b. 双方通过协议的签署，确立具体的合作范围与目标。
① 本协议确立了甲方与乙方在特定项目上的合作关系。
② 本协议不仅包括项目的合作内容，还包括各方责任和义务的界定。
③ 本协议的实施期为_______________________年，具体合作内容将在后续的协议附件中进行详细阐述。
④ 在本协议实施过程中，若出现新情况或调整，双方应进行友好协商。
c. 双方希望通过合作提高效率并减少潜在风险。
① 甲乙双方将以合作为基础，共享资源并减少重复工作。
② 本协议能够明确具体的业务范围与各方职责，防止合作中的不确定性。
③ 乙方在协议中承担一定的责任，确保按时完成其承诺的任务。
④ 双方应根据项目进展情况，随时沟通并调整合作策略。
第二条合作内容与责任a. 甲方的责任① 甲方负责为乙方提供所需的技术支持与项目资料。
② 甲方应按时支付协议中约定的费用，并保证支付方式的合规性。
③ 甲方应配合乙方在项目执行过程中提供必要的资源保障。
④ 甲方应定期与乙方进行项目进度检查，确保合作顺利进行。
b. 乙方的责任① 乙方应按照协议规定的时间节点完成项目任务。
② 乙方应向甲方报告项目进度，及时反馈工作中遇到的问题与困难。
③ 乙方负责项目中具体执行工作，保证成果质量符合双方约定标准。
④ 乙方应保护甲方提供的资料与技术，不得擅自泄露或转交第三方。
c. 双方的共同责任① 双方应共同保证在协议执行期间的有效沟通与协调。
② 双方应积极解决项目中的问题，避免项目进度受阻。
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主要内容
9.1 物理层的定义和功能 9.2 物理层的特性 9.3 典型的物理层标准接口 9.4 传输介质
1
9.1 物理层的定义和功能（1）
• 物理层的定义
– ISO/OSI 关于物理层的定义：物理层提供机 械的、电气的、功能的和规程的特性，目的 是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行 比特传输的物理连接。这种连接可能通过中 继系统，在中继系统内的传输也是在物理层 的。
电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C 所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。
最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定，若 不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE 和DCE之间最大传输距离为15m（50英尺）。可见这 个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的11 。
• 机械特性 – 主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规定物 理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。 – 常用的标准接口 • ISO 2110，25芯连接器，EIA RS-232-C，EIA RS-366-A • ISO 2593，34芯连接器，V.35宽带MODEM • ISO 4902，37芯和9芯连接器，EIA RS-449 • ISO 4903，15芯连接器，X.20、X.21、X.22
4
9.2 物理层的特性（2）
• 电气特性
– 规定传输二进制位时，线路上信号的电压高 低、阻抗匹配、传输速率和距离限制。
– 早期的标准是在边界点定义电气特性，例如 EIA RS-232-C、V.28；最近的标准则说明 了发送器和接受器的电气特性，而且给出了 有关对连接电缆的控制。
5
9.2 物理层的特性（3）
6
9.2 物理层的特性（4）
• 功能特性
– 主要定义各条物理线路的功能。 – 线路的功能分为四大类：
• 数据 • 控制 • 定时 •地
• 规程特性
– 主要定义各条物理线路的工作规程和时序关 系。
7
9.3 典型的物理层标准接口（1）
9.3.1 EIA RS-232-C • 1960年美国电子工业协会EIA提出RS-232，1963
DB-25型连接器的外形及信号线分配如 左图所示。注意，20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供，至AT机及以后，已 不支持。
10
RS-232-C： DB-9
（2）DB-9连接器 在AT机及以后，不支持20mA电流环接口，使用
DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和 COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9 个信号。DB-9型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信 号完全不同。因此，若与配接DB-9型连接器的DCE设 备连接，必须使用专门的电缆线。
信号有效（接通，ON状态，正电 压）＝+3V～+15V
信号无效（断开，OFF状态，负 电压)=-3V～-15V
图中的左边是微机串行接口电路中的主芯
片UART，它是TTL器件，右边是EIA-RS-
232C连接器，要求EIA高电压。
13
远距离通信
➢远距离通信（传输距离大于15m的通 信）的例子，故一般要加调制解调器 MODEM，因此使用的信号线较多。 1、采用Modem(DCE)和电话网通信时 的信号连接： 若在双方MODEM之间采用普通电话交 换线进行通信，除了需要2～8号信号线 外还要增加RI(22号)和DTR(20号)两个 信号线进行联络，如图所示。 2、采用专用电话线通信： 在通信双方的MODEM之间采用电话线 进行通信，则只要使用2～8号信号线进 行联络与控制。不需要电话机、振铃信 号RI和DTR信号，其信号线的连接如图 那样。
年提出RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969 年提出RS-232-C。用于DTE/DCE之间的接口。 • RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”，都 是站在DTE立场上，而不是站在DCE的立场来定义 的。由于在计算机系统中，往往是CPU和I/O设备 之间传送信息，两者都是DTE，因此双方都能发送 和接收。 • 目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口，就是 RS-232C接口。
• 物理层的功能
– 在两个网络设备间提供透明的比特流传输。
• 研究内容
– 物理连接的启动和关闭，正常数据的传输， 以及维护管理。
2
9.1 物理层的定义和功能（2）
• 几点说明
– 连接方式（点到点，点到多点） – 通信方式（单工，半双工，全双工） – 位传输方式（串行，并行）
• 物理层的四个重要特性
– 机械特性 (mechanical characteristics) – 电气特性 (electrical characteristics) – 功能特性 (functional characteristics) – 规程特性 (procedural characteristics)
3
9.2 物理层的特性（1）
8
RS-232-C特性（1）
• 机械特性 – 连接器：由于RS-232C并未定义连接器的 物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15 和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义 也各不相同。 – 下面分别介绍DB-25、 DB-9两种连接器。
9
RS-232-C： DB-25
（1）DB-25： PC和XT机采用DB-25型连接 器。DB-25连接器定义了25根信号线，分为4 组： ①异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2， 3，4，5，6，7，8，20，22 ②20mA电流环信号 9个（12，13，14，15， 16，17，19,23，24） ③空6个（9，10，11，18，21，25） ④保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚）
12
RS-232-C特性（2）
电气特性
➢ EIA-RS-232C对电器特性、逻 辑电平和各种信号线功能都作 了规定。
➢ 在TxD和RxD上： 逻辑1(MARK)=-3V～-15V 逻辑0(SPACE)=+3～＋15V
➢ 在RTS、CTS、DSR、DTR和 图1显示了1488和1489的内部结构和引脚。 DCD等控制线上：