工业网络第四章优秀课件.ppt

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1、工业网络第四章第1页，本讲稿共60页引引 言言（1）LonWorks 是又一具有强劲实力的是又一具有强劲实力的现场总线技术现场总线技术，它，它是由美国是由美国 Echelon 公司推出并与摩托罗拉、东芝公司共同公司推出并与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于倡导，于 1990 年正式公布而形成的。它采用了年正式公布而形成的。它采用了 ISO 之之 OSI 模型的全部七层通讯协议（最大特点），采用了面向模型的全部七层通讯协议（最大特点），采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通讯速率从设置，其通讯速率从 300bps

2、至至 15Mbps 不等，直接通不等，直接通信距离可达到信距离可达到 2700m（78kbps，双绞线），支持双绞，双绞线），支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通用控制网络。质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通用控制网络。第2页，本讲稿共60页引引 言言（2）LonWorks 技术所采用的技术所采用的 LonTalk 协议被封装在协议被封装在称之为称之为 Neuron（神经元神经元）的芯片中并得以实现。集成芯）的芯片中并得以实现。集成芯片中有片中有 3 个个 8 位位 CPU；一

3、个用于完成开放互连系统参考；一个用于完成开放互连系统参考模型中第模型中第 1 2 层的功能，称为媒体访问控制处理器，实层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理；第二个用于完成第现介质访问的控制与处理；第二个用于完成第 36 层的功层的功能，称为网络处理器，进行网络变量处理的寻址、处理、背能，称为网络处理器，进行网络变量处理的寻址、处理、背景诊断、函数路径选择、软件计量时、网络管理，并负责网景诊断、函数路径选择、软件计量时、网络管理，并负责网络通信控制、收发数据包等；第三个是应用处理器，执行操络通信控制、收发数据包等；第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。作系统服务与

4、用户代码。第3页，本讲稿共60页第二部分第二部分 LonWorks 技术技术二、二、通信控制处理器通信控制处理器三、三、LonWorks LonWorks 通信通信四、四、通信协议通信协议 LonTalk本本 章章 小小 结结一、一、LonWorks LonWorks 技术概要技术概要五、五、面向对象的编程语言面向对象的编程语言技术概要技术概要第4页，本讲稿共60页LonWorks 技术概要技术概要 基于基于 LonWorks 技术的现场控制系统由技术的现场控制系统由LonWorks 节点，、路由器、节点，、路由器、LonTalk 协议、协议、LonWorks 收发器和收发器和LonWorks

5、 网络管理五大部分构成，下图为网络管理五大部分构成，下图为 LON 总线构总线构成的一个现场网络。成的一个现场网络。q LonWorks 节点节点q LonWorks 路由器路由器q LonTalk 协议协议q LonWorks 收发器收发器q LonWorks 网络管理网络管理第5页，本讲稿共60页LonWorks 节点节点 LonWorks 节点节点可以采用以可以采用以神经元芯片神经元芯片为核心的方式为核心的方式,即即神经元芯片神经元芯片加上收发器构成一个现场控制节点。由于加上收发器构成一个现场控制节点。由于神经神经元芯片元芯片功能有限，也可以功能有限，也可以采用采用神经元芯片神经元芯片加

6、主处理加主处理器的方式，把器的方式，把神经元芯片神经元芯片作为通信协议处理器，用作为通信协议处理器，用高性能的主处理器完成复高性能的主处理器完成复杂的测控功能。杂的测控功能。第6页，本讲稿共60页RTR-10路由路由器核心模块器核心模块电源电源安装按钮安装按钮B口收发器口收发器A口收发器口收发器LonWorks 路由器路由器 LonWorks 路由器是路由器是 LON 总线中一个重要的组成部总线中一个重要的组成部分，也是其他总线所不具备的。它使现场总线不再受通信介分，也是其他总线所不具备的。它使现场总线不再受通信介质通信距离和通信速率的限制。质通信距离和通信速率的限制。在在 LonWorks

7、技术中，技术中，路由器包括以下几种：中继器、路由器包括以下几种：中继器、桥接器、路由器。右图为采用桥接器、路由器。右图为采用RTR-10 路由器核心模块构路由器核心模块构成的路由器框图。成的路由器框图。第7页，本讲稿共60页LonTalk 协议协议 LonTalk 是是 ISO 组织制定组织制定的的 OSI 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型的七层协议的一个子集。的七层协议的一个子集。LonTalk 协议提供四种报协议提供四种报文服务：确认服务、请求文服务：确认服务、请求/应答方应答方式、非确认重发方式和非确认方式、非确认重发方式和非确认方式。式。第8页，本讲稿共60页LonWorks

8、收发器收发器 LON 总线的一总线的一个重要特点就是它个重要特点就是它对多通信介质的支对多通信介质的支持，可以根据不同持，可以根据不同的现场环境选择不的现场环境选择不同收发器和介质。同收发器和介质。第9页，本讲稿共60页LonWorks 网络管理网络管理 在在 LON 总线中，需要一个网络管理工具，这也是总线中，需要一个网络管理工具，这也是 LON 总线与其他总线所不同的地方总线与其他总线所不同的地方。q 网络安装网络安装q 网络维护网络维护q 网络监控网络监控 当单个节点建成以后，节点之间需要互当单个节点建成以后，节点之间需要互相通信，这就需要一个网络工具为网络上的相通信，这就需要一个网络工

9、具为网络上的节点分配逻辑地址，同时也需要将每个节点节点分配逻辑地址，同时也需要将每个节点的网络变量和显示报文连接起来；一旦网络的网络变量和显示报文连接起来；一旦网络系统建成正常运行以后，还需要对其进行维系统建成正常运行以后，还需要对其进行维护；对一个网络系统还需要有上位机能够随护；对一个网络系统还需要有上位机能够随时了解该网络的所有节点网络变量和显示报时了解该网络的所有节点网络变量和显示报文的变化情况文的变化情况。第10页，本讲稿共60页LonWorks 开发工具开发工具 开开发发工工具具通通常常包包括括一一个个在在多多个个节节点点上上开开发发和和调调试试应应用用程程序序的的环环境境，一一个个

10、安安装装和和配配置置这这些些节节点点的的网网络络管管理理器器和和一一个个检检测测网网络络业业务务量量以以保保证证合合适适的的网网络络容容量量和和检检出出错错误误的的协协议议分分析析器器。埃埃施施朗朗的的 LonBuilder 工工具具能能组组合合各各种种配配置置，具具有有一一系系列列的的待待选选工工具具。开开发发工工具具使使制制造造商商能能方方便便、经经济济地地为为基基于于 LonWorks 的控制网设计和测试各个节点。的控制网设计和测试各个节点。现现在在有有几几家家公公司司供供应应开开发发、测测试试 LonWorks 装装置置并并为为其其编编程程的的工工具具。此此外外，好好多多公公司司为为网

11、网络络设设计计和和系系统统管管理理供供应应软软件件工工具具，例例如如埃埃施施朗朗的的LonMaker for Windows，以及以及 HMI 工具，例如工具，例如 Wonderware 的的 Intouch。第11页，本讲稿共60页LON 总线总线的的性能特点性能特点q 具有三个具有三个 CPU 的神经元芯片的神经元芯片 -链路（链路（MAC）CPU -网络（网络（NET）CPU -应用（应用（APP）CPUq 支持多种通信介质支持多种通信介质q 支持支持 OSI 全部七层协议，提供一个固化的网络操作系统全部七层协议，提供一个固化的网络操作系统q 提供完整的开发平台提供完整的开发平台q 支持

12、面向对象的编程，易实现网络的互操作性支持面向对象的编程，易实现网络的互操作性第12页，本讲稿共60页LonWorks 的的优点优点q LonWorks 技术的基本元件（技术的基本元件（Neuron 芯片芯片），同时），同时 具备了通讯与控制功能；具备了通讯与控制功能；q 改善了改善了CSMA，使网络在负载很重时不会导致网络瘫痪；，使网络在负载很重时不会导致网络瘫痪；q 网络通信采用了面向对象的设计方法，使网络通信的设计网络通信采用了面向对象的设计方法，使网络通信的设计 简化成为参数设置，不仅节省大量的设计工作量，同时简化成为参数设置，不仅节省大量的设计工作量，同时 增加了通信的可靠性；增加了通

13、信的可靠性；q LonWorks 技术通信的速率可达技术通信的速率可达 1.25Mbps；q LonWorks 技术一个监控网络上的节点数可达技术一个监控网络上的节点数可达 32000个；个；q LonWorks 技术的直接通信距离可达技术的直接通信距离可达 2700 米。米。第13页，本讲稿共60页第二部分第二部分 LonWorks 技术技术二、二、通信控制处理器通信控制处理器三、三、LonWorks LonWorks 通信通信四、四、通信协议通信协议 LonTalk本本 章章 小小 结结一、一、LonWorks LonWorks 技术概要技术概要五、五、面向对象的编程语言面向对象的编程语言

14、通信芯片通信芯片第14页，本讲稿共60页神经元芯片神经元芯片名称名称的的由来由来 为为了了经经济济、标标准准化化设设计计，埃埃施施朗朗公公司司采采用用了了神神经经元元芯芯片片。选选择择神神经经元元这这一一名名称称是是为为了了指指出出正正确确的的网网络络控控制制机机制制和和人人脑脑的的相相似似性性。人人脑脑中中没没有有控控制制中中心心，几几百百万万个个神神经经元元联联网网，每每个个神神经经元元通通过过为为数数众众多多的的路路径径向向其其它它神神经经元元发发送送信信息息。每每个个神神经经元元通通常常都都奉奉献献于于某某一一专专门门功功能能，但但失失去去任任何何一一个个不不一一定定影响网络的整体性能

15、。影响网络的整体性能。就就开开发发者者和和集集成成人人员员来来说说，神神经经元元芯芯片片之之优优越越在在于于它它的的完完整整性性。内内装装协协议议和和处处理理器器免免除除了了在在这这些些方方面面的的任任何何开开发发和和编编程程。开开发发者者和和集集成成人人员员只只需需要要提提供供应应用用层层编编程程和和配配置置就就能能运运行行。这这样样就就使使协协议议的的实实施施标标准准化化，并并使使开开发发和和配配置置较较为为容容易。易。第15页，本讲稿共60页神经元芯片神经元芯片简介简介（1）大大部部分分 LonWorks 装装置置利利用用神神经经元元芯芯片片的的功功能能，并并将将其其用用作作控控制制处处

16、理理器器。神神经经元元芯芯片片是是一一种种半半导导体体装装置置，专专门门设设计计用用于于为为低低价价控控制制装装置置提提供供智智能能的的联联网网能能力力。神神经经元元芯芯片片包包括括使使用用用用户户编编码码和和开开发发装装置置的的通通信信和和应应用用处处理理能能力力。埃埃施施朗朗公公司司设设计计了了最最初初的的神神经经元元，但但神神经经元元派派生生产产品品现现在在通通常常都都由由埃埃施施朗朗的的合合作作伙伙伴伴设设计计和和制制造造。Cypress 半半导导体体公公司司、摩摩托托罗罗拉拉、东东芝芝等等是是那些芯片的当前生产者。众多供应商为那些芯片的当前生产者。众多供应商为神经元芯片神经元芯片造成

17、一个竞争环境，有助于使价格下降。造成一个竞争环境，有助于使价格下降。神神经经元元基基本本上上是是一一个个“芯芯片片上上的的系系统统”，由由多多个个微微处处理理器器，读读写写存存储储器器和和只只读读存存储储器器、通通信信和和I/O接接口口组组成成。只只读读存存储储器器包包含含操操作作系系统统、LonTalk通通信信协协议议和和I/O功功能能数数据据库库系系统统。芯芯片片有有用用于于装装置置数数据据和和应应用用程程序序的的非非易易失失性性RAM，两两者者都都可可从从通通信信网网络络上上下下载载。在在制制造造时时，每每个个神神经经元元芯芯片片被被赋赋予予一一个个永永久久的的全全世世界界唯唯一一的的名

18、名为为神神经经元元ID的的48位位码码。现现在在有有不不同同速速度度、存存储储器器类类型型和和容容量量、接接口口的的许许多多系系列列的的神神经经元元芯芯片片。至至1999年年初初就就发发运运了了超超过过7百百万万的的神神经经元元芯芯片片，某某些些种种类的价格低于类的价格低于$3。第16页，本讲稿共60页神经元芯片神经元芯片简介简介（2）一一个个全全面面实实施施 LonTalk 协协议议的的称称为为 LonTalk 固固件件的的程程序序包包含含在在每每个个神神经经元元芯芯片片的的 ROM 中中。这这使使得得神神经经元元能能保保证证在在每每个个装装置置中中公公共共协协议议的的应应用用以以完完全全相

19、相同同的的方方式式实实施施。大大部部分分 LonWorks 装装置置包包括括一一个个具具有有完完全全相相同同的的嵌嵌入入式式LonTalk 协协议议实实施施工工具具的的神神经经元元芯芯片片。这这个个方方法法解解决决了了“99%兼兼容容性性”问问题题，并并保保证证 LonWorks 装装置置在在同同一一网网络络上上的的连连接接只只需需要要很很少少甚甚至至于于不不需需要要额额外外的的硬硬件件。神神经经元元芯芯片片实实际际上上是是结结合合成成一一体体的的 3 个个 8 位位微微处处理理器器，其其中中 2 个个优优化化以以执执行行协协议议，第第 3 个个供供节节点点应应用用。所所以以，神神经经元元芯芯

20、片片既既是是网网络络通通信信控控制制器器，又又是是应应用用处处理理器器。这这保保证证了了不不论论控控制制装装置置/网网络络来来自自哪哪个个制制造造商商，使使这些装置能相互通信的内在协议是相同的。这些装置能相互通信的内在协议是相同的。每每个个神神经经元元芯芯片片都都有有一一个个被被保保证证是是唯唯一一的的 48 位位的的 ID。但但是是，这这个个 ID 通通常常只只用用于于初初始安装和诊断。为了简化正常的网络运行，在网络管理中使用了逻辑寻址方法。始安装和诊断。为了简化正常的网络运行，在网络管理中使用了逻辑寻址方法。第17页，本讲稿共60页神神经经元元芯芯片片结结构构第18页，本讲稿共60页神神经

21、经元元芯芯片片外外型型第19页，本讲稿共60页通信接口通信接口I/O 接口接口网络网络处理器处理器应用应用处理器处理器网络网络缓冲器缓冲器应用应用缓冲器缓冲器共享存储器共享存储器MAC处理器处理器处处 理理 器器 单单 元元q MAC处理器处理器：完成介质完成介质访问控制，访问控制，即即 OSI 模模 型中的第型中的第1-2层，包括碰撞回避算法；层，包括碰撞回避算法；q 网络处理器网络处理器：完成完成 OSI 模型中的第模型中的第 3-6 层协层协 议，处理网络变量、地址、认证、后台议，处理网络变量、地址、认证、后台 诊断、软件定时、网络管理和路由等进诊断、软件定时、网络管理和路由等进 程；程

22、；q 应用处理器应用处理器：完成用户的编程完成用户的编程，其中包括用户程，其中包括用户程 序对操作系统的服务调用。序对操作系统的服务调用。第20页，本讲稿共60页存存 储储 器器 分分 配配q EEPROM：（512 Byte）网络配置和地址表，网络配置和地址表，48 位位 ID 号，用户应用程序代码和一般只读数据。号，用户应用程序代码和一般只读数据。q RAM：（2 kB）堆栈段、应用程序和系统程序的数据区，协议应用缓冲区和网络缓冲区。堆栈段、应用程序和系统程序的数据区，协议应用缓冲区和网络缓冲区。q 64kB 存储器空间存储器空间：用户最多能用用户最多能用 58kB，剩余，剩余 6kB 用

23、于系统内部映射用于系统内部映射。q 16kB 外部存储器空间外部存储器空间：用于存储用于存储 LON 的操作系统的操作系统。q 剩余存储器空间剩余存储器空间：可作为用户编写的应用代码以及应用程序所需的额外读写数据区可作为用户编写的应用代码以及应用程序所需的额外读写数据区。第21页，本讲稿共60页输输 入入 输输 出出 端端 口口 神经元芯片与其它设备的互连是通过其上的神经元芯片与其它设备的互连是通过其上的 11 个个I/O 引脚引脚 IO0 IO10。这些引脚可根据不同外设。这些引脚可根据不同外设I/O的要的要求，灵活配置求，灵活配置 I/O 方式：方式：q IO4 IO7：可以通过编程设置成

24、上拉：可以通过编程设置成上拉；q IO0 IO3：带有大电流接收（：带有大电流接收（20mA）；）；q IO0 IO10：带有：带有 TTL 标准的迟滞输入标准的迟滞输入；q IO0 IO7：带有低电平检测锁存。带有低电平检测锁存。神经元芯片的神经元芯片的 I/O 引脚不仅可自由配置其输入输出功能，引脚不仅可自由配置其输入输出功能，而且还可与定时器、而且还可与定时器、UART 模块等配合完成相应功能。模块等配合完成相应功能。第22页，本讲稿共60页定定 时时 器器 神经元芯片神经元芯片内有两个定时内有两个定时/计数器：计数器：q T1 为多路选择为多路选择 T/C：其输入可通过一个多路选择开关

25、，：其输入可通过一个多路选择开关，从从 IO4 IO7 四个四个I/O 中选择一中选择一 个，输出可连至个，输出可连至IO0。q T2 为专用为专用 T/C：其输入是：其输入是 IO4，输出为，输出为 IO1。每个定时每个定时/计数器内包括：可以由计数器内包括：可以由 CPU 写入的写入的 16 位装入寄位装入寄 存器、存器、16 位计数器，可以由位计数器，可以由 CPU 读出的读出的 16 位锁存器。位锁存器。第23页，本讲稿共60页通通 信信 端端 口口（1）神经元芯片支持多种通信介质，其通信端口为适应不同的通信介质，可将神经元芯片支持多种通信介质，其通信端口为适应不同的通信介质，可将 5

26、 个通信管脚配置成个通信管脚配置成 3 种不同的接口模式，已适应不同的编码方案和不同的波特率。种不同的接口模式，已适应不同的编码方案和不同的波特率。单端模式：单端模式：此模式在此模式在 LON 系统中应用最多（无线、红外、光纤和同轴）。数据通信通过单端输入脚系统中应用最多（无线、红外、光纤和同轴）。数据通信通过单端输入脚 CP0 和输出脚和输出脚 CP1，采用差分曼彻斯特编码。开始发送数据报文前，神经元芯片发送端初始化，采用差分曼彻斯特编码。开始发送数据报文前，神经元芯片发送端初始化输出数据（输出数据（CP1）为低，然后发出允许发送信号（）为低，然后发出允许发送信号（CP2），这样确保数据发送

27、的开始时电平是从），这样确保数据发送的开始时电平是从低到高。低到高。正式发送报文前，先发送一个同步头，确保接收节点接收时钟同步。该同步头包括一正式发送报文前，先发送一个同步头，确保接收节点接收时钟同步。该同步头包括一个位同步域（一串差分曼彻斯特编码的个位同步域（一串差分曼彻斯特编码的“1”）和字节同步域（）和字节同步域（1位差分曼彻斯特编码的位差分曼彻斯特编码的“0”，表示同步头结束）。接着就是正式报文的第，表示同步头结束）。接着就是正式报文的第 1 个字节。个字节。报文结束时，通信端口强制差分曼彻斯特编码为一个线路空码，并保持到接收端确认发送的报文结报文结束时，通信端口强制差分曼彻斯特编码为

28、一个线路空码，并保持到接收端确认发送的报文结束。束。作为选项，神经元芯片支持一个低有效的收发器碰撞检测信号。作为选项，神经元芯片支持一个低有效的收发器碰撞检测信号。差分曼彻斯特差分曼彻斯特编码编码差分曼彻斯特差分曼彻斯特编码编码CP0CP1NRZ 数据数据NRZ 数据数据CP2CP3CP4发送允许发送允许允许睡眠允许睡眠发送碰撞检测发送碰撞检测第24页，本讲稿共60页差分曼彻斯差分曼彻斯特编码特编码差分曼彻斯差分曼彻斯特编码特编码CP0CP1NRZ 数据数据NRZ 数据数据CP2CP3CP4发送允许发送允许发送碰撞检测发送碰撞检测通通 信信 端端 口口（2）差分模式：差分模式：此模式下，神经元

29、芯此模式下，神经元芯片支持内部的差分驱动。片支持内部的差分驱动。采用差分方式类似于单端采用差分方式类似于单端方式，区别是差分方式时方式，区别是差分方式时具有一个内部差分驱动，具有一个内部差分驱动，同时不再包括睡眠输出。同时不再包括睡眠输出。差分方式也是采用差分方式也是采用差差分曼彻斯特编码，数据格式分曼彻斯特编码，数据格式完全和单端模式相同。完全和单端模式相同。第25页，本讲稿共60页通通 信信 端端 口口（3）专用模式：专用模式：在一些专用场合，需要神经元芯片直接提供没有编码和在一些专用场合，需要神经元芯片直接提供没有编码和不加同步头的原始报文。不加同步头的原始报文。在这种情况下，需要一个智

30、能的收发器处理从网络上或在这种情况下，需要一个智能的收发器处理从网络上或从神经元芯片上来的数据。从神经元芯片上来的数据。发送的过程是：从神经元芯片接收到这种原始报文，重发送的过程是：从神经元芯片接收到这种原始报文，重新编码，并插入同步头；新编码，并插入同步头；接收的过程是：从网络上收到数据，去掉同步头，重新接收的过程是：从网络上收到数据，去掉同步头，重新编码，然后送入神经元芯片。编码，然后送入神经元芯片。第26页，本讲稿共60页时钟系统时钟系统与与睡眠睡眠-唤醒唤醒机制机制时钟系统：时钟系统：在神经元芯片中包括一个分频器，通过外部的一个输入晶振来输入时钟。神经元芯片正在神经元芯片中包括一个分频

31、器，通过外部的一个输入晶振来输入时钟。神经元芯片正常工作频率可从常工作频率可从 10M 625 kHz（625 kHz 是对于低电压神经元芯片来说的）。是对于低电压神经元芯片来说的）。睡眠睡眠 唤醒机制：唤醒机制：神经元芯片可通过软件设置进入神经元芯片可通过软件设置进入低功耗的睡眠状态。此时，系统时钟、低功耗的睡眠状态。此时，系统时钟、使用的程序时钟和计数器均关闭，但使用的程序时钟和计数器均关闭，但使用的状态信息（包括神经元芯片的使用的状态信息（包括神经元芯片的内部内部RAM）被保留。当有如下的输入）被保留。当有如下的输入转换时，正常的系统操作被恢复（唤转换时，正常的系统操作被恢复（唤醒）。醒

32、）。q I/O 管脚的输入（可屏蔽）管脚的输入（可屏蔽）IO4 IO7q Service Pin 信号信号q 通信端口（可屏蔽）通信端口（可屏蔽）差分模式差分模式 CP0 或或 CP1 单端模式单端模式 CP0 专用模式专用模式 CP3第27页，本讲稿共60页Service 引脚引脚 输出时输出时 Service Pin 通过通过一个低电平来点亮外部的一个低电平来点亮外部的 LED，LED 保持为亮表示该节点没有应用保持为亮表示该节点没有应用代码或芯片已坏；代码或芯片已坏；LED 以以 0.5 Hz 的频率闪烁表示该节点处于的频率闪烁表示该节点处于未配置状态。输入时，一个逻辑未配置状态。输入时

33、，一个逻辑低电平使神经元芯片传送一个包低电平使神经元芯片传送一个包括该节点括该节点 48 位的位的 ID 网络管理网络管理信息。信息。为完成输入输出功能，该管为完成输入输出功能，该管脚的输入输出以脚的输入输出以 76Hz 的频率、的频率、50%的占空比复用。当的占空比复用。当 Service Pin 没有连接外部没有连接外部 LED 和上拉电阻时，和上拉电阻时，Service Pin 有一个片内可选（通过软件设有一个片内可选（通过软件设置）的上拉以保证输入是无效的状置）的上拉以保证输入是无效的状态。态。Service Pin 是神经元芯片中的一个非常重要的管脚，在节点的配置、安装和维护是神经元

34、芯片中的一个非常重要的管脚，在节点的配置、安装和维护的时候都需要使用该管脚。该管脚既能输入也能输出。的时候都需要使用该管脚。该管脚既能输入也能输出。第28页，本讲稿共60页Watchdog 定时器定时器 神经元芯片为防止软件失效和存储器错误，包含三个神经元芯片为防止软件失效和存储器错误，包含三个 Watchdog 定时器（每个定时器（每个 CPU 一个）。一个）。如果应用软件和系统没有定时地刷新这些如果应用软件和系统没有定时地刷新这些 Watchdog 定时器，整个神经元芯片将自动复位。定时器，整个神经元芯片将自动复位。Watchdog 定时器的复位依赖于神经元芯片输入时钟定时器的复位依赖于神

35、经元芯片输入时钟的频率，例如在输入时钟频率为的频率，例如在输入时钟频率为 10MHz 时，时，Watchdog 定时器周期是定时器周期是 0.84s。当神经元芯片处于睡眠状态时，所有。当神经元芯片处于睡眠状态时，所有的的 Watchdog 定时器被禁止。定时器被禁止。第29页，本讲稿共60页第二部分第二部分 LonWorks 技术技术二、二、通信控制处理器通信控制处理器三、三、LonWorks LonWorks 通信通信四、四、通信协议通信协议 LonTalk本本 章章 小小 结结一、一、LonWorks LonWorks 技术概要技术概要五、五、面向对象的编程语言面向对象的编程语言 通通 信

36、信第30页，本讲稿共60页概概 述述 LON 总线的一个非常总线的一个非常重要的特点是它对多种通重要的特点是它对多种通信介质的支持。由于突破信介质的支持。由于突破了通信介质的限制，了通信介质的限制，LON 总线可以根据不同的现场总线可以根据不同的现场环境选择不同的收发器和环境选择不同的收发器和传输介质。传输介质。第31页，本讲稿共60页双绞线双绞线收发器收发器（1）直接驱动型：直接驱动型：直接直接驱动型使用芯片通信端口直接作为收驱动型使用芯片通信端口直接作为收发器，同时在外围加入电阻和瞬态抑制器作发器，同时在外围加入电阻和瞬态抑制器作为电流限制和为电流限制和 ESD 保护。保护。直接直接驱动型

37、适合网络上的所有节点在驱动型适合网络上的所有节点在同一个大设备中，使用同一个电源。同一个大设备中，使用同一个电源。直接直接驱动下最高传输速率为驱动下最高传输速率为1.25Mbps（30米，使用米，使用 UL 级级 VI 类类线），此时，一条通道最多可挂线），此时，一条通道最多可挂64 个节个节点。点。双绞线收发器是双绞线收发器是 LON 总线最常用的装置，主要支持的方式有：直接驱动总线最常用的装置，主要支持的方式有：直接驱动方式、方式、EIA-485 方式和变压器耦合方式三种。方式和变压器耦合方式三种。第32页，本讲稿共60页双绞线双绞线收发器收发器（2）EIA-485型：型：EIA-485

38、接口也是现场总接口也是现场总线中经常使用的电气接口，线中经常使用的电气接口，LON 总线同样也支持。此方式下，最高总线同样也支持。此方式下，最高传输速率可达传输速率可达 1.25Mbps，但，但 LonMark 建议使用建议使用39kbps，在此速率下的典型电路如右图所示，在此速率下的典型电路如右图所示，此时，一条通道上最多可挂此时，一条通道上最多可挂 32 个节点，最大传输距离为个节点，最大传输距离为 660 米。米。第33页，本讲稿共60页双绞线双绞线收发器收发器（3）变压器耦合变压器耦合型：型：此方式可满足系统的高性能、高共此方式可满足系统的高性能、高共模隔离以及同时具有噪声隔离的作用。

39、模隔离以及同时具有噪声隔离的作用。此时，波特率可达此时，波特率可达 1.25Mbps，最，最大传输距离大传输距离 2700 米。米。FTT-10 收发器是使用最多的。收发器是使用最多的。FTT-10 收发器包括一个隔离变压收发器包括一个隔离变压器，一个曼彻斯特编码器，采用厚器，一个曼彻斯特编码器，采用厚膜电路集成在一个模块中。膜电路集成在一个模块中。第34页，本讲稿共60页电电 源源 线线 收收 发发 器器 所谓电源线方式，就是指通信线和电源线共用一对双所谓电源线方式，就是指通信线和电源线共用一对双绞线。使用电源线方式的意义在于，所有节点通过一个绞线。使用电源线方式的意义在于，所有节点通过一个

40、 48VDC 的中央电源供电，这对于一些电力资源匮乏的地的中央电源供电，这对于一些电力资源匮乏的地区具有非常重要的意义；另一方面，通信线与电源线共用区具有非常重要的意义；另一方面，通信线与电源线共用一对双绞线，可以节约一对双绞线。一对双绞线，可以节约一对双绞线。电源线收发器由于采用的是直流供电，所以它可以和电源线收发器由于采用的是直流供电，所以它可以和变压器耦合的双绞线直接互连。变压器耦合的双绞线直接互连。第35页，本讲稿共60页电电 力力 线线 收收 发发 器器 电力线收发器，是将通信数据调制成载波信号或扩频电力线收发器，是将通信数据调制成载波信号或扩频信号，然后通过耦合器耦合到信号，然后通

41、过耦合器耦合到 220VAC 或其它交直流电或其它交直流电力线上，甚至是没有电力的双绞线。这样做的好处是利用力线上，甚至是没有电力的双绞线。这样做的好处是利用已有的电力线进行数据通信，大大减少通信中遇到的繁琐已有的电力线进行数据通信，大大减少通信中遇到的繁琐的步线。的步线。电力线（特别是电力线（特别是我国）的固有缺陷我国）的固有缺陷是：间歇性噪声较是：间歇性噪声较大；信号衰减很快；大；信号衰减很快；线路阻抗波动频繁。线路阻抗波动频繁。埃施朗的改进：埃施朗的改进：q 每个芯片含一每个芯片含一 DSP DSP，完成数据收发；，完成数据收发；q 短报文头纠错技术，自动纠错；短报文头纠错技术，自动纠错

42、；q 动态调整收发器灵敏度算法；动态调整收发器灵敏度算法；q 三态电源放大三态电源放大/过滤合成器。过滤合成器。第36页，本讲稿共60页其它类型其它类型收发器收发器 除了前面讨论的收发器，除了前面讨论的收发器，LON 总线还支持其他一些收发器，这包括无线收发总线还支持其他一些收发器，这包括无线收发器、光纤收发器、红外收发器，甚至是用户自定义的收发器。器、光纤收发器、红外收发器，甚至是用户自定义的收发器。无线收发器：无线收发器：LON 总线可以使用很宽的频率范围。对于低成本的无线收发器，典型的频率总线可以使用很宽的频率范围。对于低成本的无线收发器，典型的频率是是 350MHz。使用无线收发器同时

43、还需要一个大功率的发射机。当使用无线收发。使用无线收发器同时还需要一个大功率的发射机。当使用无线收发器时神经元芯片的通信接口要配置成单端模式，速率为器时神经元芯片的通信接口要配置成单端模式，速率为4800 bps。光纤收发器：光纤收发器：目前常用的目前常用的 LON 总线光纤收发器是美国总线光纤收发器是美国 Raytheon 公司开发的系列产品，包公司开发的系列产品，包括光纤和双绞线的路由器。通信速率括光纤和双绞线的路由器。通信速率 1.25Mbps，最长距离，最长距离3.5 公里，每一个公里，每一个收发器包含两路独立的光纤端口。收发器包含两路独立的光纤端口。第37页，本讲稿共60页智智 能能

44、 收收 发发 器器 在在 LON 总线中，一个具有网络逻辑地址的智能设备称为总线中，一个具有网络逻辑地址的智能设备称为一个节点。节点的构成，一般可以用一个节点。节点的构成，一般可以用神经元芯片神经元芯片、收发器和、收发器和应用电路组成。如果应用电路组成。如果神经元芯片神经元芯片不能满足数据处理的要求，不能满足数据处理的要求，可以采用主处理器加可以采用主处理器加神经元芯片神经元芯片的方式，此时，的方式，此时，神经元芯片神经元芯片作为通信协议处理器使用。主处理器和作为通信协议处理器使用。主处理器和神经元芯片神经元芯片之间可以之间可以通过并口、通过并口、SPI 或或 SCI 串口、双端口串口、双端口

45、 RAM 等方式实现彼等方式实现彼此间数据的交换。埃施朗公司的智能双绞线收发器和智能电此间数据的交换。埃施朗公司的智能双绞线收发器和智能电力线收发器就是这样的产品。力线收发器就是这样的产品。第38页，本讲稿共60页路路 由由 器器 对多种介质的透明支持是对多种介质的透明支持是 LON 总线的独特能力，它使开发者能选择最适合他们总线的独特能力，它使开发者能选择最适合他们需要的介质和通信方法。对多种介质的支持需通过需要的介质和通信方法。对多种介质的支持需通过路由器路由器才可能。才可能。路由器路由器也能用也能用于控制网络业务量，将网络分段，抑止从其它部分来的数据流量，从而增加于控制网络业务量，将网络

46、分段，抑止从其它部分来的数据流量，从而增加网络总通过量和容量。网络总通过量和容量。路由器路由器装置使单一的对等网络能跨接许多类型传输介质，支持成千上万的装置。装置使单一的对等网络能跨接许多类型传输介质，支持成千上万的装置。路由器路由器通常有通常有 2 个互连的个互连的神经元芯片神经元芯片，每个，每个神经元芯片神经元芯片有一个适用于有一个适用于 2 个信道个信道的收发器，的收发器，路由器路由器就连接在这就连接在这 2 个信道上。个信道上。路由器路由器对网络的操作是完全透明的，但对网络的操作是完全透明的，但是它们并不一定传输所有的数据包。智能是它们并不一定传输所有的数据包。智能路由器路由器充分了解

47、系统配置，能将没有远程地充分了解系统配置，能将没有远程地址的包闭塞。在使用了另一类称为址的包闭塞。在使用了另一类称为穿越路由器穿越路由器的的路由器路由器，LON 总线系统就能在像因特总线系统就能在像因特网这样的广域网上跨接巨大的距离。网这样的广域网上跨接巨大的距离。路由器路由器一般用来：一般用来：（1）扩展通道的数量；）扩展通道的数量；（2）连接不同的通信介质；）连接不同的通信介质；（3）提高）提高 LON 总线的可靠性；总线的可靠性；（4）全面提高网络性能。）全面提高网络性能。第39页，本讲稿共60页第二部分第二部分 LonWorks 技术技术二、二、通信控制处理器通信控制处理器三、三、Lo

48、nWorks LonWorks 通信通信四、四、通信协议通信协议 LonTalk本本 章章 小小 结结一、一、LonWorks LonWorks 技术概要技术概要五、五、面向对象的编程语言面向对象的编程语言通信协议通信协议第40页，本讲稿共60页LonTalk 协议概述协议概述（1）LonTalk 协议是协议是 LonWorks 技术的核心。该协议提技术的核心。该协议提供一套通信服务，使装置中的应用程序能在网上对其它装置供一套通信服务，使装置中的应用程序能在网上对其它装置发送和接收报文而无需知道网络拓扑、名称、地址或其它装发送和接收报文而无需知道网络拓扑、名称、地址或其它装置的功能。置的功能。

49、LonTalk 协议能有选择地提供协议能有选择地提供端到端端到端的报文确认、报的报文确认、报文证实和优先级发送以便设定有界事务处理时间。对网络管文证实和优先级发送以便设定有界事务处理时间。对网络管理业务的支持使远程网络管理工具能通过网络和其它装置相理业务的支持使远程网络管理工具能通过网络和其它装置相互作用，包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、互作用，包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和节点应用程序的起始、终止、复位。报告网络问题和节点应用程序的起始、终止、复位。第41页，本讲稿共60页LonTalk 协议概述协议概述（2）为了处理网络上报文冲突，为了处理网络上报文

50、冲突，LonTalk 协议使用类似协议使用类似以太网所用的以太网所用的“载波侦听多路访问载波侦听多路访问”（CSMA）算法。）算法。LonTalk 协议建立在协议建立在 CSMA 基础上，提供介质访问协议，基础上，提供介质访问协议，使得可根据预测网络业务量发送优先级报文和动态调整时使得可根据预测网络业务量发送优先级报文和动态调整时间片的数目。通过间片的数目。通过动态调整网络带宽动态调整网络带宽（称为（称为预测性预测性 p 坚持坚持 CSMA 协议协议）的算法来使网络在极高网络业务量出现时）的算法来使网络在极高网络业务量出现时能继续运行，而在业务量较小时又不降低网络速度。能继续运行，而在业务量较