收稿日期:2002-01
基金项目:云南省自然科学基金资助项目F0003Q
作者简介:刘在强(1976 ),男,硕士研究生,主要从事信息检测技术及信号处理的研究;施心陵(1956 ),男,教授。
CEBus 通讯协议标准及技术分析
刘在强,李
,陈建华,施心陵
(云南大学信息学院电子工程系,云南昆明650091)
摘要:介绍CEBus 协议栈结构和标准,分析CEBus 在电力线传输介质上实现所采用的技术及应用。
关键词:CEBus;电力线;扩频载波
CEBus Transport Protocol Standard and Technology Analysis
LIU Zai qiang,LI Su,C HEN Jian hua,SHI Xin ling
(Electronic &Engineering Department of Information College,Yunnan University,Kunming 650091,China)
Abstract:This article discusses the protocol stack architecture and standards of Consu mer Electronic Bus(CEBus),analyses the technology and application used by CEBus of Power Line mediu m.
Key words:CEBus;power line,spread spectrum carrier
1 CEBus 体系结构
CEBus 采用了简化的OSI 模型。它分为物理层、
数据链路层、网络层和应用层四层。除此以外,CEBus 还包括层系统管理部件。其系统模型如图1所示。
图1 CEBus 节点模型
图1节点模型中,整个物理层的功能已经芯片化,某些芯片还包括了数据链路层的功能。数据链路层中的介质访问控制子层提供带或不带应答的无连接数据传输服务,有时还承担查错任务,同时还要生成数据分组的控制域以表明数据分组的类型、优先级、服务级别和序列号。数据链路层中的逻辑链路控制子层是个空壳,只转发命令无实质性的工作。网络层具有路由、路桥功能,负责确定网址、流量控制、数据分段以及丢弃传输介质收到的重复数据分组等。应用层可以通过原语向网络层指明:优先级、是否需要应答、是否使用流量控制、传输介质类型以及选择路桥和路桥的网址。层系统管理是一个CEBus 部件而不是一个层,它可以与网络节点中的所有协议层进行通讯。层系统管理负责层的复位、层参数的初始化以及接收和发布层故障
信息。层系统管理也能访问各层的参数,如介质访问控制子层中的统计计数器。2 物理层技术分析
CEBus 支持7种不同的物理传输介质:电力线、射频、双绞线、红外线、同轴电缆、光纤以及AV 。物理层分为两个子层:介质依赖物理子层和符号编码子层。
2.1 介质依赖物理子层
CEBus 的电力线介质依赖物理子层通过接收和发送传输介质上的线性调频 chirps !波进行载波来对信号进行扩频,增强信号传输的鲁棒性和抗干扰能力。
使用线性调频 Chirp !波进行扩频载波(Spread Spec trum Carrier,简SSC)的技术多用于类似于以太网的CS
MA 网络,它利用一系列短促的,可自同步的线性调频
Chirp !波作为载体(见图2)。每个线性调频 Chirp !波一般持续100 s,它代表了最基本的通信符号时间(UST)。其输出的最大幅值对120V 设备是7V pp ,对240V 的设备为14V pp 。这些Chirps 覆盖了100kHz~400kHz 的频带,并总是以200kHz~400kHz 的频率开始,以100kHz ~200kHz 的频带结束。由于Chirp 信号的线性调频带宽比信号带宽要大得多,其线性加速度较高,而等幅振荡波干扰(Conitnuous Wave ja mming)的频率加速度一般
图2 线性调频Chirps 波形
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是稳定的,所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号就可将等幅振荡波干扰排除。另外,此种Chirp 波形还具有很强的自相关特性,这种模糊逻辑的相关性决定了所有连接在网络上的设备可以同时识别从网上任意设备发出的这种独特波形,并且不需要在收发和接收设备间进行同步。
接收信号时,介质依赖物理子层接收来自传输介质上的线性调频 Chirp !波信号并把它们翻译成劣态(Inferior)、优态(Superior)(见图4b)。劣态表示在传输介质上没有线性调频 Chirp !波信号,仅用于数据分组包头传输及两个数据分组间隙传输。有线性调频信号的状态为优态。优态还有两种相反的相位,
分别为优图3 CEBus 数据分组结构
1态(Phase 1)、优2态(Phase 2)(见图4a)。优1态与传输数据分组包的第一个线性调频 Chirp !波相位相同;而优2态指与优1态相位相反的线性调频 Chirp !波。由这些状态组成的信息被传输到符号编码子层并进行处理。在发送信号时,介质依物理子层接收来
自符号编码子层的信号,并将其转变为相应的线性调频 Chirp !波进行发送。2.2 符号编码子层
符号编码子层的主要功能:在信号发送、接收时分别进行符号编码和解码。CEBus 在电力线介质上有四种编码符号,分别为: 0!、 1!、 EOF !、 EOP !。表示扩频范围为100kHz~400kHz 的线性调频 Chirp !波信号,其符号及编码长度如表1所示。
表1 C EBus 物理层编码
码元
数据分组报头数据体
UST
时间UST 时间111141100022282200EOF 88003300EOP
无
无
4
400
2.3 CEBus 数据分组
CEBus 物理层的数据分组由报头、数据体和CRC 校验和组成,其中,
报头与数据体编码方式不同。数据分组格式如图3所示。
报头(Prea mble)用来解决多机共享信道时的竞争问题。为了便于检测,在报头中每个UST 为114 s,扫描时间不变。在报头中采用幅移键控(ASK)技术,优劣和劣态交替出现。其中优态仅使用第一相位(Phase 1)。无论是优态还是劣态都可以代表 0!或 1!;在数据体中CEBus 采用反相键控(PRK)技术,没有劣态,而是两个相位交替出现。例如:对于编码 1101!,其在数据分组报头与数据体中的波形不同。波形如图4。
图4 CEBus 数据体中 1101!的波形图(a)和数据分组报头中 1101!的波形图(b)
3 数据链路层及网络层
数据链路层分为两个子层;介质访问控制子层和逻辑链路控制子层。其中,逻辑链路子层不具有任何功能,只用于传输命令。介质访问控制子层的主要功能是控制对传输介质的访问、目的地址的校验和过滤,以及提供可靠的信息传输,使网络层成为一个无差错的数据通道。C EB us 的介质多重访问采用C SMA/CD CR 机制。
网络层管理网络拓扑结构并处理高层优先级请求。在CEBus 中网络层具有数据分段和流量控制功
能。
网络层拓扑结构的维护功能主要由网络中的路由、路桥等基础设备所使用。由于网络层已超然于传输介质之上,所以有信息的跨介质传输问题。又因为CEBus 覆盖了多种物理传输介质,既包括有线的也包括无线的。所以它有路桥(Brouters)的概念。
(下转第43页)
8 仪表技术2002年第3期
说,设备网是这三种类型中最好的一种,而以太网是最差的。对于大尺寸数据来说,控制网与以太网都比设备网好一些,设备网的效率只有58%,控制网与以太网的效率几乎接近98%。对于控制系统来说,数据通常是小尺寸的。因此,以上的分析表明尽管设备网的传输率较低,但它仍然更可取。但是,在做出决定之前,必须对网
络的平均和总的时间延迟以及流量进行检查。
图4 三种网络在不同数据大小下的传输时间比较
图4和图5中曲线的突变是由数据的分段引起的,以太网,控制网和设备网的最大数据尺寸分别是1500字节,504字节和8字节。图4中对应于小尺寸的以太网曲线图中水平部分是由于最小数据尺寸46
字节要求。
图5 三种网络在不同数据大小时的编码效率比较
参考文献:
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(许雪军编发)
(上接第8页)4 应用层
CEBus 应用层由信息传输部件和公共应用语言组成。
4.1 信息传输部件
信息传输部件的主要功能:提供端到端的信息传输服务、信息加密以及身份验证。由于网络层具有信息分段功能,因此对这一层传输的信息单位大小没有限制。信息传输部件提供了传输公共应用语言信息的4种服务类型:隐式调用;显式调用;条件调用;显式重发。
4.2 公共应用语言
公共应用语言是CEBus 专为设备之间相互通讯而设计的面向对象的应用控制语言。它以开发商定义的上下文数据模型(Context Model)为基础。各种各样的上下文数据模型是构成公共应用语言的基石。每一个上下文数据模型代表一个消费电子设备(如灯开关)或者代表电子产品的某项主要功能(如计时)。4.3 上下文数据模型结构
目前存在多个上下文数据模型组,如:照明组、环境组、安全组等。每一个组称为上下文数据模型类;每一个类是由各种对象组成的。这些对象代表了设备的特征或资源;而每一个对象包含各种事例变量,这些事例变量代表了资源的某些特征。除此以外在公共应用
语言中还包含了一个方法集对各种上下文数据模型对
象进行操作。
例:图5为一个模型结构事例。其中,照明、环境为两个上下文组。照明组由灯光、光场景等上下文类组成;灯光类由光等级、特征选择等上下文对象组成,而光等对象由步长、电流值等事例变量组成。同样环境组也有类似照明组的层次结构。
图5 上下文数据模型结构层次图
5 结束语
CEBus 以其简便的协议、日臻完善的技术正日益成为消费电子设备互操作的企业标准。CEBus 通讯的低层功能已实现了芯片化,所以接入设备比较便宜。目前,市场上此类芯片有LM1893、ST7536、SSC P300、SSC P485、CE Way ?等。随着载波通讯技术的进一步成熟,C EB us 将在仪器仪表、家庭自动化、智能楼宇建设、智能小区建设以及工业厂区建设中得到更为广泛的应用。
(许雪军编发)
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Modbus通讯协议 Modbus协议 Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化(Schneider Automation)部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。 当在网络上通信时，Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成应答并使用Modbus 协议发送给询问方。 Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave 端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。 Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验，但TCP模式没有额外规定校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。另外，Modbus采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某Slave站点断开后（如故障或关机），Master端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通。因此，Modbus协议的可靠性较好。 下面我来简单的给大家介绍一下，对于Modbus的ASCII、RTU和TCP协议来说，其中TCP和RTU协议非常类似，我们只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉，然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可。所以在这里我仅介绍一下
编号： 密级：内部 页数：__________基于RS485接口的DGL通信协议（修改） 编写：____________________ 校对：____________________ 审核：____________________ 批准：____________________ 北京华美特科贸有限公司 二○○二年十二月六日
1.前言 在常见的数字式磁致伸缩液位计中，多采用RS485通信方式。但RS485标准仅对物理层接口进行了明确定义，并没有制定通信协议标准。因此，在RS485的基础上，派生出很多不同的协议，不同公司均可根据自身需要设计符合实际情况的通信协议。并且，RS485允许单总线多机通信，如果通信协议设计不好，就会造成相互干扰和总线闭锁等现象。如果在一条总线上挂接不同类型的产品，由于协议不一样，很容易造成误触发，造成总线阻塞，使得不同产品对总线的兼容性很差。 随着RS485的发展，Modicon公司提出的MODBUS协议逐步得到广泛认可，已在工业领域得到广泛应用。而MODBUS的协议规范比较烦琐，并且每字节数据仅用低4位（范围：0~15），在信息量相同时，对总线占用时间较长。 DGL协议是根据以上问题提出的一种通信协议。在制定该协议时已充分考虑以下几点要求： a.兼容于MODBUS 。也就是说，符合该协议的从机均可挂接到同一总线上。 b.要适应大数据量的通信。如：满足产品在线程序更新的需要(未来功能)。 c.数据传输需稳定可靠。对不确定因素应加入必要的冗错措施。 d.降低总线的占用率，保证数据传输的通畅。 2.协议描述 为了兼容其它协议，现做以下定义： 通信数据均用1字节的16进制数表示。从机的地址范围为：0x80～0xFD，即：MSB=1； 命令和数据的数值范围均应控制在0~0x7F之间。即：MSB=0，以区别地址和其它数据。 液位计的编码地址为：0x82~0x9F。其初始地址(出厂默认值)为：0x81。 罐旁表的编织地址为：0xA2~0xBF。其初始地址(出厂默认值)为：0xA1。 其它地址用于连接其它类型的设备，也可用于液位计、罐区表地址不够时的扩充。 液位计的命令范围为：0x01~0x2F，共47条，将分别用于参数设定、实时测量、诊断测试、在线编程等。 通信的基本参数为：4800波特率，1个起始位，1个结束位。字节校验为奇校验。 本协议的数据包是参照MODBUS RTU 通信格式编写，并对其进行了部分修改，以提高数据传输的速度。另外，还部分参照了HART协议。其具体格式如下： 表中，数据的最大字节数为16个。也就是说，整个数据包最长为20个字节。 “校验和”是其前面所有数据异或得到的数值，然后将该数值MSB位清零，使其满足0~7F 的要求。在验证接收数据包的“校验和”是否正确时，可将所有接收数据(包括“校验和”)进行异或操作，得到的数据应＝0x80。这是因为，只有“地址”的MSB=1，所以异或结果的MSB也必然等于1。 本协议不支持MODBUS中所规定的广播模式。 3.时序安排 在上电后，液位计将先延迟10秒，等待电源稳定。然后，用5秒的时间进行自检和测试数据。
物联网中的通信协议类型 物联网中设备、网关、云以及服务之间的相互通信是按照一定的通信协议进行的。大多数的IP协议应用都使用了TCP或UDP进行传输。而在许多物联网应用中，有几种消息分发功能是常见的，希望这些功能可以通过不同的应用以可互操作的标准方式来实现。本文盘点整理下目前比较常用到的一些物联网中的“会话层”协议。认准中盈智能品牌。 MQTT MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输)最初在1999年由IBM 推出，2013年OASIS对其进行了标准化，使其成为了一种开放标准。这是一个发布/订阅，非常简单和轻量级的消息协议，专为受限设备和低带宽、高延迟或不可靠的网络而设计。设计原则是尽量减少网络带宽和设备资源需求，同时也要确保可靠性和一定程度的传送保证。这些原则也使得协议成为连接设备中新兴的“机器对机器”(M2M)或“物联网”行业以及带宽和电池电量非常重要的移动应用的理想选择。 另外，还有针对物联网安全扩展的SMQTT(Secure MQTT)和针对传感网络的MQTT-SN(for sensor networks)。 AMQP AMQP (Advanced Message Queuing Protocol，高级消息队列协议) 是用于业务消息的开放互联网协议。AMQP由几层组成。最低层定义了用于在网络上的两个进程之间传输消息的高效的二进制对等协议。在此之上，消息传递层使用具体的标准编码来定义抽象消息格式。每个合规的AMQP进程必须能够以这种标准编码发送和接收消息。AMQP连接系统，为业务流程提供所需的信息，并可靠地传输实现其目标的指令。 CoAP CoAP (Constrained Application Protocol，受限应用协议)是一个专门的网络传输协议，用于受限的节点和网络。节点通常具有少量ROM和RAM的单片机。该协议专为机器对机器(M2M)应用而设计，如智能能源和楼宇自动化。 XMPP XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocoll，可扩展通讯和表示协议)是一种用于实时通信的开放式XML技术、支持即时消息、在线状态和协作等广泛的应用。 DDS DDS (Data Distribution Service，数据分发服务)是来自对象管理组(OMG)的以数据为中心
Shaanxi University of Technology 计算机网络设备 及 通信协议 2010/10/25
前言 计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。简单来说，计算机网络就是由通信线路互相连接的许多自主工作的计算机构成的集合体。计算机网络具有共享硬件、软件和数据资源的功能，具有对共享数据资源集中处理及管理和维护的能力。计算机网络中不同的计算机，服务器之间能传输数据，源于协议的存在。随着计算机网络的发展，不同的开发商开发了不同的网络通信方式。为了使通信成功可靠，网络中的所有主机都必须使用同一语言，不能带有方言。因而必须开发严格的标准定义主机之间的每个包中每个字中的每一位。这些标准来自于多个组织的努力，约定好通用的通信方式，即协议。这些都使通信更容易。一个完整的计算机通信系统应该包含各种硬件设备及他们之间的通信协议。
一计算机网络设备 1 网络互联设备 网络互联是指LAN-LAN WAN-WAN LAN-WAN之间的连通和互操作能力这种互操作指的是互联网上一个网络的用户和另一个网络的用户可以透明的交换信息而不管这两个网络上的硬件软件差异。 2 中继器 网络连接最简单的设备就是中继器其作用是对弱信号再生并将再生信号发送到网络的其它分支上提供电流以实现长距离传输中继器工作在OSI模型的最低层物理层只能用来连接具有相同物理层协议的LAN 中继器主要用于扩充LAN电缆段的距离限制比如10BASE 5粗以太网由于收发器只能提供500米的驱动能力而MAC协议允许粗以太网电缆最长为2.5公里这样每500米之间就可以利用中继器来连接但是中继器不具备检错和纠错的功能因此错误的数据经中继器后仍被复制到另一电缆段另外中继器还会引入延时。 3 集线器 集线器（HUB)是一种特殊的中继器它可以转接多个网络电缆把多个网络段连接起来随着10BASE T标准的推出以及集线器的使用使得总线网络拓扑结构逐渐向星型网络拓扑使用非屏蔽双绞线的模式转化该模式的核心就是集线器它连接网络的各个节点其优点是当网络上的某
常用通信协议汇总 一、有线连接 1.1RS-232 优点：RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3kΩ~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。 缺点：（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。 （2）传输速率较低，在异步传输时，最高速率为20Kbps。 （3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，而发送电平与接收 电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米。 1.2RS-485 RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构，传输距离一般在1~2km以下为最佳，如果超过距离加"中继"可以保证信号不丢失，而且结点数有限制，结点越多调试起来稍复杂，是目前使用最多的一种抄表方式，后期维护比较简单。常见用于串行方式，经济实用。 1.3CAN 最高速度可达1Mbps，在传输速率50Kbps时，传输距离可以达到1公里。在10Kbps速率时，传输距离可以达到5公里。一般常用在汽车总线上，可靠性高。 1.4TCP/IP 它可以用在各种各样的信道和底层协议（例如T1和X.25、以太网以及RS-232串行接口）之上。IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。IP数据包中含有发送它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。 1.5ADSL 基于TCP/IP 或UDP协议，将抄表数据发送到固定ip，利用电信/网通现有的布线方式，速度快，性能比较可以，缺点是不适合在野外，设备费用投入较大，对仪表通讯要求高。 1.6FSK 可靠通信速率为1200波特，可以连接树状总线；对线路性能要求低，通信距离远，一般可达30公里，线路绝缘电阻大于30欧姆，串联电阻高达数百欧姆都可以工作，适合用于大型矿井监控系统。主要缺点是：系统造价略高，通信线路要求使用屏蔽电缆；抗干扰性能一般，误码率略高于基带。 1.7光纤方式 传输速率高，可达百兆以上；通信可靠无干扰；抗雷击性能好，缺点：系统造价高；光纤断线后熔接受井下防爆环境制约，不宜直达分站，一般只用于通信干线。 1.8电力载波 1.9利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。由于使用坚固可靠的电力线作 为载波信号的传输媒介，因此具有信息传输稳定可靠，路由合理、可同时复用远动信号等特点，不需要线路投资的有线通信方式，但是开发费用高，调试难度大，易受用电环境影响，通讯状况用户的用电质量关系紧密。 二、无线连接 2.1Bluetooth 蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术。它是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低
****公司 中国联合网络通信有限公司分公司物联网业务服务协议 年月
法定代表人： 地址： 乙方：中国联合网络通信有限公司分公司 负责人： 地址： 鉴于： 1.甲方是依据中华人民共和国法律成立的【】，主要从事【】。 2.乙方是中国联合网络通信有限公司的分公司，主要从事通信服务业务。 3. 务。 为此，甲、乙双方经友好协商，达成如下协议： 第一条定义 1、在本协议中，除非上下文另有明确说明，词语和简称的含义见附件2。 2、本协议中没有明确规定的其他相关词语，按照中国法律法规、政府部门的规定、或有权部门的政策性规定解释，没有以上文件明确解释的，参考行业惯例解释。 第二条合同内容 乙方提供的物联网业务服务包括平台服务与通信服务。 1、平台服务：是指提供物联网平台的访问权限、标准文档、在线和电话支持，以及创建和管理账户的访问权限等，帮助甲方进行物联网连接管理。
2、通信服务：是在现有技术条件下的网络与设施覆盖范围内的电信服务，包括数据、短信、语音。（具体业务详见附件3《账户配置单》） 第三条甲方权利义务 1、甲方有权享受本协议约定的通信服务并在乙方提供的通信服务项目中选择和变更自己所需要的服务，有权对乙方的通信业务服务质量进行监督和申诉。甲方作为乙方的大客户，有权享受乙方提供的相应的大客户服务。 2、甲方不得利用乙方提供的服务从事违法犯罪、妨碍社会治安的活动。并且，甲方不得以任何名义及方式将其使用的乙方业务以任何名义及方式（包括赠与、转租、转借、转售等）提供给第三方。 3、甲方自行负责其运行设备和应用程序的维护和管理，并遵守乙方安全、注册、访问和使用规则，对于任何非因乙方平台服务问题引起的故障，甲方应自行负责处理和解决。 4、甲方应尽力避免未经授权的访问或使用服务。如发现任何未经授权使用甲方账户登录平台或其他可能导致甲方账户遭窃、遗失的情况，甲方应及时通知乙方。 5、如乙方有合理理由怀疑甲方存在异常的设备使用，乙方有权停止对甲方的服务。异常的设备使用是指设备无法正常运行，频繁重试、重新连接或重新启动。这种行为会致使乙方的电信系统超载，乙方会根据实际情况，采取必要预防措施防止异常的设备使用。 6、甲方应履行工信部、公安部及工商总局关于实名制登记义务，配合乙方对物联网SIM卡实际使用人的身份证件进行验证并登记身份信息，做到物联网SIM卡与实际使用人一一对应；甲方办理涉及行业应用的物联网SIM卡业务时，应配合乙方登记责任单位及责任人信息。甲方作为统一办理物联网SIM卡的责任单位，明确对应责任人：姓名：身份证件号码：。甲方确保其向乙方提供资料真实、准确、有效，并保证在发生变更后【】个工作日内以书面形式通知乙方。 7、甲方使用乙方提供服务对外发布的信息所产生的纠纷，完全由甲方负责解释并承担责任。如给乙方造成损失，由甲方负责赔偿。
THE I 2C-BUS SPECIFICATION VERSION 2.1 JANUARY 2000
CONTENTS 1PREFACE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 1.1Version 1.0 - 1992. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2Version 2.0 - 198. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3Version 2.1 - 1999. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4Purchase of Philips I2C-bus components . . 3 2THE I2C-BUS BENEFITS DESIGNERS AND MANUFACTURERS. . . . . . . . . . . . . . .4 2.1Designer benefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2Manufacturer benefits. . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3INTRODUCTION TO THE I2C-BUS SPECIFICATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 4THE I2C-BUS CONCEPT . . . . . . . . . . . . . . .6 5GENERAL CHARACTERISTICS . . . . . . . . .8 6BIT TRANSFER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 6.1Data validity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6.2START and STOP conditions. . . . . . . . . . . 9 7TRANSFERRING DATA. . . . . . . . . . . . . . .10 7.1Byte format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 7.2Acknowledge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 8ARBITRATION AND CLOCK GENERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 8.1Synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 8.2Arbitration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 8.3Use of the clock synchronizing mechanism as a handshake. . . . . . . . . . . 13 9FORMATS WITH 7-BIT ADDRESSES. . . .13 107-BIT ADDRESSING . . . . . . . . . . . . . . . . .15 10.1Definition of bits in the first byte . . . . . . . . 15 10.1.1General call address. . . . . . . . . . . . . . . . . 16 10.1.2START byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 10.1.3CBUS compatibility. . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 11EXTENSIONS TO THE STANDARD- MODE I2C-BUS SPECIFICATION . . . . . . .19 12FAST-MODE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 13Hs-MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 13.1High speed transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 13.2Serial data transfer format in Hs-mode. . . 21 13.3Switching from F/S- to Hs-mode and back . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2313.4Hs-mode devices at lower speed modes. . 24 13.5Mixed speed modes on one serial bus system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 13.5.1F/S-mode transfer in a mixed-speed bus system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 13.5.2Hs-mode transfer in a mixed-speed bus system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 13.5.3Timing requirements for the bridge in a mixed-speed bus system. . . . . . . . . . . . . . 27 1410-BIT ADDRESSING. . . . . . . . . . . . . . . . 27 14.1Definition of bits in the first two bytes. . . . . 27 14.2Formats with 10-bit addresses. . . . . . . . . . 27 14.3General call address and start byte with 10-bit addressing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 15ELECTRICAL SPECIFICATIONS AND TIMING FOR I/O STAGES AND BUS LINES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 15.1Standard- and Fast-mode devices. . . . . . . 30 15.2Hs-mode devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 16ELECTRICAL CONNECTIONS OF I2C-BUS DEVICES TO THE BUS LINES . 37 16.1Maximum and minimum values of resistors R p and R s for Standard-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 17APPLICATION INFORMATION. . . . . . . . . 41 17.1Slope-controlled output stages of Fast-mode I2C-bus devices. . . . . . . . . . . . 41 17.2Switched pull-up circuit for Fast-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 17.3Wiring pattern of the bus lines. . . . . . . . . . 42 17.4Maximum and minimum values of resistors R p and R s for Fast-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 17.5Maximum and minimum values of resistors R p and R s for Hs-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 18BI-DIRECTIONAL LEVEL SHIFTER FOR F/S-MODE I2C-BUS SYSTEMS . . . . 42 18.1Connecting devices with different logic levels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 18.1.1Operation of the level shifter . . . . . . . . . . . 44 19DEVELOPMENT TOOLS AVAILABLE FROM PHILIPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 20SUPPORT LITERATURE . . . . . . . . . . . . . 46
浅析计算机网络通信协议 发表时间：2009-02-23T16:25:14.153Z 来源：《中小企业管理与科技》供稿作者：李雨冯迪[导读] 计算机与计算机之间的通信离不开通信协议，通信协议实际上是一组规定和约定的集合。两摘要：计算机与计算机之间的通信离不开通信协议，通信协议实际上是一组规定和约定的集合。两台计算机在通信时必须约定好本次通信做什么，是进行文件传输，还是发送电子邮件；怎样通信，什么时间通信等。 关键词：计算机网络通信协议 0 引言 本文就计算机网络通信协议、选择网络通信协议的原则、TCP/IP通信协议的安装、设置和测试等，作进一步的研究和探讨。 1 网络通信协议 目前，局域网中常用的通信协议主要有：NetBEUI协议、IPX/SPX兼容协议和TCP/IP协议。 1.1 NetBEUI协议①NetBEUI是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。在微软如今的主流产品，在Windows和Windows NT中，NetBEUI已成为其固有的缺省协议。NetBEUI是专门为几台到百余台PC所组成的单网段部门级小型局域网而设计的。②NetBEUI中包含一个网络接口标准NetBIOS。NetBIOS是IBM用于实现PC间相互通信的标准，是一种在小型局域网上使用的通信规范。该网络由PC组成，最大用户数不超过30个。 1.2 IPX/SPX及其兼容协议①IPX/SPX是Novell公司的通信协议集。与NetBEUI的明显区别是，IPX/SPX显得比较庞大，在复杂环境下具有很强的适应性。因为，IPX/SPX在设计一开始就考虑了多网段的问题，具有强大的路由功能，适合于大型网络使用。②IPX/SPX及其兼容协议不需要任何配置，它可通过“网络地址”来识别自己的身份。Novell网络中的网络地址由两部分组成：标明物理网段的“网络ID”和标明特殊设备的“节点ID”。其中网络ID集中在NetWare服务器或路由器中，节点ID即为每个网卡的ID号。所有的网络ID和节点ID都是一个独一无二的“内部IPX地址”。正是由于网络地址的唯一性，才使IPX/SPX具有较强的路由功能。在IPX/SPX协议中，IPX是NetWare最底层的协议，它只负责数据在网络中的移动，并不保证数据是否传输成功，也不提供纠错服务。IPX在负责数据传送时，如果接收节点在同一网段内，就直接按该节点的ID将数据传给它；如果接收节点是远程的，数据将交给NetWare服务器或路由器中的网络ID，继续数据的下一步传输。SPX 在整个协议中负责对所传输的数据进行无差错处理，IPX/SPX也叫做“Novell的协议集”。③NWLink通信协议。Windows NT中提供了两个IPX/SPX的兼容协议：“NWLink SPX/SPX兼容协议”和“NWLink NetBIOS”，两者统称为“NWLink通信协议”。NWLink协议是Novell公司IPX/SPX协议在微软网络中的实现，它在继承IPX/SPX协议优点的同时，更适应了微软的操作系统和网络环境。Windows NT网络和Windows的用户，可以利用NWLink协议获得NetWare服务器的服务。从Novell环境转向微软平台，或两种平台共存时，NWLink通信协议是最好的选择。 1.3 TCP/IP协议 TCP/IP是目前最常用到的一种通信协议，它是计算机世界里的一个通用协议。在局域网中，TCP/IP最早出现在Unix系统中，现在几乎所有的厂商和操作系统都开始支持它。同时，TCP/IP也是Internet的基础协议。①TCP/IP具有很高的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有的服务器和工作站。但其灵活性也为它的使用带来了许多不便，在使用NetBEUI和IPX/SPX及其兼容协议时都不需要进行配置，而TCP/IP协议在使用时首先要进行复杂的设置。每个节点至少需要一个“IP地址”、一个“子网掩码”、一个“默认网关”和一个“主机名”。在Windows NT中提供了一个称为动态主机配置协议（DHCP）的工具，它可自动为客户机分配连入网络时所需的信息，减轻了联网工作上的负担，并避免了出错。同IPX/SPX及其兼容协议一样，TCP/IP也是一种可路由的协议。TCP/IP的地址是分级的，这使得它很容易确定并找到网上的用户，同时也提高了网络带宽的利用率。当需要时，运行TCP/IP协议的服务器（如Windows NT服务器）还可以被配置成TCP/IP路由器。与TCP/IP不同的是，IPX/SPX协议中的IPX使用的是一种广播协议，它经常出现广播包堵塞，所以无法获得最佳的网络带宽。②Windows中的TCP/IP协议。Windows的用户不但可以使用TCP/IP组建对等网，而且可以方便地接入其它的服务器。如果Windows工作站只安装了TCP/IP协议，它是不能直接加入Windows NT域的。虽然该工作站可通过运行在Windows NT服务器上的代理服务器（如Proxy Server）来访问Internet，但却不能通过它登录Windows NT服务器的域。要让只安装TCP/IP协议的Windows用户加入到Windows NT域，还必须在Windows上安装NetBEUI协议。③TCP/IP协议在局域网中的配置。只要掌握了一些有关TCP/IP方面的知识，使用起来也非常方便。④IP地址。TCP/IP协议也是靠自己的IP地址来识别在网上的位置和身份的，IP地址同样由“网络ID”和“节点ID”（或称HOST ID，主机地址）两部分组成。一个完整的IP地址用32位（bit）二进制数组成，每8位（1个字节）为一个段（Segment），共4段（Segment1～Segment4），段与段之间用“，”号隔开。为了便于应用，IP地址在实际使用时并不直接用二进制，而是用大家熟悉的十进制数表示，如19 2.168.0.1等。在选用IP地址时，总的原则是：网络中每个设备的IP地址必须唯一，在不同的设备上不允许出现相同的IP地址。⑤子网掩码。子网掩码是用于对子网的管理，主要是在多网段环境中对IP地址中的“网络ID”进行扩展。例如某个节点的IP地址为192.168.0.1，它是一个C类网。其中前面三段共24位用来表示“网络ID”；而最后一段共8位可以作为“节点ID”自由分配。⑥网关。网关（Gateway）是用来连接异种网络的设置。它充当了一个翻译的身份，负责对不同的通信协议进行翻译，使运行不同协议的两种网络之间可以实现相互通信。如运行TCP/IP协议的Windows NT用户要访问运行IPX/SPX协议的Novell网络资源时，则必须由网关作为中介。如果两个运行TCP/IP协议的网络之间进行互联，则可以使用Windows NT所提供的“默认网关”（Default Gateway）来完成。⑦主机名。网络中唯一能够代表用户或设备身份的只有IP地址。但一般情况下，众多的IP地址不容易记忆，操作起来也不方便。为了改善这种状况，我们可给予每个用户或设备一个有意义的名称，如“HAOYUN”。 2 选择网络通信协议的原则 2.1 所选协议要与网络结构和功能相一致。如你的网络存在多个网段或要通过路由器相连时，就不能使用不具备路由和跨网段操作功能的NetBEUI协议，而必须选择IPX/SPX或TCP/IP等协议。另外，如果你的网络规模较小，同时只是为了简单的文件和设备的共享，这时你最关心的就是网络速度，所以在选择协议时应选择占用内存小和带宽利用率高的协议，如NetBEUI。当你的网络规模较大，且网络结构复杂时，应选择可管理性和可扩充性较好的协议，如TCP/IP。 2.2 除特殊情况外，一个网络尽量只选择一种通信协议。现实中许多人的做法是一次选择多个协议，或选择系统所提供的所有协议，其实这样做是很不可取的。因为每个协议都要占用计算机的内存，选择的协议越多，占用计算机的内存资源就越多。一方面影响了计算机的运行速度，另一方面不利于网络的管理。事实上一个网络中一般一种通信协议就可以满足需要。
RS-232-C RS-232-C是OSI基本参考模型物理层部分的规格，它决定了连接器形状等物理特性、以0和1表示的电气特性及表示信号意义的逻辑特性。 RS-232-C是EIA发表的，是RS-232-B的修改版。本来是为连接模拟通信线路中的调制解调器等DCE及电传打印机等DTE拉接口而标准化的。现在很多个人计算机也用RS-232-C作为输入输出接口，用RS-232-C作为接口的个人计算机也很普及。 RS-232-C的如下特点：采用直通方式，双向通信，基本频带，电流环方式，串行传输方式，DCE-DTE间使用的信号形态，交接方式，全双工通信。RS-232-C在ITU建议的V.24和V.28规定的25引脚连接器在功能上具有互换性。 RS-232-C所使用的连接器为25引脚插入式连接器，一般称为25引脚D-SUB。DTE端的电缆顶端接公插头，DCE端接母插座。 RS-232-C所用电缆的形状并不固定，但大多使用带屏蔽的24芯电缆。电缆的最大长度为15m。使用RS-232-C在200K位/秒以下的任何速率都能进行数据传输。 RS-449 RS-449是1977年由EIA发表的标准，它规定了DTE和DCE之间的机械特性和电气特性。RS-449是想取代RS-232-C而开发的标准，但是几乎所有的数据通信设备厂家仍然采用原来的标准，所以RS-232-C仍然是最受欢迎的接口而被广泛采用。 RS-449的连接器使用ISO规格的37引脚及9引脚的连接器，2次通道（返回字通道）电路以外的所有相互连接的电路都使用37引脚的连接器，而2次通道电路则采用9引脚连接器。 RS-449的电特性，对平衡电路来说由RS-422-A规定，大体与V.11具有相同规格，而RS-423-A大体与V.10具有相同规格。
Modbus 通讯协议的原理和标准 工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络时代，工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus 就是工业控制器的网络协议中的一种。 一、Modbus 协议简介 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。 当在一Modbus 网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus 协议发出。在其它网络上，包含了Modbus 协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。 1、在Modbus 网络上转输 标准的Modbus 口是使用一RS-232C 兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem 组网。 控制器通信使用主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据做出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。 主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus 协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。 从设备回应消息也由Modbus 协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。 2、在其它类型网络上转输 在其它网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过程中，控制器既可作为主设备也可作为从设备。提供的多个内部通道可允许同时发生的传输进程。 在消息位，Modbus 协议仍提供了主—从原则，尽管网络通信方法是“对等”。如果一控制器发送一消息，它只是作为主设备，并期望从从设备得到回应。同样，当控制器接收到一消息，它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。 3、查询—回应周期 （1）查询 查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。例如功能代码03 是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。数据段必须包含要告之从设备的信息：从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。
计算机网络应用计算机网络通信协议概述 计算机网络是一个各种信息交换的场所，所有接入网络的计算机都可以通过彼此之间的物理连接设备进行信息的交换。但是，单纯依靠这些物理设备并不能实现信息的交换，这就好像计算机只有硬件系统是无法使用的，它得需要软件系统来支配。 因此，计算机网络需要通过协议，来支配数据的传输，才能发挥网络通信的作用。协议在计算机网络中，具有以下几个方面的特点： ●协议中的双方都必须了解协议，并且事先要知道所要完成任务的所有步骤； ●协议中的双方都必须同意并遵从它； ●协议必须是清楚的，每一步都要明确定义，保证不会引起误解。 1．什么是通信协议 在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则被称为网络协议或通信协议。它是实现计算机与计算机之间实现数据传输、资源共享等功能的基础。例如，一次通信具体做什么，是进行文件传输？还是发送电子邮件？如何建立连接？如何相互识别？在什么时间进行通信等。只有遵从这个约定计算机间才能够实现相互通信和交流。 目前，在Internet上使用的TCP/IP协议就是一个典型的例子，任何计算机在接入Internet 后，只要运行TCP/IP协议才能够访问和使用Internet上的资源，若其不支持TCP/IP协议，那么它将是被孤立的一台计算机，无法实现与其它接入Internet的计算机间的相互通信。 通常，计算机网络通信协议（Protocol）有3个基本要素构成 ●语法（Syntax）即控制信息或数据的结构和格式 ●语义（Semantics）即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及作出何种应答 ●时序（Timing）即通信双方信息交互的先后顺序及速率匹配和排序等 2．常见的通信协议 计算机网络通信协议遍及OSI参考模型的各个层次，如大家熟悉的TCP/IP、HTTP、FTP 等协议，到OSPF、IGP等协议，有上千种之多。 目前，在局域网中常见的3个网络通信协议分别是TCP/IP协议、IPX/SPX协议和NetBEUI 协议。除了在局域网外，还有广域网中，如X.25协议、HDLC协议、PPP协议等。 另外，由于网络节点之间关系的复杂性，在制定协议时，通常将其简单化，即将复杂成分分解成一些简单成分，最终复合起来。其层次结构具有如下几方面的特点。 ●结构中的每一层都规定有明确的任务及接口标准； ●将物理通信线路作为最底层，它使用从高层传输的参数，也是为高层提供服务的基 础 ●将用户的应用程序作为最高层 ●除了最高层之外，中间的每一层都要向其上一层提供服务，同时又是下一层的用户
I2C和SPI,UART的区别 2009-12-07 21:55 SPI--Serial Peripheral Interface，(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)串行外围设备接口，是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式，是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。 I2C--INTER-IC(INTER IC BUS：意为IC之间总线)串行总线的缩写，是PHILIPS 公司推出的芯片间串行传输总线。它以1根串行数据线（SDA）和1根串行时钟线（SCL）实现了双工的同步数据传输。具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。 能用于替代标准的并行总线，能连接的各种集成电路和功能模块。I2C是多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工作，并控制总线。总线上每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为发射器或接收器工作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存。 最主要的优点是其简单性和有效性。它支持多主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器):单端，远距离传输。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总常不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 区别在电气信号线上： SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。 如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输入口(SDI)，另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。