《工业控制网络》课程教学大纲

《工业控制网络》课程教学大纲

课程编码：T1060260

课程中文名称：工业控制网络

课程英文名称：INDUSTRIAL CONTROL NETWORK 总学时：40 讲课学时：28 实验学时：12 学分: 2.5 授课对象：电气工程及其自动化专业

先修课程：电路 集成电子技术 嵌入式系统原理及应用 一、课程教学目的

工业控制网络即现场总线是3C（Computer,Communication and Control）技术发展汇集成的结合点，是信息技术、数字化智能化网络发展到现场的结果。现场总线是自动化及电气工程领域当前和今后的发展热点。现场总线已在国民经济各个领域和国防领域中获得了广泛应用，而且应用得越来越普遍。例如，对于电气工程领域，在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中、在数字化变电站、配电系统/继电保护装置中、在智能电器中、在楼宇自动化装置中，几乎均要求配置现场总线通信接口；对于国防领域，在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。

本课程以现场总线基本技术及其节点设计为主要内容，目的是使学生掌握现场总线通信与网络基本知识，学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计一般设备的现场总线通信接口，掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为学生进行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。 二、教学内容及基本要求

本课程的主要内容包括计算机网络与现场总线的基础知识、国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范、现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基础。

第1章 绪论

现场总线的发展历程、概念、组成、技术特点与优点，标准及应用领域。

第2章 数据通信与计算机网络基础

数据编码方式、信号传输方式、通信方式等数据通信基础知识；网络拓扑结构、传输介质、硬件组成与介质访问控制方式等计算机网络基础知识；协议分层、接口和服务、服务原语等计算机网络基本理论；OSI参考模型和TCP/IP参考模型及其优缺点，OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。

第3章 控制器局域网——CAN

CAN总线的产生及其发展历程，CAN总线的技术特点，CAN节点的分层结构，CAN的一些基本概念，报文传送及其帧类型，错误类型及其界定，位定时要求，CAN总线基本技术阐释与分析，CAN控制器及接口芯片：SJA1000、82C250，CAN节点设计，CAN系统应用实例。

第4章 DeviceNet

DeviceNet简介，DeviceNet的连接（CAN标识符区的DeviceNet使用、连接建立概述、预定义主/

从连接组、客户机和服务器的连接终点），DeviceNet信息协议（显式信息、输入/输出信息、分段/重组、重复MAC ID检测协议），DeviceNet通信对象类，网络访问状态机制，预定义主/从连接组，构

建DeviceNet网络的步骤及所需的硬件和软件，DeviceNet节点设计、DeviceNet系统应用实例。

第5章 ControlNet

概述，主要技术特点，物理层与媒体，数据链路层简介，ControlNet系统应用实例。 第6章 以太网（EtherNet/IP）

概述，封装协议，显式与I/O信息到TCP/IP的映射，物理层，设备描述，对象库。 第7章 FF现场总线

概述；物理层及其网络连接；数据链路层；现场总线访问子层；报文规范层；网络管理与系统管理；通信控制器FB3050；设备描述。

第8章 Profibus

概述；Profibus通信协议；Profibus实现的可能性；Profibus控制器ASPC2；Profibus系统应用实例。

实验项目明细表

序号 1 2 3 4 5 实验项目名称 PLC编程与通信实验 CAN总线通信实验 DeviceNet网络配置与通信实验 ControINet网络组态及通信实验 Netlinx嵌入式远程通信实验 学时 3 3 3 3 实验要求 必修 必修 必修 必修 必修 实验类型 综合 综合 综合 综合 演示 每组人数 3 3 3 3

《工业控制网络》课程教学进程表

课次 第一次课 学时 2 教学内容 第1章 绪论：现场总线的发展历程，现场总线的概念、组成和网络架构， 现场总线的技术特点与优点，现场总线国际标准与中国标准，现场总线应用领域。 第2章 数据通信与计算机网络基础：数据编码方式、信号传输方式、通信方式等数据通信基础知识，网络拓扑结构、传输介质与硬件组成等计算机网络基础知识。 第2章数据通信与计算机网络基础：介质访问控制方式、协议分层、接口和服务、服务原语等计算机网络基本理论。 第2章数据通信与计算机网络基础：OSI参考模型和TCP/IP参考模型及其优缺点，OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。 第3章 CAN总线：CAN总线的产生及其发展历程，CAN总线的技术特点，CAN节点的分层结构，CAN的一些基本概念，报文传送及其帧类型。 第3章 CAN总线：错误类型及其界定，位定时要求，CAN总线基本技术阐释与分析。 第二次课 第三次课 第四次课 2 2 2 第五次课 第六次课 2 2 第七次课 第八次课 第九次课 第十次课 第十一次课 第十二次课 第十三次课 第十四次课 一、概念题

2 2 2 2 2 2 2 2 第3章 CAN总线：CAN控制器及接口芯片：SJA1000、82C250，CAN节点设计，CAN系统应用实例。第4章 DeviceNet：DeviceNet简介。 第4章 DeviceNet：DeviceNet的连接，DeviceNet信息协议，DeviceNet通信对象类。 第4章 DeviceNet：网络访问状态机制，预定义主/从连接组，构建DeviceNet网络的步骤及所需的硬件和软件，DeviceNet节点设计，DeviceNet系统应用实例。 第5章 ControlNet：概述，主要技术特点，物理层与媒体，数据链路层简介、ControlNet系统应用实例。 第6章 以太网（EtherNet/IP）：概述，封装协议，显式与I/O信息到TCP/IP的映射。 第6章 以太网（EtherNet/IP）：物理层，设备描述，对象库。第7章 FF总线：概述，物理层及其网络连接，数据链路层。 第7章 FF总线：现场总线访问子层，报文规范层，网络管理与系统管理，通信控制器FB3050，设备描述。第8章 Profibus总线：概述。 第8章 Profibus总线：Profibus通信协议；Profibus实现的可能性；Profibus控制器ASPC2；Profibus系统应用实例。 1、 现场总线

答：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。 2、 模拟数据编码

答：分别用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0，1状态的，称为模拟数据编码。 3、 数字数据编码

答：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0，1状态的，称为数字数据编码。 4、 单极性码

答：信号电平是单极性的数字数据编码。 5、 双极性编码

答：信号电平为正、负两种极性的数字数据编码。 6、 归零码（RZ）

答：在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的数字数据编码。 7、 非归零码（NRZ）

答：在整个码元时间内维持有效电平的数字数据编码。 8、 差分码

用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0的数字数据编码。 9、 基带传输

答：就是在数字通信的信道上按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制

10、 载波传输

答：采用数字信号对载波进行调制后实行传输。 11、 单工通信

答：就是指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。 12、 半双工通信

答：是指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输 13、 全双工通信

是指能同时作双向通信。 14、 广播式网络

答：仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。短的消息，即按某种语法组织的分组或包，可以被任何机器发送并被其它所有的机器接收。分组的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。一旦收到分组，各机器将检查它的地址字段。如果是发送给它的，则处理该分组，否则将它丢弃。 15、 点到点网络

由一对对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。 16、 类

一组表示同种系统组件的对象。一个类是一个对象的一种概括。一个类中所有的对象在形式和行为上是相同的，但是它们可以包含不同的属性值。 17、 实例

一个对象的一个明确的真实（物理）事件。 18、 属性

一个对象的一个外部可视特性或特点的一种描述。

19、 仅限组2服务器

一个UCMM非能力的和必须使用预定义主/从连接组来建立通信的从站。

20、 预定义主/从连接组

一组便于典型主/从关系通信的连接。一个应用至应用连接的创建及配置所涉及的诸多步骤已在预定义主/从连接组的定义中被取消。而它所提供的方法使得可用较少的网络和设备资源来建立一个通信环境。 21、 广播风暴

网络上的一个错误数据包的广播，它会引起多个主机立刻响应。一般说来，这种平等的错误数据包会引起风暴严重地成指数增长。 22、 数据报

装载足够由一个源到目的计算机的路由信息的数据的一个自身含有的独立实体，而不需依靠源与目的计算机先前的信息交换和传输网络。 23、 封装

分层协议使用的一种技术，即当前层将头部信息添加到来自上一层的协议数据单元（PDU）。 二、填空题

1、现场总线控制系统硬件包括：通信线、连接在通信线上的设备；软件包括：组态工具软件、组态通信软件、控制器编程软件、用户程序软件、设备接口通信软件、设备功能软件、监控组态软件。

2、在现场总线控制系统中，总线设备主要分为6类：变送器/传感器；执行器；控制器；监控/监视计算机；现场总线网桥/网关；其它现场总线设备，如人机界面、条形码识别器等。

3、现场总线具有数字化、开放性、分散性、互操作性、互换性、现场环境的适应性等特点。

4、进入“工业控制系统用现场总线”国际标准IEC61158（ED2.0）中的现场总线类型有FF H1、ControlNet、Profibus、P-Net、FF HSE、SwiftNet、WorldFIP、Interbus。

5、进入“低压开关设备和控制设备”现场总线国际标准IEC62026中的现场总线类型有AS-I、DeviceNet、SDS、Seriplex。

6、2002年10月8日中国国家标准化管理委员会批准了我国低压开关设备和控制设备的国家标准GB/T18858，其中包括了2个现场总线类型：AS-I和DeviceNet。

7、模拟数据编码的三种编码方法是： ASK（幅度键控）、FSK（频移键控）、PSK（相移键控）。

8、较为常见的网络拓扑结构有星形、环形、总线形和树形。

9、网络中常用的传输介质有电话线、同轴电缆、双绞线、光导纤维电缆、无线与卫星通信。

10、传输介质的特性主要包括：物理特性、传输特性、连通特性、地理范围、抗干扰性、相对价格。

11、令牌传递总线介质访问控制应具备以下几项功能：令牌传递算法、逻辑环的初始化、站插入算法、退出环路、恢复。

12、按连接距离分类网络可分为局域网、城域网和广域网。 13、服务原语可分为请求、指示、响应、证实4类。

14、ISO OSI开放系统互联参考模型分为7层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

15、TCP／IP参考模型分为4层，即主机至网络层、互联网层、传输层、应用层。

16、标准格式的CAN数据帧，不计填充位，最短为44位，最长为108位。 17、在CAN总线中存在5种不同的错误类型，即：位错误、填充错误、CRC错误、 形式错误、应答错误。

18、CAN总线在传输速率为5kbps及其以下时，传输距离可达10Km；传输距离在40m及其以下时，传输速率可达1Mbps。

19、CAN总线报文传送由4种不同类型的帧表示和控制：数据帧、远程帧、错误帧、超载帧。

20、CAN总线数据帧由7个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束。

21、DeviceNet现场总线的优点是开放、低价、可靠、高效。

22、DeviceNet现场总线网络上节点数最多可达64个，支持125kbps、250kbps、500kbps三种波特率、总线长度可达500米。

23、DeviceNet现场总线支持位选通、轮询、状态改变（COS）、周期4种I/O数据触发方式。

24、在DeviceNet现场总线中，一个连接中一般包含3种类型的定时器，即：发送触发定时器、静止/看门狗定时器和生产停止定时器。

25、ControlNet现场总线使用的物理介质为RG6同轴电缆或光线。最大支持5个中继器。带中继器最大拓扑长度：使用同轴电缆5000米；使用光纤，30公里。可编址节点最多为99个。网络速度：5Mbps。干线终端电阻：75欧姆。

26、ControlNet现场总线的每个NUT被划分为三个主要部分：预定时段、非预定时段和维护时段。

27、基金会现场总线的通信活动可以分为两类。由链路活动调度器（LAS）按照预定的调度时间表周期性发起的通信活动，称为受调度通信。在预定的调度时间表之外的时间，通过得到令牌的机会发送信息的通信方式称为非调度通信。

28、FF现场总线中的H1，若使用A型电缆，最大支持4个中继器，带中继器最大拓扑长度9500米，总线挂接设备最多为32台。网络速度：31.25kbps。

29、PROFIBUS现场总线由3个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和 PROFIBUS-FMS。 三、单选题

1、 下面哪个国际标准不是关于现场总线的：

A. IEC61158 B. IEC60068 C. ISO11898 D. IEC62026

答案：（ ）

2、 现场总线是当今3C技术发展的结合点，这里的3C是指：

A. COMPUTER、COMMUNICATION、CONTENTS B. CHINA、COMPULSARY、CERTIFICATION C. COMPUTER、COMMUNICATION、CONTROL

D. CAD、CAPP、CAM 答案：（ ）

3、 下面哪个现场总线国际标准是关于低压开关设备和控制设备的：

A. IEC61158 B. IEC1158 C. ISO11898 D. IEC62026

答案：（ ）

4、 ControlNet现场总线是由下面哪个公司推出的：

A. Rockwell B. Boeing C. Siemens

D. Fisher-Rosemount

答案：（ ）

5、 在“低压开关设备和控制设备” 现场总线国际标准IEC62026中因协议

不适合作为设备层的通用协议而被移去的现场总线类型是： A. Lontalk B. DeviceNet C. AS-I D. Seriplex。

答案：（ ）

6、 在关于“道路交通工具数字信息交换”的国际标准ISO11898和ISO11519

中以下列哪一通信速率区分高速和低速通信控制器局域网？ A. 1Mbps B. 125 Kbps C. 250 Kbps D. 500Kbps

答案：（ ）

7、 下列哪种现场总线是建筑业国际公认的现场总线标准？

A. CC-Link B. HART C. Lonworks D. Sensoplex2

答案：（ ）

8、 双绞线按规则螺旋结构排列的目的是

A. 使各线对之间的电磁干扰最小 B. 使各线对之间易于区别 C. 使各线对的韧性更强 D. 以上皆不是 9、 SJA1000是：

A. CAN控制器接口芯片 B. 独立CAN控制器芯片 C. 在片CAN控制器芯片 D. CAN控制器驱动芯片

答案：（ ）

答案：（ ）

10、 标准格式的CAN数据帧，不计填充位，

A. 最短为41位，最长为105位 B. 最短为42位，最长为106位 C. 最短为44位，最长为108位

D. 最短为47位，最长为111位 答案：（ ） 11、 CAN总线使用的数据编码是：

A. 归零码（RZ） B. 差分曼彻斯特编码 C. 曼彻斯特编码 D. 非归零码（NRZ）

答案：（ ）

12、 在CAN总线中，当错误计数值大于多少时，说明总线被严重干

扰？ A. 128 B. 127 C. 96 D. 255

答案：（ ）

13、 在CAN总线2.0B技术规范中，扩展帧具有的标识符位数为：

A. 8位 B. 29位 C. 15位

D. 11位 答案：（ ）

14、 ISO11898对CAN总线典型电平规定如下：

A. 显性：VCAN–H＝VCAN–L＝2.5V，Vdiff =0V；隐性：VCAN–H＝3.5V,VCAN

–L

=1.5V, Vdiff =2V。

B. 隐性：VCAN–H＝1.75V,VCAN–L=3.25V, Vdiff =-1.5V；显性：VCAN–H

＝4V，VCAN–L＝1V，Vdiff =3V。

C. 显性：VCAN–H＝1.75V,VCAN–L=3.25V, Vdiff =-1.5V；隐性：VCAN–H

＝4V，VCAN–L＝1V，Vdiff =3V。

D. 隐性：VCAN–H＝VCAN–L＝2.5V，Vdiff =0V；显性：VCAN–H＝3.5V,VCAN

–L

=1.5V, Vdiff =2V。 答案：（ ）

15、 CAN总线两端应加终端电阻，其标准阻值为：

A. 75Ω B. 330Ω C. 200Ω D. 120Ω

答案：（ ）

16、 CAN总线中，若具有下列报文ID的4个标准格式数据帧争用

总线，胜出的是： A. 11001000001 B. 11001101001 C. 11001100001 D. 11001000010

答案：（ ）

17、 使用晶振频率为16MHz的独立CAN控制器SJA1000，若

BTR0=01Hex，BTR1=1Chex，则由其所决定的位速率是： A. 250kbps B. 500kbps C. 1Mbps D. 125kbps

答案：（ ）

18、 独立CAN控制器SJA1000采用BasicCAN模式，关于其接收滤

波公式，下列表述正确的是：

A. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位同或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值为0xFF，则接收

B. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)异或，再和(AM.7-AM.0)或，若值为0xFF，则接收

C. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)同或，再和(AM.7-AM.0)或，若值为0xFF，则接收

D. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位异或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值为0xFF，则接收

答案：（ ）

19、 使用CAN控制器接口PCA82C250的CAN总线系统，总线至

少可连接多少个节点？ A. 110个 B. 64个 C. 32个 D. 127个

答案：（ ）

20、 负责组织和管理基金会现场总线的国际组织是：

A. CI B. PI C. ODVA D. FF

答案：（ ）

21、 在DeviceNet现场总线中，若显式请求报文的服务区字节内容

为0x05，则在该报文的响应报文中的服务区字节内容为： A. 0x85 B. 0x05 C. 0x00 D. 0xC5

答案：（ ）

22、 在DeviceNet现场总线I/O连接中，使用分段协议取决于下面哪

种情况？

A. 须发送的数据超过7字节 B. 生产_连接_长度属性值超过8

C. 生产_连接_长度属性值超过7 D. 须发送的数据超过8字节

答案：（ ）

23、 在ControlNet现场总线中，若一个Lpacket含有3个字节标签，

9字节的链路数据，则长度区所表示的字节对的数值为： A. 8 B. 7 C. 6 D. 9

答案：（ ）

24、 罗克韦尔自动化公司推出的DeviceNet、ControlNet和EhterNet/IP

其网络层、传输层和应用层皆使用CIP公共规范。CIP是下列哪组英文的缩写？

A. Control and Information Protocol B. China Internet People C. Carriage and lnsurance Paid to D. Controlled Insurance Programs

答案：（ ）

25、 由国际互联网编号分配权威组织（IANA）分配给EtherNet/IP

的TCP和UDP端口号是： A. 0x0015 B. 0xAF12 C. 0x0050 D. 0x0019

答案：（ ）

26、 在下列现场总线中，不使用曼彻斯特编码的是：

A. ControNet B. PROFIBUS C. FF D. DeviceNet

答案：（ ）

27、 在下列现场总线中，媒体访问控制机制不使用令牌的是：

A. ControNet B. PROFIBUS C. FF

D. DeviceNet

四、判断题

答案：（ ）

1、 现场总线与现场总线控制系统或现场总线系统/网络往往是不做区分的。 2、 差分码不可能是归零码。

3、 光纤传输采用幅移键控ASK调制方法，即亮度调制。 4、 多模光纤性能优于单模光纤。

5、 光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响。

6、 CSMA的1-坚持退避算法缺点是介质的利用率较低。

7、 令牌访问原理可用于环形网络，构成令牌环形网；也可用于总线网，构

成令牌总线网络。

8、 CAN总线在传输距离为10Km时，其最大传输速率可达1Mbps。 9、 标准格式的CAN报文标识符（11位）可达2048个。

10、 CAN总线数据帧的数据长度码DLC指明数据场的字节数目，

为4位，允许的数据字节数目为0，1，??， 14，15。

11、 CAN总线数据帧中参与CRC计算的有帧起始、仲裁场、控制

场、数据场，不包括填充位。

12、 CAN总线远程帧不存在数据场，所以DLC的数值应永远被设

置为0。

13、 CAN总线错误帧中的错误标志叠加区的长度可为6至12位。 14、 CAN总线中，数据帧和远程帧均以帧间空间与总线上前面所传

的帧分隔开。

15、 根据CAN总线2.0B技术规范规定，在同一个CAN总线网络系

统中，不允许标准帧与扩展帧同时使用。

16、 根据CAN总线2.0B技术规范规定，标准格式数据帧最多可传

送8字节数据，而扩展格式数据帧最多可传送24字节数据。

17、 在CAN总线中，无论是数据帧还是远程帧，仲裁场即是指标识

符，控制场即是指DLC。

18、 在CAN总线中，标识符的高7位不能全是隐性位。

19、 在CAN总线2.0技术规范中，振荡器容差额定值提高到1.58%，

使得采用陶瓷振荡器即可达到CAN总线最高通信速率1Mbps。 20、 在CAN总线中，当引起重同步的沿的相位误差数值大于重同步

跳转宽度时，若相位误差为正，则相位缓冲段1延长数值等于重同步跳转宽度；若相位误差为负时，则相位缓冲段2缩短数值等于重同步跳转宽度。

21、 在DeviceNet现场总线中，实例ID值0表示类本身。 22、 在DeviceNet现场总线中，一个I/O报文中数据的含义被相应的

连接ID隐含。

23、 在DeviceNet现场总线中，一个显式报文的含义/预期用途是在

CAN数据场中被指明的。

24、 在DeviceNet现场总线中，当一个连接被建立时，终点使用一

个报文ID与MAC ID结合来产生一个连接ID。

25、 在DeviceNet现场总线的组1、组2、组3、组4报文中，优先

级最高的是组4报文。

26、 在DeviceNet现场总线中，组3报文ID值7无效，不被使用。 27、 在DeviceNet现场总线中，显式信息连接为无条件的点对点连

接。

28、 在DeviceNet现场总线中，一个设备有且仅有一个DeviceNet

对象。

29、 在DeviceNet现场总线中，DeviceNet对象的分配信息里的主站

的MAC ID值若为255，则表明已被分配预定义主/从连接组给主站255。 30、 在DeviceNet现场总线中，一个DeviceNet对象有且仅有一个实

例，其ID为01。

31、 DeviceNet现场总线中，在仅限组2设备上线后，但在预定义主

/从连接组分配前，仅限组2未连接显式请求报文端口和重复MAC ID检验报文端口是仅激活的端口。

32、 在ControlNet现场总线中，根据数据编码规则，MAC_ND符号

由于在整个码元时间内没有电平跳变，违反曼彻斯特编码规则，故不使用。

33、 在EtherNet/IP中，无论何时使用UDP来发送一个封装报文，

整个报文都应在一个独立的UDP数据包中被发送。

五、简答题

1、简述现场总线的技术特点。

答：（1）现场总线是现场通信网络；（2）现场总线是数字通信网络；（3）现场总线是开放互连网络；（4）现场总线是现场设备互连网络；（5）现场总线是结构与功能高度分散的系统；（6）现场设备的互操作性与互换性。

2、简述现场总线的优点。

答：（1）导线和连接附件大量减少；（2）仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少；（3）设计、安装和调试费用大大降低；（4）维护开销大幅度下降；（5）系统可靠性提高；（6）系统测量与控制精度提高；（7）系统具有优异的远程监控功能；（8）系统具有强大的（远程）故障诊断功能；（9）设备配置、网络组态和系统集成方便自由；（10）现场设备更换和系统扩展更为方便；（11）为企业信息系统的构建创造了重要条件。

3、简述IEC61158国际标准不得不采纳多种现场总线的原因。

答：主要有以下两方面。一是技术原因。目前尚没有一种现场总线对所有应用领域在技术上都是最优的。每种现场总线都有其适用范围。二是利益驱动。出于保护自身投资利益的需要，各大公司和总线组织都力争使自己支持的现场总线成为国际标准。相互讨价还价，导致多种现场总线进入了IEC61158。

4、简述宽带网与基带网的主要区别。

答：一是数据传输速率不同，基带网的数据速率范围为0～10 Mb/s，宽带网可达0～400 Mb/s；二是宽带网可划分为多条基带信道，提供良好的通信路径。

5、简述不坚持、1-坚持和P-坚持三种CSMA坚持退避算法。 答：

不坚持CSMA。假如介质是空闲的，则发送。假如介质是忙的，则等待一段随机时间，重复第一步。

1-坚持CSMA。假如介质是空闲的，则发送。假如介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，立即发送。假如冲突发生，则等待一段随机时间，重复第一步。

P-坚持CSMA。假如介质是空闲的，则以P的概率发送，或以（1—P）的概率延迟一个时间单位后重复处理。该时间单位等于最大的传输延迟。假如介质是忙，继续监听直到介质空闲，重复第一步。

6、简述服务与协议的关系。

答：服务和协议是完全不同的概念。服务是各层向它上层提供的一组原语（操作）。尽管服务定义了该层能够代表它的上层完成的操作，但丝毫也未涉及这些操作是如何完成的。服务定义了两层之间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。

与之相对比，协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一组规则。实体利用协议来实现它们的服务定义。只要不改变提供给用户的服务，实体可以任意地改变它们的协议。这样，服务和协议就被完全分离开来。

7、简述CAN总线的非破坏性逐位仲裁机制。

答：当多个节点同时开始向总线发送报文时，通过逐一比较发送位与监听到的位，发送较低优先级报文的节点会主动停止发送，而发送最高优先级报文的节点不受任何影响地继续发送报文。

8、如何区分CAN总线的标准格式数据帧、标准格式远程帧、扩展格式数据帧、扩展格式远程帧？

答：对于标准格式数据帧，11位标识符后是2个显性位；对于标准格式远程帧，11位标识符后是一个隐性位和一个显性位。据此可将标准格式数据帧与标准格式远程帧分开。对于扩展格式数据帧、扩展格式远程帧，11位标识符后为两个隐性位，据此可将扩展格式数据帧、扩展格式远程帧与标准格式数据帧、标准格式远程帧分开。而扩展格式数据帧、扩展格式远程帧之间可由扩展ID后的RTR位分开：扩展格式数据帧中RTR位为显性位，扩展格式远程帧中RTR位为隐性位。

9、简述MAC（煤体访问控制子层）的CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）控制方案。

答：先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其它站的发送信号。如果介质是空闲的，则可以发送。如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。每个工作站发送信息之后，还要继续监听线路，判定是否有其它站正在与本站同时向传输线发送，一旦发现，便中止当前发送。

10、简述DeviceNet与CAN在数据链路层和物理层中的主要区别。 答：CAN的最高通信速率可达1Mbps，DeviceNet只用了125 kbps、250 kbps、500kbps三种速率；DeviceNet只使用了CAN2.0A中的有关定义，并不支持CAN2.0B中的扩展报文格式；在CAN定义的4种帧类型中，DeviceNet不使用其中的远程帧。

11、简述ControlNet现场总线中的生产者/消费者模型。

答：生产者/消费者模型允许一个发送设备（生产者）与多个接收设备（消费者）之间交换时间紧要的应用信息，而不需将发往多个目的的数据发送多次，这可通过将每条正被生产并发往网络媒体上的应用信息附加上一个唯一的标识符来完成。任何需要一条特定应用信息的设备仅通过相应的标识符对网络媒体上的数据进行过滤。多个设备可接收来自一个生产设备所生产的相同的应用信息。

12、简述ControlNet现场总线的隐性令牌传送机制。

答：各节点监视所收到的每个MAC帧的源MAC ID，且每个DLL在MAC帧结束时将“隐性令牌寄存器”设为所收到的MAC ID加1。若隐性令牌寄存器等于本地MAC ID，则节点可发送一个MAC帧。其余情况下，节点监视来自已被“隐性令牌寄存器”识别的节点的一个新的MAC帧，或因已被识别的节点发送失败所产生的超时值。总之，“隐性令牌”会自动前进到下一个MACID。所有节点的“隐性令牌寄存器”含有相同值以防止媒体上的碰撞。 六、分析综合题

1、CAN现场总线的发送器和接收器均使用SJA1000，采用CAN2.0A规范，发送器发送的4个报文的ID分别为：

（1）11001100001； （2）11001101001； （3）11001000001； （4）11001001001。

欲使接收器只接收报文（1）、（3），应如何设置接收器SJA1000的ACR和AMR？

2、在一个DeviceNe现场总线系统中，MAC ID值为1的主站分别与MAC ID值为2、4、8、16、32的从站建立了预定义主/从连接组关系，这些从站都只接收主站给自己的位选通命令和轮询命令，并对其进行响应。若使用独立CAN控制器SJA1000，则这些从站如何通过配置SJA1000的AC和AM寄存器实现滤波机制？

3、CAN节点使用SJA1000，振荡器频率为16MHz，若使波特率为1Mbps，如何设置SJA1000的BTR0和BTR1？

4、一个设备，需以250微秒为周期，每次发送8个字节的I/O数据到DeviceNet总线上，请为其选择合理的总线通信速率。若使用SJA1000独立CAN控制器，晶振频率为16MHz，请设计出BTR0和BTR1的值。

5、DeviceNet现场总线预定义主从连接组标示符如下图所示，现使用轮询连接，主站的MAC ID=01，从站的MAC ID分别为9、11、12、62。试给出主站发给每一个从站的轮询命令报文的CID和每一个从站轮询响应报文的CID？

6、在一个DeviceNet总线系统中，MAC ID值为1的主站分别与MAC ID值为3、12、48的从站建立了预定义主/从连接组关系。已知各从站的DeviceNet对象实例1的分配选择字节为：3号从站——0x50；12号从站——0x06；48号从站——0x05。并且3号从站是客户机。请写出它们之间按上述主/从关系进行通信的连接ID（CID）。

参考信息： 10 0 组1报文ID 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 MAC ID 源MAC ID 源MAC ID 目的MAC ID 源MAC ID 目的MAC ID 目的MAC ID 目的MAC ID 目的MAC ID 标识符位 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 源MAC ID 源MAC ID 源MAC ID 源MAC ID 组2报文ID 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 16进制 标识用途 范围 组1报文 000-3ff 从站的I/O COS或周期报文 从站的位选通响应报文 从站的I/O轮询响应或COS/ 周期应答报文 组2报文 400-5ff 主站的I/O位选通命令报文 保留给主站使用-使用为 TBD 主站的COS或周期应答报文 从站的显式响应报文 主站的显式请求报文 主站的I/O轮询/COS/周期 报文 仅限组2未连接显式请求报 文（保留） 重复MAC ID检验报文 1 1 0 1 1 1 图1 预定义主/从连接组标识符区定义

7 保留 6 应答禁止 5 4 3 2 周期 COS 保留 位选通 1 0 轮询 显式报文 图2 DeviceNet对象实例属性中分配选择字节内容定义 [(ID.10-ID.3)≡(AC.7-AC.0)](AM.7-AM.0)≡11111111 图3 SJA1000的BasicCAN模式报文滤波公式

BIT 7 SJW.1 BIT 6 SJW.0 BIT 5 BRP.5 BIT 4 BRP.4 BIT 3 BRP.3 BIT 2 BRP.2 BIT 1 BRP.1 BIT 0 BRP.0 图4 SJA1000的总线定时寄存器0（BTR0）各位说明

BIT 7 SAM BIT 6 TSEG2.2 BIT 5 TSEG2.1 BIT 4 TSEG2.0 BIT 3 TSEG1.3 BIT 2 TSEG1.2 BIT 1 TSEG1.1 BIT 0 TSEG1.0 图5 SJA1000的总线定时寄存器1（BTR1）各位说明

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