第2章-数据通信原理及基础课件.ppt

1、工业通信网络技术和应用工业通信网络技术和应用现场总线现场总线主讲：莫太平主讲：莫太平2 2/37/37 前置课程：数据通信基础、计算机网络等前置课程：数据通信基础、计算机网络等 教材教材: :许勇许勇- -工业通信技术工业通信技术- -原理与应用，西安电子原理与应用，西安电子科技大学出版社，科技大学出版社，20201212 参考教材参考教材: :许勇许勇- -工业通信技术工业通信技术- -原理与应用，中国原理与应用，中国电力出版社，电力出版社，2002008.98.9 参考教材：阳宪惠参考教材：阳宪惠- -网络化控制系统网络化控制系统- -现场总线技现场总线技术，清华大学出版社，术，清华大学出

2、版社，2002009.59.5 教师教师: 许勇许勇 Email: xuyguet.edu.eduEmail: xuyguet.edu.eduTelephone: 229-1208Telephone: 229-1208教材及参考资料教材及参考资料3 3/37/37主要教学内容和学时分配主要教学内容和学时分配第第1 1章章 工业通信概论工业通信概论第第2 2章章 数据通信原理及基础数据通信原理及基础第第3 3章章 总线接口技术介绍总线接口技术介绍第第4 4章章 工控机与测控仪器接口总线工控机与测控仪器接口总线第第5 5章章 工业通信常用技术工业通信常用技术第第6 6章章 常用的工业现场总线常用的

3、工业现场总线第第7 7章章 CAN BusCAN Bus和汽车网络和汽车网络第第8 8章章 工业以太网技术及应用工业以太网技术及应用4 4/37/37源系统传输系统目的系统传输系统源点终点发送器接收器输入信息输出信息输入数据输出数据发送的信号接收的信号第第2 2章数据通信原理及基础章数据通信原理及基础 为有效而可靠地通信，通信双方必须按一定的规程进行，如双方的同步、差错控制、传输链路的建立、维护和拆除及数据流量控制等。通信系统：硬件（信道+结点/设备）；软件（通信协议）5 5/37/37数据（数据（Data）：传递（携带）信息的实体。：传递（携带）信息的实体。信息（信息（Information

4、）：是数据的内容或解释。：是数据的内容或解释。信号（信号（Signal）：数据的物理量编码（通常为电编码）：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式在介质中传播。，数据以信号的形式在介质中传播。模拟信号、数字信号模拟信号、数字信号基带（基带（Base band）、宽带（）、宽带（Broad band）信道（信道（Channel）：传送信息的线路（或通路）。：传送信息的线路（或通路）。时延（时延（Delay）：信息从网络的一端传送到另一端所需信息从网络的一端传送到另一端所需的时间。的时间。时延时延=处理时延处理时延+排队时延排队时延 +发送时延发送时延+传播时延传播时延处理时延处理时延

5、=对数据进行处理和错误校验所需的时间排队时延排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间发送时延发送时延=数据位数/信道带宽传播时延传播时延=d/s d:距离，s:介质中信号传播速度(0.7c) 基本术语基本术语6 6/37/37协议协议在计算机网络中，协议在计算机网络中，协议(protocol)(protocol)是通信双方必须是通信双方必须严格遵守的规则。严格遵守的规则。协议精确地规定在网络通信中使用的各种控制信息协议精确地规定在网络通信中使用的各种控制信息的格式、意义以及各种事件出现的先后顺序。的格式、意义以及各种事件出现的先后顺序。协议在通信网络中起着非常重要的作用：协议在通信网络中起着

6、非常重要的作用：寻址寻址差错控制差错控制流量控制流量控制 信道复用信道复用。7 7/37/37信号和信号传输信号和信号传输 基带（基本频带）基带（基本频带） 传输就是在线路中直接传送数字传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲。近距离通信的局域网都采用基带传输，信号的电脉冲。近距离通信的局域网都采用基带传输，信号由矩形脉冲组成。信号由矩形脉冲组成。8 8/37/37信号和信号传输信号和信号传输 数字信号通过实际的信道数字信号通过实际的信道 失真不严重失真严重 实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输入信号波形输出信号波形(失真不严重)输入信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输

7、出信号波形(失真严重)9 9/37/37模拟传输和数字传输所使用的技术模拟传输和数字传输所使用的技术话音话音移频移频,调制调制模拟模拟数字数字模拟模拟模拟模拟PCM编码编码数字数字数字数字数字编码数字编码数字数字模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制调制1）2）3）1010/37/371) 1) 使数字数据能在模拟信道上传输使数字数据能在模拟信道上传输三种常用的调制技术：三种常用的调制技术：幅移键控幅移键控ASK ASK （Amplitude Shift KeyingA

8、mplitude Shift Keying）频移键控频移键控FSK FSK （Frequency Shift KeyingFrequency Shift Keying）相移键控相移键控PSK PSK （Phase Shift KeyingPhase Shift Keying）原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。 载波信号载波信号 S(t) = S(t) = A Acos(cos(t+t+) ) S(t)S(t)的参量包括：的参量包括： 幅度幅度A A、频率频率 、初相位、初相位调制就是要使调制就是要使A A、 或或随数字基带信号的变化而变随数字基

9、带信号的变化而变化化1111/37/37ASKASK：用载波的两个不同振幅表示：用载波的两个不同振幅表示0 0和和1 1FSKFSK：用载波的两个不同频率表示：用载波的两个不同频率表示0 0和和1 1PSKPSK：用载波的起始相位的变化表示：用载波的起始相位的变化表示0 0和和1 11212/37/372) 2) 数字编码数字编码1313/37/373 3）使模拟数据能在数字信道上传输）使模拟数据能在数字信道上传输采样定理：采样定理：如果模拟信号的最高频率为如果模拟信号的最高频率为F F，若以，若以2F2F的采样频率对的采样频率对其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢其采样，则从采样得

10、到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。复出原始信号。要转换的模拟数据主要是电话语音信号要转换的模拟数据主要是电话语音信号模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成数模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号。三个步骤：字信号。三个步骤：采样采样：按一定间隔对语音信号进行采样：按一定间隔对语音信号进行采样量化量化：把每个样本舍入到最接近的量化级别上：把每个样本舍入到最接近的量化级别上编码编码：对每个舍入后的样本进行编码：对每个舍入后的样本进行编码编码后的信号称为编码后的信号称为PCMPCM信号（脉码调制信号（脉码调制, Pulse Coded , Pulse Coded Modula

11、tionModulation）。）。1414/37/37脉码调制（脉码调制（PCMPCM）的原理）的原理1515/37/37数据传输的同步技术数据传输的同步技术目的是使接收端与发送端在时间基准上一致：目的是使接收端与发送端在时间基准上一致： 同步脉冲频率同步脉冲频率 数据从什么时候开始，什么时候结束数据从什么时候开始，什么时候结束 位边界位边界 数据块边界数据块边界数据通信中需要在三个层次上实现同步：数据通信中需要在三个层次上实现同步： 位位位同步位同步 字符字符字符同步字符同步 帧帧(Frame)(Frame)帧同步帧同步1616/37/37位同步位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发

12、：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，送端保持同步，2 2种同步方法：种同步方法：外同步外同步发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步自同步通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。己的时钟脉冲频率。发送站 同步信号数据接收的同步信号锁定后的同步信号接收站接收站收到的

13、数据数据1717/37/37字符同步字符同步：找到正确的字符边界。：找到正确的字符边界。常用的为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字常用的为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字符的传输需要：符的传输需要： 1 1个起始位、个起始位、5 58 8个数据位、个数据位、1 1、1.51.5或或2 2个停止位个停止位采用这种同步方式的通信也称采用这种同步方式的通信也称“异步通信异步通信”。起止式的优缺点：起止式的优缺点： 频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步；频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步； 每两个字符之间的间隔时间不固定；每两个字符之间的间隔时间不固定； 增加了

14、辅助位，所以传输效率低；增加了辅助位，所以传输效率低；例如，采用例如，采用1 1个起始位、个起始位、 8 8个数据位、个数据位、 2 2个停止位时，其传输效个停止位时，其传输效率为率为8/11738/1173起始位起始位数据位数据位停止位停止位字符间隔不固字符间隔不固定定1个字符时间个字符时间逻辑逻辑“0”逻辑逻辑“1”1818/37/37帧同步帧同步：识别一个帧的起始和结束：识别一个帧的起始和结束。帧（帧（FrameFrame）：数据链路中的传输单位：数据链路中的传输单位包含数据和控包含数据和控制信息的数据块制信息的数据块面向字符的面向字符的以同步字符（以同步字符（SYNSYN，16H16H

15、）来标识一个）来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧帧的开始，适用于数据为字符类型的帧面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH7EH，即，即0111111001111110）来）来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧帧起始帧起始控制信息控制信息 数据数据帧结束帧结束校验和校验和0 n bit8bit8bit8-32m7EH7EH1919/37/37信道：信道： 物理层介质物理层介质无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波 调幅无线电 调频无线电 海事无线电光纤电视(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF U

16、HF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动无线电 电信用电磁波频谱电信用电磁波频谱-The Electromagnetic Spectrum2020/37/37常用传输介质的比较常用传输介质的比较传输介质传输介质传输方传输方式式速率速率/工作频带工作频带传输距离传输距离性能性能价格价格应用应用双绞线双绞线宽带宽带基带基带1Gb/s模拟模拟: 10km数字数字: 500m较

17、好较好低低模拟模拟/数字数字信号传输信号传输50同轴电缆同轴电缆基带基带10Mb/s3km较好较好较低较低基带数字基带数字信号信号75同轴电缆同轴电缆宽带宽带450MHz100km较好较好较低较低模拟电视、模拟电视、数据及音频数据及音频光纤光纤基带基带40Gb/s20km以上以上很好很好较高较高远距离高速远距离高速数据传输数据传输微波微波宽带宽带4-6GHz几百几百km好好中等中等远程通信远程通信卫星卫星宽带宽带1-10GHz18000km很好很好高高远程通信远程通信2121/37/37工业通信系统的可靠性工业通信系统的可靠性工业通信系统需要满足高可靠性和安全性需求。大工业通信系统需要满足高可

18、靠性和安全性需求。大部分的工业控制应用要求数据的可靠传输率要超部分的工业控制应用要求数据的可靠传输率要超过过95%95%。但是工业通信系统层次需要在干扰频繁。但是工业通信系统层次需要在干扰频繁的恶劣环境中工作，来自生产过程现场的模拟信的恶劣环境中工作，来自生产过程现场的模拟信号可能出错，传输中常混杂有干扰信号。号可能出错，传输中常混杂有干扰信号。可靠性要求可靠性要求：1 1）控制错误，和）控制错误，和2 2）容错）容错。即即系统有足够的抗干扰措施，同时要求在无法完全系统有足够的抗干扰措施，同时要求在无法完全避免错误的情况下，有差错控制机制。以保证系避免错误的情况下，有差错控制机制。以保证系统能

19、正常地工作。统能正常地工作。2222/37/37常用的差错控制技术常用的差错控制技术信号在物理信道中传输时，线路信号在物理信道中传输时，线路/ /电器随机噪声、信号的衰电器随机噪声、信号的衰减、频率和相位的畸变、信号在线路上反射、相邻线路减、频率和相位的畸变、信号在线路上反射、相邻线路间间 的串扰等都会造成信号的失真。的串扰等都会造成信号的失真。噪声有两大类，一类是信道固有的、持续存在的随机热噪声噪声有两大类，一类是信道固有的、持续存在的随机热噪声；另一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。；另一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。热噪声引起的差错称为随机差错，与前后码元没有关热噪声

20、引起的差错称为随机差错，与前后码元没有关系。它导致的随机错通常较少。系。它导致的随机错通常较少。冲击噪声呈突发状，声幅度可能相当大，无法靠提高冲击噪声呈突发状，声幅度可能相当大，无法靠提高幅度来避免冲击噪声造成的差错。幅度来避免冲击噪声造成的差错。差错的控制方法差错的控制方法：检错（纠错码）：检错（纠错码）- -纠错（出错重传）纠错（出错重传）2323/37/37差错控制差错控制编码编码最常用的差错控制方法是差错控制编码。数据信息在向信道最常用的差错控制方法是差错控制编码。数据信息在向信道发送之前，先按照某种关系附加上一定的冗余位，构成发送之前，先按照某种关系附加上一定的冗余位，构成一个检错码

21、附在数据信息后发送，这个过程称为差错控一个检错码附在数据信息后发送，这个过程称为差错控制编码过程。接收端收到该码字后，检查信息位和附加制编码过程。接收端收到该码字后，检查信息位和附加的冗余位之间的关系，以检查传输过程中是否有差错发的冗余位之间的关系，以检查传输过程中是否有差错发生，这个过程称为检验过程。生，这个过程称为检验过程。差错控制编码可分为检错码和纠错码。差错控制方法分两类差错控制编码可分为检错码和纠错码。差错控制方法分两类，一类是自动请求重发，一类是自动请求重发ARQARQ（Automatic Repeat reQuestAutomatic Repeat reQuest） ，另一类是前

22、向纠错，另一类是前向纠错FEC(Forwarding Error FEC(Forwarding Error Correction)Correction)。在。在ARQARQ方式中，当接收端发现差错时，就方式中，当接收端发现差错时，就设法通知发送端重发，直到收到正确的码字为止。设法通知发送端重发，直到收到正确的码字为止。ARQARQ方方式只使用检错码。式只使用检错码。2424/37/371. 1. 奇奇/ /偶校验码偶校验码(1) (1) 水平奇水平奇/ /偶校验码偶校验码 校验字段占一位，也称校验位，常用于字符校验；校验字段占一位，也称校验位，常用于字符校验； 校验位的取值应使整个码字校验位的

23、取值应使整个码字( (包括校验位包括校验位) )中为中为“1”1”的位的位数数 为奇为奇( (偶偶) )数。传输时，形成的校验位附加在字符之数。传输时，形成的校验位附加在字符之后传输，可检一位错。后传输，可检一位错。 异步传输方式中采用偶校验，编码效率异步传输方式中采用偶校验，编码效率: Q/(Q+1): Q/(Q+1) 同步传输方式中采用奇校验。同步传输方式中采用奇校验。 （信息字段占（信息字段占Q Q位）位）例：例： 信息字段信息字段 奇校验码奇校验码 偶校验码偶校验码 0110001 01100010 0110001 0110001 01100010 01100012525/37/37

24、（2 2） 垂直奇垂直奇/ /偶校验码偶校验码 将被传输的信息进行分组（如按字符分组），将被传输的信息进行分组（如按字符分组）， 分组中的相同分组中的相同位进行奇位进行奇/ /偶校验，可检一位错。偶校验，可检一位错。 编码效率为编码效率为: PQ/P(Q+1) : PQ/P(Q+1) （假设信息分组占（假设信息分组占Q Q行行P P列）列）例如：例如：4 4行行7 7列信息组的垂直奇列信息组的垂直奇/ /偶校验码。偶校验码。 信息组：信息组： 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

25、1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 垂直奇校验字符垂直奇校验字符 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 垂直偶校验字符垂直偶校验字符 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0111001001010101010111010101 0111001001010101010111010101 01011010101101 ( (奇校验）奇校验）2626/37/37例：例：当约定采用水平当约定采用水平/ /垂直奇垂直奇/ /偶校验码来传输偶校验码来传输ASCIIASCII字符集字符集（低位先传）时，若收到的序列（低位先传）时，若收

26、到的序列“110010100010111010101011001001111001111111110011”110010100010111010101011001001111001111111110011”传输是否正确？能否根据该序列指出实际传输的字符？传输是否正确？能否根据该序列指出实际传输的字符？1分组区分校 验字段：1100101 00010111 01010101 10010011 11001111 11111001 12 偶校验1100101 00010111 01010101 10010011 11001111 11111001 13 纠错/解码（低位先传）1010011 -OC1

27、23 : S1110100 -OC164 : t1110101 -OC165 : u1100100 -OC144 : d1111001 -OC171 : y2727/37/372828/37/37冗余码的计算举例冗余码的计算举例 MCMCKsalt 要实现更多的功能，要实现更多的功能， 就要付出更多的代价就要付出更多的代价原始数据的一个映射（原始数据的一个映射（mappingmapping），是冗余的，被），是冗余的，被增加信息量，完成的是附加的功能：检错、纠错增加信息量，完成的是附加的功能：检错、纠错、认证（数字签名等）、认证（数字签名等）2929/37/37工业现场的干扰及对系统的影响工业

28、现场的干扰及对系统的影响随着随着DCSDCS、现场总线技术的应用，被控对象和被测信号往往、现场总线技术的应用，被控对象和被测信号往往是分布的，因此信号线和控制线均可能是易受干扰的长是分布的，因此信号线和控制线均可能是易受干扰的长线。其次，工业现场往往有许多强电设备，他们的启动线。其次，工业现场往往有许多强电设备，他们的启动和工作将对测控系统产生强烈的影响。同时来自空间的和工作将对测控系统产生强烈的影响。同时来自空间的辐射干扰、系统外引线干扰等问题也存在。辐射干扰、系统外引线干扰等问题也存在。因此，除有用信号外，由于各种原因必然会有一些与被测信因此，除有用信号外，由于各种原因必然会有一些与被测信

29、号无关的电流号无关的电流 或电压存在，这种无关的电流或电压通称或电压存在，这种无关的电流或电压通称为为“干扰干扰”（噪声）。有效地排除和抑制各种干扰，已（噪声）。有效地排除和抑制各种干扰，已成为必需探讨和解决的迫切问题，因为干扰不仅能造成成为必需探讨和解决的迫切问题，因为干扰不仅能造成逻辑混乱，使系统测量和控制失灵，以致降低产品的质逻辑混乱，使系统测量和控制失灵，以致降低产品的质量，甚至使生产设备损坏，造成事故。量，甚至使生产设备损坏，造成事故。由于工业现场经常存在着多种干扰源，扰的形式与危害多种由于工业现场经常存在着多种干扰源，扰的形式与危害多种多样，而系统的结构与功能又是各式各样。因此，应

30、当多样，而系统的结构与功能又是各式各样。因此，应当根据具体的实际系统采取相应的抗干扰措施。根据具体的实际系统采取相应的抗干扰措施。3030/37/37信噪比信噪比电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。这里面的信号电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。这里面的信号指的是来自设备外部需要通过这台设备进行处理的电子指的是来自设备外部需要通过这台设备进行处理的电子信号，噪声是指无规则的干扰信号。信号，噪声是指无规则的干扰信号。信噪比的计量单位是信噪比的计量单位是dBdB 信噪（功率）比信噪（功率）比=10Lg(PS/PN)=10Lg(PS/PN)，PsPs和和PnPn分别代表信号和噪声的有效功率分

31、别代表信号和噪声的有效功率 换算成电压幅值的比率关系：换算成电压幅值的比率关系： 信噪（幅值）比信噪（幅值）比=20Lg(Vs/Vn)=20Lg(Vs/Vn)，VsVs和和VnVn分别代表信号和噪声电压的分别代表信号和噪声电压的“有效值有效值”3131/37/37干扰干扰源源及及作用作用通信系统所受到的干扰源分为外部干扰和内部干扰。通信系统所受到的干扰源分为外部干扰和内部干扰。1 1）外部干扰：主要有三类：）外部干扰：主要有三类： 来自环境。雷电，电源电网的波动、大型用电设备的启来自环境。雷电，电源电网的波动、大型用电设备的启停等暂态过程、高压设备和电磁开关的电磁辐射停等暂态过程、高压设备和电

32、磁开关的电磁辐射、还有、还有人为干扰人为干扰等；等；（大气层的天电噪声能量频谱主要集中在大气层的天电噪声能量频谱主要集中在30MHz30MHz以下，对检测系统的影响较大。以下，对检测系统的影响较大。） 来自来自电源的干扰：来自系统外引线的干扰主要通过来自来自电源的干扰：来自系统外引线的干扰主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰；电源和信号线引入，通常称为传导干扰； 来自接地系统混乱时的干扰。来自接地系统混乱时的干扰。3232/37/372 2）内部干扰：主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐）内部干扰：主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电

33、磁场辐射产生，有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输造成的波反射；多点接地造成的电位差引射感应，长线传输造成的波反射；多点接地造成的电位差引入的干扰；装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰以及热噪入的干扰；装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰；甚至元器件产生的声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰；甚至元器件产生的噪声等。噪声等。细分有细分有 机械干扰机械干扰：是指机械振动或冲击使电子装置元件振动，改变系是指机械振动或冲击使电子装置元件振动，改变系统电气参数。统电气参数。（可可采用采用减振减振措施措施减小系统振幅。减小系统振幅。） 湿度及化

34、学干扰湿度及化学干扰：潮湿降低绝缘强度，加速金属材料腐蚀，产潮湿降低绝缘强度，加速金属材料腐蚀，产生原电池电化学干扰电压。生原电池电化学干扰电压。热干扰：元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰等。热干扰：元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰等。固有噪声干扰固有噪声干扰：元件本身产生的、随机、宽频噪声称固有噪声元件本身产生的、随机、宽频噪声称固有噪声。重要。重要有有电阻热噪声、半导体散粒噪声和接触噪声等。电阻热噪声、半导体散粒噪声和接触噪声等。 3333/37/37干扰干扰的传播途径的传播途径常见的干扰耦合方式常见的干扰耦合方式：静电耦合静电耦合：电场通过电容耦合途径窜入其他线路的。两根并电场

35、通过电容耦合途径窜入其他线路的。两根并排的导线之间会构成分布电容，如印制线路板上印制线排的导线之间会构成分布电容，如印制线路板上印制线路之间、变压器绕线之间都会构成分布电容。路之间、变压器绕线之间都会构成分布电容。磁场耦合磁场耦合：通过导体间的互感耦合产生的。任何载流导体周通过导体间的互感耦合产生的。任何载流导体周围空间都会产生磁场，而交变磁场则对其周围闭合电路围空间都会产生磁场，而交变磁场则对其周围闭合电路产生感应电势。产生感应电势。阻抗耦合阻抗耦合（公共阻抗耦合公共阻抗耦合）：）：发生在两个电路的电流流经一发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到个公共阻抗

36、时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路，从而产生干扰噪声的影响另一个电路，从而产生干扰噪声的影响漏电流耦合漏电流耦合：漏电电流漏电电流产生的干扰产生的干扰3434/37/37干扰干扰的作用形式的作用形式干扰信号对系统的作用形式可分为串模干扰和共模干扰。干扰信号对系统的作用形式可分为串模干扰和共模干扰。（1 1）串模干扰：串模干扰指叠加在被测信号上的干扰噪声）串模干扰：串模干扰指叠加在被测信号上的干扰噪声，即干扰源串联在信号源回路中，即干扰源串联在信号源回路中，（也称横向干扰或正也称横向干扰或正态干扰态干扰，线间感应噪声、串模噪声或常模噪声），线间感应噪声、串模噪声或常模噪声）。（2

37、2）共模干扰：共模干扰是在电路输入端相对公共接地点）共模干扰：共模干扰是在电路输入端相对公共接地点同时出现的干扰，同时出现的干扰，（也称为共态干扰、对地干扰、纵向也称为共态干扰、对地干扰、纵向干扰、同向干扰等干扰、同向干扰等）。共模干扰主要是由电源的地、放。共模干扰主要是由电源的地、放大器的地以及信号源的地之间的传输线上电压降造成的大器的地以及信号源的地之间的传输线上电压降造成的，共模干扰对系统的影响是转换成串模干扰的形式作用，共模干扰对系统的影响是转换成串模干扰的形式作用的。的。工业控制系统中的信号传输线通常长达几十米以至上百米，工业控制系统中的信号传输线通常长达几十米以至上百米，现场信号的

38、参考接地点与计算机系统现场信号的参考接地点与计算机系统I/OI/O通道的参考接地通道的参考接地点间点间有有电位差。电位差。即即共模干扰共模干扰。可以是直流电压，也可以可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值达几伏甚至更高。是交流电压，其幅值达几伏甚至更高。3535/37/37干扰干扰的抑制的抑制解决噪声干扰问题的硬件方法：解决噪声干扰问题的硬件方法： 屏蔽：屏蔽共分两种，即电场屏蔽及磁场屏蔽。屏蔽：屏蔽共分两种，即电场屏蔽及磁场屏蔽。 隔离：隔离是使电路相互独立，不成回路。有效地切断隔离：隔离是使电路相互独立，不成回路。有效地切断噪声通道，常用方法有三种：采用光电耦合器件；用继噪声通道，常用方

39、法有三种：采用光电耦合器件；用继电器隔离（因为继电器的信号动作与控制触点动作分在电器隔离（因为继电器的信号动作与控制触点动作分在两个电路中）；用隔离变压器隔离。两个电路中）；用隔离变压器隔离。 滤波：用滤波：用RCRC或或LCLC滤波电路，消除或抑制直流电源传递的滤波电路，消除或抑制直流电源传递的噪声。噪声。 接地：接地：“地线地线” 指电信号的基准电位，也称为指电信号的基准电位，也称为“公共参公共参考端考端”，它除了作为各级电路的电流通道之外，还是保，它除了作为各级电路的电流通道之外，还是保证电路工作稳定、抑制干扰的重要环节。它可以接大地证电路工作稳定、抑制干扰的重要环节。它可以接大地，也可

40、以与大地隔绝。，也可以与大地隔绝。比如有比如有信号地信号地、模拟地模拟地、数字地数字地和和系统地系统地等。等。3636/37/37软件抗干扰技术软件抗干扰技术 数字滤波数字滤波：加一段数字滤波程序加一段数字滤波程序， 有有中位值法中位值法、平均值平均值法法和和限幅滤波限幅滤波等；等； 软件冗余软件冗余/ /软件陷阱软件陷阱 “看门狗看门狗”（watchdogwatchdog）：控制器）：控制器受到干扰而失控，引受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序陷入起程序乱飞，也可能使程序陷入“死循环死循环”。当指令冗。当指令冗余技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱余技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环死循环”的困境时，通常采用程序监视技术，又称，使失控的的困境时，通常采用程序监视技术，又称，使失控的程序摆脱程序摆脱“死循环死循环”。“看门狗看门狗”技术既可由硬件实现，也可由软件实现，还可由技术既可由硬件实现，也可由软件实现，还可由两者结合实现。两者结合实现。