工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信必定和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)緊密相連，在本節(jié)中，簡(jiǎn)單地給大家介紹和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信密切相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。工業(yè)數(shù)據(jù)通信的技術(shù)基礎(chǔ)主要涉及通信協(xié)議、信號(hào)編碼、數(shù)據(jù)傳輸和交換、安全、通信控制和軟硬件平臺(tái)等，下面對(duì)其中的主要概念進(jìn)行一下講解。

  數(shù)據(jù)編碼

  首先看看為什么要進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼。在工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常是以離散的二進(jìn)制0、1序列的方式來(lái)表示的，即用0、1序列的不同組合來(lái)表示不同的信息內(nèi)容。例如用00~01、10、11分別表示一個(gè)閥門(mén)的關(guān)閉、打開(kāi)、故障和不確定等4種不同的工作狀態(tài)。多個(gè)二進(jìn)制0、1 序列的組合可以表示更多的信息。通過(guò)編碼，把一種組合與一個(gè)確定的信息內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，這種聯(lián)系的約定必須得到參與通信的各方的認(rèn)同和理解。

  數(shù)據(jù)分?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)，它們都可以用模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)來(lái)發(fā)送和傳遞，如圖8-2所示。除了用模擬信號(hào)來(lái)傳輸模擬數(shù)據(jù)外，其他情況下都需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，然后進(jìn)行傳輸。

  下面主要對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼進(jìn)行討論，大家對(duì)這些只需有一個(gè)簡(jiǎn)單了解即可。

  用高低電平的矩形脈沖信號(hào)來(lái)表示數(shù)據(jù)的1、0狀態(tài)，稱作數(shù)字編碼。數(shù)字編碼有單極性碼、雙極性碼、歸零碼、非歸零碼、差分碼、曼徹斯特編碼等。

  非歸零碼(NRZ)是相對(duì)于歸零碼來(lái)說(shuō)的。如果邏輯1表示高電平信號(hào)，邏輯0表示低電平信號(hào)，則在整個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)都維持有效電平的編碼就是非歸零碼。雙極性非歸零碼如圖8-3(a)所示。這種編碼的缺點(diǎn)是信號(hào)中存在直流分量，并且無(wú)法確定一位的開(kāi)始或結(jié)束，使接收和發(fā)送之間不能保持同步。所以必須采用某種措施來(lái)保證發(fā)送和接收的同步。其優(yōu)點(diǎn)是能夠比較有效地利用信道的帶寬。后面介紹的現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP就是使用NRZ編碼。曼徹斯特編碼(Manchester Code)是在工業(yè)數(shù)據(jù)通信中最常用的一種基帶信號(hào)編碼，這種編碼也叫相位編碼。它具有內(nèi)在的時(shí)鐘信息。它的特點(diǎn)是在每一個(gè)碼元中間都產(chǎn)生一個(gè)跳變，這個(gè)跳變沿既可以作為時(shí)鐘，也可以代表數(shù)字信號(hào)的取值。在曼徹斯特編碼中，可以用由低電平跳變至高電平代表“1”，由高電平跳變至低電平代表“0”也可以用相反的跳變，即由高電平跳變至低電平代表“1”，由低電平跳變至高電平代表“0”。曼徹斯特編碼的優(yōu)點(diǎn)是不需要外同步信號(hào)，不存在直流分量缺點(diǎn)是需要雙倍的傳輸帶寬(即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍)。曼徹斯特編碼舉例如圖8-3(b)所示。后面介紹的現(xiàn)場(chǎng)總線AS-i就是使用曼徹斯特編碼。