2012现场总线试题

一、填空题

1、当CAN总线系统任意两节点间的最大传输距离为10000米时，传输速率为_____5kbps_______。当CAN总线系统传输速率为1000kbps

时，两节点间的最大传输距离___40m_________。

2、CAN总线报文传送由4种不同类型的帧表示，分别是数据帧、远程帧、错误帧、超载贞______，其中数据帧与远程帧的区别是，远程帧

的RTR位为______隐性/（1）___。

3、以太网与现场总线整合的方案分三种即__________、网关和代理服务器法和重建法。 4、CAN总线两端应加终值电阻，其值为___120n_______。

6、DeviceNet定义的通用对象包括标识对象、消息路由对象、______Devienet对象____和连接对象。

7、高速CAN收发器TJA1050有两种工作模式：高速模式和静音模式，如果将S引脚连接到VCC，则可以进入到_静音模式________。 8、DeviceNet网络最多允许_______64___ 个节点，网络通信采用_____生产者和消费者___________模型。

9、标准格式的CAN数据帧，不计填充位，最短为44位，最长为108位。若计填充位，最短为44位，最长为132位。 10、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。

11、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。 12、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。

13、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、 形式错误和______应答错误____。 14、SJA1000有两种不同的协议模式，即BasicCAN模式和________PeliCAN_______。 15、DeviceNet支持的传输速率为125kbps、________150kbps_____和500bps。

16、PCA82C250的引脚8接地进入高速模式；引脚8接至____高电平___________进入低电流待机模式。

17、CAN总线数据帧由7个不同位域组成即：帧起始、________仲载域_____、控制域、数据域、______CRCP域_______、应答域和帧结

尾。

18、在PeliCAN模式下，接收缓冲区和发送缓冲器结构相同，并且__内部RAM________也相同。读操作访问______接收缓冲区_______，

写操作访问发送缓冲器。

19、CANopen协议中采用____11______位标识符，其默认的标识符分配方案称为预定义连接。 二、选择题（本题10分，每题1分） 1、CAN总线使用的数据编码是（ B ）。

A. 归零码（RZ） B.非归零码（NRZ） C. 曼彻斯特编码 D. 差分曼彻斯特编码 2、OSI通信模型中七层都具有的现场总线是（ A ）。

A. LonWorks B. CAN C. DeviceNet D. HART 3、在CAN总线2.0B技术规范中，扩展帧具有的标识符位数为（ D ）。

A. 8位 B. 11位 C. 15位 D. 29位 4、ISO11898对CAN总线典型电平规定如下，正确的是（ B ）。

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＝VCAN–L＝2.5V，Vdiff =0V；显性：VCAN–H＝3.5V,VCAN–L=1.5V, Vdiff =2V。 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＝1.75V,VCAN–L=3.25V, Vdiff =-1.5V；显性：VCAN–H＝4V，VCAN–L＝1V，Vdiff =3V。 5、属于独立CAN控制器芯片的是（ C ）。

A. C8051F040 B. P8Xc591 C. SJA1000 D. LPC2000

6、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（ C ）。

A. 11001100001b B. 11001101001 C. 11001000001 D. 11001000010 7、CANopen协议支持（ B ）位标识符。

A. 12 B. 11 C. 29 D. 32 8、SJA1000对控制段寄存器初始化工作在（ D ）下进行的。

A. BasicCAN模式 B. PeliCAN模式 C. 工作模式 D. 复位模式 9、（ B ）总线即传输数字信号又可传输模拟信号。

A. FF B. CAN C. DeviceNet D. HART 10、DeviceNet是基于连接的网络，下列属于报文组1的连接标识符（CID）是（ A ）。 A. CID=300 hex B. CID=400 hex C. CID=500 hex D. CID=600 hex 11、SJA1000进入睡眠模式，下列说法错误的是（ D ）。

1

A. 睡眠模式位为1 B. 没有总线活动 C. 无中断 D. 发送数据 12、SJA1000发送数据时，帧信息为88H，则发送缓冲区占用（ A ）个字节。

A. 13 B. 11 C. 5 D. 3 13、DeviceNet总线两端应加终端电阻，其标准阻值为（ B ）。

A. 75Ω B. 120Ω C. 200Ω D. 330Ω 14、CAN控制器接口PCA82C250的CAN总线系统，总线至少可连接（ C ）个节点。

A. 32 B. 64 C. 110 D. 127 15、ISO11898标准支持最高传输速率为（ D ）。

A. 5Kbps B. 125Kbps C. 500Kbps D. 1Mbps 16、下列现场总线中，支持电力线传输的是（ A ）。

A. Profibus B. CAN C. DeviceNet D. LonWorks 17、通信方式按照信息的传输方向分类，不正确的是（ D ）。

A. 单工方式 B. 半双工方式 C. 全双工方式 D.异步方式 18、通过复制位信号和延伸网段长度的网络设备是（ C ）。

A. 网关 B. 路由器 C. 中继器 D.网桥 19、下列OSI模型中的（ B）不属于DeviceNet的通信模型。

A. 物理层 B. 网络层 C. 应用层 D.数据链路层 20、在CAN总线中，当错误计数值大于（ A ）时，说明总线被严重干扰。

A. 96 B. 127 C. 128 D. 255

21,’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：（C）

1Mbps/ 500kbps/ 250kbps/ 125kbps

22.SJA1000是：答案：（D）

A.CAN控制器接口芯片 B.CAN控制器驱动芯片 C.在片CAN控制器芯片 D.独立CAN控制器芯片 三、简答题（本大题共5题，每题6分，计30分）

1. 简述现场总线定义，并列举出几种典型现场总线（至少列举5种）？

根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。

2. SJA1000为单滤波器配置时，对于标准帧和扩展帧过滤的信息分别是什么？ （教材62页） 3．简述CAN总线遵守得同步规则是什么？ 4. CANopen协议中CAL定义了哪些应用层服务？ 5．简述现场总线采用什么技术来保证实时性？

计算机通信技术，计算机通信基本功能是可靠地传递信息，并及时处理并正确使用所传信息。 1、模式寄存器(MOD)设工作在复位模式；（注：1~3小题用51单片机的汇编语言编程） (教材47页) 2、时钟分频寄存器(CDR)选择PeliCAN模式，关闭时钟输出； (教材58页) 3、命令寄存器(CMR)要求启动发送请求； (教材49页)

4、CAN总线的位填充规则是什么？当要发送数据为1000000010时，写出经位填充规则后的数据序列？ (教材23页) 5、画出数据为01001100011的NRZ编码及曼彻斯特码的波形图。 （曼彻斯特：规则 存在连续码元，发生跳变） 五、计算题（本题共2题，每题10分，计20分）

1、CAN控制器SJA1000的晶振是16MHz，BTR0设置为00H，BTR1设置为1CH，计算同步跳转宽度tSJW及CAN总线的传输速率

2、试用CRC(7,4) 对D(X)=1010, 进行编码，给定生成多项式G(X)=x3+x+1,求 （1）CRC(7,4)编码C(X)

（2）若在传送过程中发生了错误，接收方收到的C(X)=1000011，试根据下表判断是第几位出错？

余数 000 001

2

出错位 无 1 余数 011 110 出错位 4 5

三、简答题（本大题共5题，每题6分，计30分） 1、简述CAN总线的特点是什么？

010 2 3 111 101 6 7 100 1.CAN 总线接口芯片支持8位、16位CPU，许多嵌入式微处理器都集成了CAN通信控制器；

2.CAN总线具有国际标准，即ISO-11898；

3.CAN可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻、主动地向网上其他节点发送信息而不分主从，通信方式灵活； 4.CAN网络上的节点可分成不同的优先级，满足不同的实时要求； 5.CAN采用非破坏性总线仲裁技术；

6.CAN可以点对点、一点对多点及全局广播的方式传送和接收数据； 7.CAN直接通信距离最远可达10km/5kbps,通信速率最高可达1Mbps/40m； 8.CAN采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个；

9.CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，即切断它与总线的联系； 10.CAN每帧信息都有CRC校验及其他检错措施； 11.通信介质采用廉价的双绞线，无特殊要求； 12.用户接口简单，编程方便，很容易构成用户系统。

2、CAN总线数据链路层的LLC与MAC子层的功能格式什么？

3、SJA1000为双滤波器配置时，对于标准帧和扩展帧过滤的信息分别是什么？ （教材64页） 4、简述DeviceNet总线中I/O报文与显式报文的区别？ 5、HART协议参照ISO模型的1、2、7层，主要特征是什么？ 四．综合题（共5题，每题6分，计30分）

1、输出寄存器(OCR)要求设置正常输出模式； (教材58页)

2. 请根据CAN2.0A规范，推导其数据帧在考虑位填充情况下得最大位数计算公式。

答：不考虑位填充情况下，CAN2.0A数据帧格式如下：

帧起始（1位）+标识符（11位）+RTR位（1位）+保留位（2位）+数据长度码（4位）+数据场（0-64位）+CRC序列（15位）+CRC界定符（1位）+ACK间隙（1位）+ACK界定符（1位）+帧结束（7位） 其中，CRC界定符、应答场、帧结束有固定格式，不参加位填充。

按CAN规范，发送数据帧时，发送器在数值相同的5个连续位后会填充1位补码。可以知道，当数据帧具有类似下列模式时，填充位数最多：1111100001111000011110000?? 经总结，可以给出公式：44+8s+[(34+8s-1)/4] 其中：s为数据场字节数，[ ]代表只取整数部分。

3．为什么CAN总线在位速率为1Mbps时，最大传输距离只有40米？

（1）CAN总线要求发送器在发送每一位的同时，都要监视总线电平，用以确定是否发送器竞争失败，是否总线发生了位错误，是否获 得而来应答。这都需要在1位时间内完成。1Mbps时，位时间为1微秒。

（2）已知铜导线中电信号的传播速度是光速的2/3，1微秒内可以在总线上跑200米，由于要做折返跑，所以总线距离不能超过100米； （3）考虑到可靠采样以及需留下一定的信息处理时间的问题，一般采样点设在位时间的50%左右，所以最大传输距离还要减半，即为 50 米。

（4）还要考虑发射器延时、接收器延时，总线的最大传输距离还要打折扣，故定为40米。 1.模拟信号和数字信号

模拟信号是指信号的因变量对时间的取值是连续变化的信号。数字信号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号通常表现为离散的脉冲形式。

2.通信方式有几种？ 串行通信，并行通信 3.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能?

通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。它一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。 信息源和接收者是信息的产生者和使用者

3

发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号，送往传输媒介。 传输介质指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。它可以是无线的，也可以是有线的(包括光纤)。有线和无线均有多种传输媒介，如电磁波、红外线为无线传输介质，各种电缆、光缆、双绞线等为有线传输介质。

接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。 4.通信方式按照信息的传输方向分为哪几种?

单工 (simplex)方式 ；半双工(Half duplex)方式；全双工 (Full duplex)方式 5.通信的传输模式分为哪几种?

基带传输 载波（带）传输 宽带传输 异步转移模式ATM 6.在载带传输中有哪几种常用的数据表示方法？ 调幅方式、调频方式、调幅方式

7.在数据通讯系统中，通常采用哪几种数据交换方式? 线路交换方式 报文交换方式 报文分组交换方式 8.比较通信系统中的几种拓扑结构。

星型结构：在星形拓扑中，每个站通过点-点连接到中央节点，任何两站之间通信都通过中央节点进行。中央节点的结构显得比较复杂，对其要求较高。

环型结构：通过中继器进行点-点连接，构成一个封闭的环路。中继器接收前驱站发来的数据，发往后继站。链路是单向的，工作站需有较复杂的网路处理功能。

总线型结构：在总线拓扑中，传输介质是一条总线，工作站通过相应硬件接口接至总线上。一个站发送数据，所有其它站都能接收。 9. 介质访问控制方式主要有哪两种?说明各自的含义。

1.CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测) 。载波监听CSMA的控制方案是先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其他站的发送信号。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。

2.令牌访问控制方式。令牌方式是一种按一定顺序在各站点传递令牌(Token)的方法。谁得到令牌，谁才有发报权。 10.什么样的现场设备可以作为现场控制网络节点？举出几个例子。

具有计算与通信能力的测量控制设备可以作为现场控制网络节点。例如限位开关、感应开关等各类开关；条形码阅读器；光电传感器；温度、压力、流量、物位等各种传感器、变送器；可编程逻辑控制器PLC； PID等数字控制器； 各种数据采集装置等。 11.现场控制网络完成哪些通信任务？

1.将现场运行的各种信息(现场设备的运行参数、状态以及故障信息等)传送到远离现场的控制室； 2.又将各种控制、维护、组态命令等送往位于现场的测量控制现场设备中； 3.现场级控制设备之间数据联系与沟通；

4.还要在与操作终端、上层管理网络的数据连接和信息共享中发挥作用。 12. ISO/OSI参考模型为哪7层？各层的主要功能是什么？

ISO/OSI的7层参考模型包括：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。 物理层(physical layer)主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。 数据链路层(data link layer)的主要任务是加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路。 网络层(network layer)关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路由。

传输层(transport layer)的基本功能是从会话层接收数据，并且在必要时把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段

信息正确无误。

会话层(Session layer)允许不同机器上的用户建立会话 (session)关系。

表示层 (presentation layer)完成某些特定功能，例如用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。 应用层 (application layer)包含大量人们普遍需要的协议。 13.常用的网络互联设备有哪些？各自对应OSI参考模型的哪一层？ 1.物理层使用中继器 (Repeater)，通过复制位信号延伸网段长度 2.数据链路层使用网桥 (bridge)，在局域网之间存储或转发数据帧 3.网络层使用路由器 (Router)在不同网络间存储转发分组信号

4.传输层及传输层以上，使用网关 (gateway)进行协议转换，提供更高层次的接口 1、工业控制系统的发展分为几个阶段？

工业控制系统大致经历了基地试仪表控制系统、集中式数字控制控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统等几个主要阶段。每个阶段

4

的控制系统在结构上都有明显的改进，都有一种标志性的设备。 4、PROFIBUS由哪三个兼容部分组成？各自应用的行业有哪些？

包括PROFIBUS-PA、FMS、DP三个部分，PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第1层（物理层）和第2层（数据链路层），其中FMS还采用了第7层（应用层）,另外增加了用户层，PROFIBUS-PA可以用在有爆炸危险区域内连接本质安全型的现场仪表；PROFIBUS-FMS主要用于车间级通用的控制及通信任务；PROFIBUS-DP主要用于现场级控制系统与分布式I/O及其他现场级设备直接的通信。 5. FF总线特点。

可以工作在生产现场，并能适应本质安全防爆的要求，还可以通过传输数据的总线为现场设备提供工作电源。传输速率的典型值为31.25kbit/s。

6. 基金会现场总线通信模型只具备ISO/ OSI参考模型中的哪几层？它们各自的作用是什么？

基金会现场总线的参考模型只具备了ISO/OSI参考模型七层中的三层，即物理层、数据链路层和应用层，并在原有ISO/OSI参考模型第七层应用层之上增加了用户层。

物理层规定了信号如何发送;数据链路层规定如何在设备间共享网络和调度通信;应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式。用户层则用于组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能块、设备描述，实现网络管理、系统管理等。 7、HART协议参照ISO模型的1、2、7层，主要特征是什么？（参考教材10页） 1.物理层2数据链路层3.应用层。 8、 现场总线与一般计算机通信的区别？ 1.功能不同2.性能指标的差异3．网络结构的不同

1. 介绍CAN总线位的数值表示，并说明任意两点间的最大距离。 1 答: ○

U VCAN-H Vdiff Vdiff VCAN-L 隐性位 显性位 隐性位 时间t 图 1 总线位的数值表示

2 ○

位速率bps 1M 最大距离 500K 250K 270m 125K 530m 100K 620m 50K 20K 10K 5K 40m 130m 1.3km 3.3km 6.7km 10km 表 1 CAN总线系统任意两节点之间的最大距离

2. 详述CAN总线报文的帧结构?

答：在报文传输时，不同的帧具有不同的传输结构，下面将分别介绍四种传输帧的结构，只有严格按照该结构进行帧的传输，才能被节点正确接收和发送。

○1数据帧由七种不同的位域(Bit Field)组成：帧起始(Start of )、仲裁域(Arbitration Field)、控制域(Control Field)、数据域(DataField)、CRC域(CRC Field)、应答域(ACK Field)和帧结尾(End of )。数据域的长度可以为0～8个字节。 （2）错误帧错误帧由两个不同的域组成：第一个域是来自控制器的错误标志；第二个域为错误分界符。 1)错误标志：有两种形式的错误标志。

(3) 远程帧 远程帧也有标准格式和扩展格式，而且都由6个不同的位域组成：帧起始、仲裁域、控制域、CRC域、应答域、帧结尾。与数据帧相比，远程帧的RTR位为隐性，没有数据域，数据长度编码域可以是0～8个字节的任何值，这个值是远程帧请求发送的数据帧的数据域长度。当具有相同仲裁域的数据帧和远程帧同时发送时，由于数据帧的RTR位为显性，所以数据帧获得优先。发送远程帧的节点可以直接接收数据。

(4) 过载帧 过载帧由两个区域组成：过载标识域及过载界定符域。下述三种状态将导致过载帧发送：

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