物理層有多種實(shí)現(xiàn)方式。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供了廣泛的連接選項(xiàng)。使用OSI模型可以很好地定義某些網(wǎng)絡(luò)，在其中可以輕松識(shí)別電纜、網(wǎng)橋、工業(yè)路由器、串口服務(wù)器、DTU和PC。有時(shí)，只有少數(shù)幾個(gè)設(shè)備通過某種專有網(wǎng)絡(luò)鏈接在一起，或者在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與該設(shè)備捆綁在一起的情況下采用黑盒方式。
最常見的串行數(shù)據(jù)交換設(shè)備是串口服務(wù)器，它是是用于將兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備連接在一起的RS232、RS422和RS485設(shè)備。這三個(gè)接口都使用數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)術(shù)語(yǔ)。DTE是想要與其他地方的另一個(gè)組件進(jìn)行通信的組件，例如與另一個(gè)PC進(jìn)行通信的PC。DCE是實(shí)際上進(jìn)行通信或執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中討論的生成器和接收器功能的組件。調(diào)制解調(diào)器是DCE的常見示例。
DTE和DCE之間的接口可以按機(jī)械、電氣、功能和過程方面進(jìn)行分類。機(jī)械規(guī)格定義了連接器的類型和引腳數(shù)。電氣規(guī)范定義了線路電壓和波形，以及故障模式和影響。功能規(guī)格包括時(shí)序、數(shù)據(jù)、控制和信號(hào)接地，以及要使用的功能引腳。程序接口指定如何交換信號(hào)。
RS485是另一種串行數(shù)據(jù)傳輸方法。正式而言，它是EIA
485，或電子行業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)的“平衡數(shù)字多點(diǎn)系統(tǒng)中使用的發(fā)生器和接收器的電氣特性標(biāo)準(zhǔn)”。該標(biāo)準(zhǔn)定義了一種將零作為電壓脈沖生成的方法。請(qǐng)記住，對(duì)于上層執(zhí)行的所有數(shù)據(jù)處理，成幀，分組，路由和尋址，它仍然歸結(jié)為在某些物理介質(zhì)上推入1和0。
有關(guān)RS485的重要信息是，它允許多個(gè)接收器和發(fā)生器，并且根據(jù)信令速度和長(zhǎng)度指定電纜特性。典型的電纜是屏蔽雙絞銅線，足以滿足1000萬(wàn)比特/秒(Mbps)的典型信令速率。該標(biāo)準(zhǔn)僅定義波形的電氣特性。請(qǐng)注意，RS485沒有指定任何媒體控制功能-嚴(yán)格取決于連接到發(fā)生器的設(shè)備(通常是芯片)。RS-485通常適用于最長(zhǎng)2,000英尺的電纜。
簡(jiǎn)單串行網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)示例可能是一系列記錄器，這些記錄器通過RS-485鏈路連接到PC，該P(yáng)C接收每個(gè)記錄器采集的數(shù)據(jù)。制造商出售一張插卡，該插卡安裝在每臺(tái)錄像機(jī)中，并附有接線說明。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)卡都通過一系列屏蔽雙絞線電纜菊花鏈連接到其他網(wǎng)絡(luò)電纜，這些電纜最終終止在PC中的網(wǎng)絡(luò)接口卡上。除了了解RS-485的局限性(距離，屏蔽，數(shù)據(jù)速率等)外，實(shí)際上并不需要了解和理解這種安排中的網(wǎng)絡(luò)層。
標(biāo)題上，RS422標(biāo)準(zhǔn)是TIA / EIA 422
B，由電信工業(yè)協(xié)會(huì)(與EIA聯(lián)合)制定的“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”。類似于RS485;主要區(qū)別在于波形的上升時(shí)間和電壓特性。RS422通常允許最長(zhǎng)1.2公里的電纜，每秒最高10萬(wàn)比特(kbps)。在1000萬(wàn)bps(Mbps)時(shí)，電纜長(zhǎng)度限制在10米左右(圖4-3)。在存在電纜不平衡或高共模噪聲水平的情況下，可以進(jìn)一步減少電纜長(zhǎng)度，以保持所需的信令速率。
RS232C可能是串行數(shù)據(jù)交換的最常見形式。TIA再次與EIA一起將其正式稱為EIA / TIA 232
E，“使用二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)電路終結(jié)設(shè)備之間的接口”。后綴“ E”表示比普通“
C”版本更高的版本。該標(biāo)準(zhǔn)與RS422和RS485的不同之處在于，它定義了機(jī)械接口和電氣接口。
RS232適用于高達(dá)20 kbps的信號(hào)速率，距離可達(dá)50英尺。根據(jù)與信號(hào)公共端的電壓差(+3 V dc = 0，-3 V dc =
1)測(cè)量零(空格)和一個(gè)(標(biāo)記)。最常見的機(jī)械接口是D-sub 9和D-sub 25連接器。
RS232設(shè)備中的交換電路(引腳)分為四類：信號(hào)公共、數(shù)據(jù)電路(發(fā)送的數(shù)據(jù)、接收的數(shù)據(jù))，控制電路(即，請(qǐng)求發(fā)送、清除發(fā)送、DCE準(zhǔn)備就緒、DTE準(zhǔn)備就緒)和定時(shí)電路。
上述標(biāo)準(zhǔn)全部用于為更長(zhǎng)距離而設(shè)計(jì)的串行通信方案中。有一個(gè)通用的并行接口，稱為通用接口總線(GPIB)或IEEE-488?？梢曰ミB多達(dá)15個(gè)設(shè)備，通常是個(gè)人計(jì)算機(jī)和科學(xué)設(shè)備。它提供了高達(dá)1
Mbps的高數(shù)據(jù)信令速率，但長(zhǎng)度受到限制。允許的總總線長(zhǎng)度為20米，設(shè)備之間的距離不超過4米。
IEEE-488總線是多點(diǎn)并行接口，所有設(shè)備均可訪問24條線路。這些線分為數(shù)據(jù)線、握手線、總線管理線和地線。通信是數(shù)字的，并且消息一次發(fā)送一個(gè)字節(jié)。連接器是24針連接器;總線上的設(shè)備使用凹形插座，而互連電纜具有匹配的凸形插頭。典型的電纜將具有公頭和母頭連接器，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的菊花鏈連接。
IEEE-488實(shí)現(xiàn)的一個(gè)示例是設(shè)計(jì)用于評(píng)估化學(xué)樣品池性能的測(cè)量系統(tǒng)。水槽對(duì)水樣進(jìn)行樣品調(diào)節(jié)(壓力，流量和溫度控制)和化學(xué)分析(pH，溶解氧和電導(dǎo)率)。水槽裝有壓力傳感器，電阻溫度檢測(cè)器(RTD)，熱電偶和參考結(jié)。30點(diǎn)掃描儀用于多路復(fù)用來自所有傳感器的數(shù)據(jù)。掃描儀使用GPIB接口連接到臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦。在IEEE-488下，可以使用PC上的應(yīng)用程序高效，可靠地獲取、存儲(chǔ)、顯示和減少數(shù)據(jù)。
用于實(shí)現(xiàn)物理層的介質(zhì)通常是一組銅線。非屏蔽雙絞線(UTP)電纜最實(shí)惠。與屏蔽雙絞線(STP)相比，它重量輕，易于拉扯，易于端接，并且占用的電纜橋架空間更少。但是，它更容易受到電磁干擾(EMI)的影響。
STP較重且更難制造，但是它可以在給定的傳輸方案中極大地提高信令速率。扭曲消除了一對(duì)導(dǎo)體上的磁場(chǎng)和電流。磁場(chǎng)會(huì)在其他載有大電流的導(dǎo)體周圍以及大型電動(dòng)機(jī)周圍產(chǎn)生。有各種等級(jí)的銅電纜可用，其中5級(jí)是最好和最昂貴的。適用于100
Mbps應(yīng)用的5級(jí)銅纜每英寸的扭曲比低級(jí)銅纜更大。每英寸更多的捻數(shù)意味著用于構(gòu)成電纜線路的銅線的線性英尺數(shù)更多，而銅的數(shù)量更多則意味著更多的錢。
屏蔽提供了一種反射或吸收電纜周圍電場(chǎng)的方法。屏蔽有多種形式，從銅編織或銅網(wǎng)到包裹在每個(gè)導(dǎo)體上的鋁化聚酯薄膜帶，再到雙絞線。
隨著用戶應(yīng)用要求越來越高的帶寬，越來越多地使用光纖。術(shù)語(yǔ)“帶寬”在技術(shù)上是指?jìng)鬏斖ǖ赖淖罡哳l率和最低頻率之間的差異，以赫茲(Hz)為單位。更常見的是，它表示可以通過給定電路發(fā)送的數(shù)據(jù)的容量或數(shù)量。
使用光纜的標(biāo)準(zhǔn)帶寬為100
Mbps。首次引入時(shí)，光纖被認(rèn)為僅用于特殊應(yīng)用，因?yàn)樗鼉r(jià)格昂貴且難以使用。近年來，對(duì)更大帶寬的追求與更易于使用的光纖相結(jié)合，使其變得更加普遍。提供了用于安裝光纖和對(duì)光纖進(jìn)行故障排除的工具和培訓(xùn)。
共有三種基本的光纖電纜：多模步進(jìn)索引，多模漸變索引和單模。多模光纖通常由電纜兩端的LED驅(qū)動(dòng)，而單模光纖通常由激光器驅(qū)動(dòng)。單模光纖可以實(shí)現(xiàn)比多模光纖更高的帶寬，但是比多模光纖更薄(10微米)并且物理上較弱。發(fā)射和接收單模光纖信號(hào)的設(shè)備成本比多模信號(hào)高得多(至少四倍)。
光纖電纜的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是抗擾性。盡管應(yīng)遵守防火等級(jí)，但是可以將光纖電纜隨意穿過高噪聲區(qū)域而不受懲罰。穿過工廠中多個(gè)空間的電纜應(yīng)符合美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)(NFPA)的耐火/通風(fēng)/空調(diào)(HVAC)通風(fēng)系統(tǒng)等級(jí)。
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