Local Bus总线原理

Local Bus总线原理

2010-10-01 21:32:09[ 上一篇| 下一篇]

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相信搞硬件的朋友都应该对Local Bus总线非常熟悉，在当今的通信电子领域中，几乎所有的CPU小系统中都有它的身影。Local Bus总线又称为CPU总线，根据高低位地址线序的差异，又可分为Motorola CPU总线和Intel CPU总线。古老的CS51单片机就是Intel CPU总线的典型代表，而我们常用的Power PC 就是Motorola CPU总线架构，它是从60X总线衍变过来的(60X总线支持64、32、16、8四种可选位宽模式)，由于Local Bus总线是直接从60X总线上通过桥片分出来的，所以它和60X总线是同步同频的，进行数据数据读写时与60X总线共享带宽，不需要内核提供额外的处理。如下图所示：

Device Bus(数据/地址复用总线解复用后的Device Bus叫Local Bus)总线一般采用数据/地址线复用的形式，通常为32位宽，使用时需要将总线的数据和地址分离出来再分别接到目标器件的数据和地址端口，如连接到低速设备时还需要通过Buffer起来来进行驱动和隔离。在早期的设计中，通过用信号锁存器来分离总线中的数据和地址(如经典锁存器SN74LVC16373)，不过现在基本上都是通过逻辑器件CPLD来进行解复用的。利用锁存器373对Device Bus总线数据/地址解复用原理如下图所示。

在上图中，L_ALE是地址锁存信号，低电平有效，当L_ALE出现一个低电平脉冲时，锁存器的输入端口对LAD[31:0]信号进行采样、锁存并从输出端口输出，直到下一个L_ALE低电平脉冲到来时，其输出状态才发生改变，Device Bus总线在输出地址信号时将L_ALE信号驱动为低电平，输出数据信号时，将L_ALE

驱动为高电平，锁存器正式利用这个特点轻松实现Device Bus总线上数据和地址的分离。

Local Bus总线上的数据读写分为同步模式和异步模式。在同步模式下，需要一个外部时钟信号供接收端和发送端共用，利用时钟信号的上升沿对数据进行采样，SDRAM、SSRAM等高速信号使用同步模式；异步传输模式下，不使用时钟信号对数据进行采样(芯片内部还是需要有系统参考时钟来产生时序的)，而是利用片选信号CS、写使能信号WE和读使能信号OE对数据进行采样，使用异步模式的器件有FLASH、BOOTROM等。

?Device Bus总线数据及控制信号列表及功能说明：

1).LAD[31:0]：数据/地址复用信号，数据线宽度可设为8、16、32为三种模式；地址线根数可根据实际存储空间大小来选取，比如，16根地址线可支持的寻址空间大小为(针对8位宽存储器件，16位宽存储器件需要乘以2，其他类推)：216＝65536Byte=64KByte。做为地址线时是单向输出，三态总线，LVTTL电平。做为数据线时是输入/输出双向信号，三态LVTTL。

2).CS_L：Chip Select，器件片选信号，低电平信号，Local Bus总线上每个器件都有一个独立的CS_L信号，某个器件上的CS_L信号为低电平时表示这个器件被选中，Local Bus总线主控制器可以对其进行读写操作；

3).WE_L：Write Enable，写使能信号，低电平有效，Local Bus总线上的WE_L信号为低电平时，表示在进行写操作，在异步传输模式下，它与CS_L信号配合对写数据进行采样；

4).OE_L：Output Enable，读使能信号，跟WE_L类似，在异步传输模式下与CS_L信号配合对读数据进行采样；

5).ALE_L：地址锁存信号，低有效，其功能已经在前面介绍过了，不在赘述；

6).Rdv:应答信号，对读写操作进行应答；

7).INT：中断输入信号；

8).RST_L：复位信号；

9).CLK：参考时钟信号，只在同步传输模式下使用，异步模式下不使用，设计中将其悬空即可。

实际应用中，一般只使用LDA/CS_L/WE_L/OE_L/ALE_L这些信号，其他信号作为选用。

上面介绍的是针对Intel CPU总线的，Motorola CPU总线有一点点差异，后者将OE_L和WE_L合并成一根控制信号，称为R/~W，当其为高电平时表示“读”操作，为低电平时表示“写”操作。另外，后者还有一个DS控制信号，当其为低电平时表示总线上传输的数据是有效的，否则为无效。

如果Local Bus总线上挂SDRAM等高速存器器件时还需要行列选择信号RAS 和CAS以及数据奇偶校验信号DP。

?CPU总线的大端模式和小端模式

Intel系列的CPU总线是小端模式，也叫Little-endian byte ordering，其特点是低有效字节在低地址位，高有效字节在高地址位。

Motorola CPU及Power PC架构总线是大端模式，也叫Big-endian byte ordering，其特点是低有效字节在高地址位，高有效字节在低地址位。

所以在使用大端模式总线连接外部器件时需要将地址线进行倒序，即最高位地址线与外部器件的最低地址位相连，最低地址位地址线与外部器件的最高地址位相连，其他依次连接。

?Local Bus总线的读写时序

下图为FLASH器件MX29LV002CBTI的读时序，该FLASH器件提供的Local Bus 接口，Addresses信号是从Local BUS地址信号(已经解复用了)，Outputs是Local bus的数据信号。在第一个时钟周期内，Address信号线上传输的是目标器件的地址信号，此时CS#、OE#、WE#都处于高电平无效状态，并且Outputs输出的数据无效。在第二个时钟周期内，CE#变为低电平，表示目标器件已经被选中，接着OE#也变为低电平(大多数情况下，CS#和OE#几乎是同时有效的)，表示开始进行读操作，主控制器在CE#和OE#都为低电平有效的时候对Outputs上的数据进行采样(通常做一定的延时后再采样，以保证采样数据的正确性)，采样到的数据即为要读取的数据。WE#和OE#不会同时变低的，因为Local Bus总线是半双工工作方式，不可能同时进行读写两种操作。(点开看清楚大图)

下图为FLASH器件MX29LV002CBTI的写时序，在WE#和CS#同时为低有效的情况下，Flash器件从数据总线上采样数据，然后写到指定的地址空间里去。对比下这两个图，我们会发现，读操作时，OE#信号差不多在ADD Valid周期的中间部分有效，而写操作时，WE#信号几乎在ADD Valid周期的开始部分有效，为什么有这个差异呢？其实想想也不难，因为读操作流程是：总线控制器给目标器件发读取数据指令，等目标器件收到指令后再将总线控制器要读取的数据传回来，这中间有线路的延时及目标器件的延时。而写操作则不然，可以将写操作命令和要写的数据同时传到目标器件那边去，几乎没什么延时。

?Local Bus总线的典型应用如下图所示：

如上图所示，CPLD对Device bus总线进行了解复用后连接到FPGA、FLASH 和NVRAM(CPLD可以对Local Bus总线的大小端模式进行切换)，利用CS0_L、CS1_L 和CS2_L三根片选信号线来区分Local bus总线上的三个器件。FPGA使用了32根数据线中的16根，32根地址线中的26根。

我们再仔细看一下其地址线标号，为A[26:1]，我们也许会疑问，会不会是搞错了啊，怎么不是从最低位地址AO开始啊？是的，我没有写错，你也没有看错，实际上就是从A1开始的。这是因为当数据线宽度为16位双字节模式(也叫WORD模式，四个字节叫DWORD模式，单字节叫BYTE模式)时，Local bus总线的A1变为地址的最低位(A0悬空不用)，用它去连接器件的最低位地址线A0。

这其实也很好理解，因为对于同样大的存储空间来说(我们可以将存储空间想象纵横交错的棋盘状)，当数据线D(棋盘中的横线)增加一倍的情况下(从8位增加到16位)，要想保持数据线和地址线的乘积不变(存储空间容量不变)，那么就要将地址线减少一半(对于译码前的数据线来说，就是减少一根线)。下面的NVRAM用的是8位BYTE模式，所以最低位地址仍然用A0去接。

CAN总线原理2009

CAN总线原理2009-09-22 08:54一、概述 对于一般控制,设备间连锁可以通过串行网络完成。因此,BOSCH公司开发了CAN总线(Controller Area Network),并已取得国际标准化组织认证(ISO11898),其总线结构可参照I SO/OSI参考模型。同时,国际上一些大的半导体厂商也积极开发出支持CAN总线的专用芯片。通过CAN总线,传感器、控制器和执行器由串行数据线连接起来。它不仅仅是将电缆按树形结构连接起来,其通信协议相当于ISO/OSI参考模型中的数据链路层,网络可根据协议探测和纠正数据传输过程中因电磁干扰而产生的数据错误。CAN网络的配制比较容易,允许任何站之间直接进行通信,而无需将所有数据全部汇总到主计算机后再行处理。 二、CAN在国外的发展 对机动车辆总线和对现场总线的需求有许多相似之处,即较低的成本、较高的实时处理能力和在恶劣的强电磁干扰环境下可靠的工作。奔驰S型轿车上采用的就是CAN总线系统;美国商用车辆制造商们也将注意力转向CAN总线;美国一些企业已将CAN作为内部总线应用在生产线和机床上。同时,由于CAN总线可以提供较高的安全性,因此在医疗领域、纺织机械和电梯控制中也得到广泛应用。 三、CAN的工作原理 当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时,它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说,无论数据是否是发给自己的,都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符,定义了报文的优先级,这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的,不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时,这种配置十分重要。 CAN总线的报文发送和接收参见图1。当一个站要向其它站发送数据时,该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片,并处于准备状态;当它收到总线分配时, 转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出,这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测,判断这些报文是否是发给自己的,以确定是否接收它。 由于CAN总线是一种面向内容的编址方案,因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时,数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化,即总线上控制器需要测量数据时,可由网上获得,而无须每个控制器都有自己独立的传感器。 四、位仲裁 要对数据进行实时处理,就必须将数据快速传送,这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。在几个站同时需要发送数据时,要求快速地进行总线分配。实时处理通过网络交换的紧急数据有较大的不同。一个快速变化的物理量,如汽车引擎负载,将比类似汽车引擎温度这样相对变化较慢的物理量更频繁地传送数据并要求更短的延时。 CAN总线以报文为单位进行数据传送,报文的优先级结合在11位标识符中,具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。总线

现场总线控制系统的现状和发展前景

现场总线控制系统的现状和发展前景 序言 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。 现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术，是能应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司都投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS 发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统，已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C(Computer计算机、Control控制、Commcenication通信)技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础，这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法，将极大地推动整个工业领域的技术进步，对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。 现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术，是计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成，也是信息技术、测量技术在信息时代的体现。现场总线技术经过10年的研发、试验和局部应用阶段，现已开始大量地在中小系统中应用，并开始在超大规模的自动化系统工程中应用。现场总线技术是工业数字通信时代的先驱，它的出现正在引起工业控领域的一次前所未有的技术革命。现场总线不仅仅是分散于最底层的控制系统，而且是建立于整个工业体系的通信系统，它的通信协议建立在控制策略之上，标准的编程语言(DDL)和强大的通信功能，使现场总线控制系统成为贯彻操作者意志的最得力的工具，由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的控制方法。 进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的高速发展，我国现场总线控制系统行业保持了多年高速增长，并随着我国加入WTO, 近年来，现场总线控制系统行业的出口也形势喜人，2008年，全球金融危机爆发，我国现场总线控制系统行业发展也遇到了一些困难，如国内需求下降，出口减少等，现场总线控制系统行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面，2009年，随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国现场总线控制系统行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，重新进入良性发展轨道。

现场总线技术及控制系

现场总线技术及控制系统 摘要：文章介绍了现场总线的概念,回顾了其产生及发展历程，分析了现场总线控制系统相对于集散控制系统的特点和优点。针对当前流行的几种现场总线，简要介绍了各自的技术特色，指出控制系统的开放互连是发展的必然。 关键词：现场总线，集散控制系统，分布式控制，FCS，DCS，开放式互连系统 一、前言 七十年代以前，控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递，其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。七十年代末，随着大规模集成电路的出现，微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统，控制效果得到提高；但是尽管如此，还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展，控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统（如集散控制系统）无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃，这次变革的基础就是现场总线技术的产生。 现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，它也被称为现场底层设备控制网络（INFRANET）。80年代以来，各种现场总线技术开始出现，人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高，从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会(ISA)于1984年开始制订现场总线规范，在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等，各种现场总线规范陆续形成。其中主要的有：基金会现场总线FF（Foundation Fieldbus）、控制局域网络CAN（Controller Area Network）、局部操作网络LonWorks（Local Operating Network）、过程现场总线PROFIBUS（Process Field Bus）和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是，总线规范的制定工作并非一帆风顺，由于行业与地域发展等历史原因，加上各公司和企业集团受自身利益的驱使，致使现场总线的国际化规范工作进展缓慢。但是不论如何，制定单一的开放国际现场总线规范是发展的必然。 二、当前流行的几类现场总线 1、基金会现场总线FF 基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种 技术。其前身是以美国Fisher－Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地150家公司制定的World

现场总线控制技术实验报告.

课程名称：现场总线实验任课教师：廉迎战 学院：自动化 专业班级： 学号： 学生姓名：

2015 年6月16日 实验一频移键控法仿真实验 一．实验目的 初步掌握通信原理基础知识中频移键控法的基本原理。 能用MATLAB仿真软件，编写并调试简单的仿真程序。 二．实验主要仪器设备和材料 1. 实验用计算机 2. MATLAB仿真软件 三．实验内容 四．实验步骤及结果测试 1．安装部署MATLAB仿真环境，同时根据频移键控法要求，设置仿真环境。 2.在MATLAB环境下，输入频移键控法原理图。 原理图如下：

方法一 方法二 Repeating sequence stair:F3数字信号sine wave ：100Hz信号 Sine wave1 ：50Hz信号 Scope1：示波器

方法一：Switch1:选通开关//方法二：用乘法器product代替 3.在MATLAB中产生F1=50Hz和F2=100Hz的交流信号，以及需要 发送的数字信号，数字信号为：F3=01101001方波波形。 4.加载输入信号，观察仿真原理图输出信号波形，同时记录并分析。 如下图： 五．思考题 1.数字信号01101001的频移键控法输出波形表示形式如下： 输出的数字信号为10110101时，其频移键控波形如下的OUT：

1~6行输出信号分别为：1.数字信号10110101的输入信号；2. 50Hz 频率sine；3.100Hz频率sine；4. Product输出；5.product1输出； 6.add输出 2.如何实现幅移键控法的信号通讯技术？ 通过信号幅值的高低映射到数字信号的1和0从而达到载波传输信号，可利用 现成的电信网，电话网等设施构成信道。

11大众汽车总线系统方案

11数据总线系统 学习目标 知识目标 （1）了解汽车总线系统的类型、作用、组成； （2）熟悉汽车总线系统的结构和工作原理； （3）掌握汽车总线系统的电路分析方法； （4）掌握典型车系总线系统故障分析方法。 能力目标 （1）熟悉维修手册的使用方法； （2）学会使用示波器对总线系统的检测方法； （3）学会典型车系总线系统故障检测与诊断方法。 11.1 概述 随着汽车技术的不断发展，人们对汽车各方面的性能要求越来越高，不仅在追求车辆动力性和操控性能的同时还对舒适性和安全性能也提出了更高的要求。 20世纪90年代以来，随着集成电路在汽车上的广泛应用，汽车上的电子控制系统越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊装置、电动门窗装置、主动悬架装置等。各种电子控制系统的导入和应用使汽车的各项功能更加完善，控制更加精确和灵活，智能化程度也不断提升。然而，功能的日益增加和完善使车载电子控制单元的数量以惊人的速度增加。 与此同时，各电子控制单元之间的数据交换也随之增加。传统的数据交换形式只是通过模块间专设的导线完成点对点的通信。数据量的增加必然导致车身线束的增加。庞大的车身线束不仅增加了制造成本，而且还占用空间，增加了整车重量。线束的增加还会使因线束老化而引起电气故障的可能性大大提高，降低了系统的可靠性。解决这个问题的关键就是利用计算机网络技术，将车载控制单元通过车载网络连接起来，实现数据信息的高效传输。如图11-1所示，采用了CAN 总线、LIN总线（单线总线）、MOST总线（光学总线）以及无线蓝牙总线后车载网络控制系统可以处理大量来自控制单元的信息和执行其各种功能以及不断增加的数据交换。 在现代汽车中，采用总线的意义已远远超出节省电线的围，它已成为车各零部件实施信息交互的标准接口。整车的总线网络成为整车的电器平台，也就是说只要有总线存在，就可以在这个总线平台上不断增加汽车的智能化零部件。总线技术促进了汽车智能化的发展。

汽车控制系统的CAN总线应用

汽车控制系统的CAN总线应用 摘要 现代汽车上安装和使用了越来越多的电子控制单元(ECU),大大提高了汽车的动力性、经济性、舒适性和操作的方便性,但随之增加的复杂电路使车线束增多、空间紧、布线复杂,导致车身重量明显增加,降低了车辆的可靠性,增加了维修难度。另外,各电控单元之间也需要传递大量的信息,有些信息是多个电控单元共享的,传统的点对点的接线和布线方式不能实现信息共享。由于现代汽车的电子控制器及仪表的数量越来越多,因此现代汽车一般采用CAN总线系统,将整个汽车控制系统联系起来统一管理,实现数据共享和相互之间协同工作。 把CAN总线技术应用于汽车的电气控制就可以解决这些问题,也是目前国外汽车制造商大力开发和正在使用的新技术。CAN已被广泛应用到各个自动化控制系统中,从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN.例如,在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统和安防监控等领域,CAN都具有不可比拟的优越性。现代汽车的结构复杂,传感器遍布全车,其类型多种多样,这使得数据变得复杂,大小不尽相同,因此速率也不相同,另外车身系统也需要获得驱动系统的信息,以供维修人员或者驾驶者参考。因此有必要设计一个高效、可靠的网关与数据处理系统。 1.汽车CAN总线系统. CAN的全称是:Controller Area Network,即区域网络控制器。CAN总线中数据在串联总线上可以一个接一个地传送,所有参加CAN总线的分系统都可以通过其控制单元上的CAN总线接口进行数据的发送和接收。CAN总线是一个多路传输系统,当某一单元出现故障时不会影响其他单元的工作,汽车CAN总线

对不同数据的传输速率是不一样的,对发动机电控系统和ABS等实时控制用数据实施的是高速传输,速率为0.125M波特率～1M波特率;对车身调节系统(如空调)的数据实施的是低速传输,传输速率在10～125K波特率;其他如多媒体系统和诊断系统则为中速传输,速率在前两者之间,这样的区分提高了总线的传输效率。图1为某种客车的CAN总线系统结构图。 图1 一种客车的CAN总线系统结构 车身系统CAN总线的主要连接对象为:中控、门控制器及其他一些组件。车身系统的控制对象主要是4个门上的集控锁、车窗、行箱锁、后视镜及车顶灯。在具备遥控功能的情况下,还包括对遥控信号的接收处理和其他防盗系统的控制等等。现代汽车中所使用的电子通讯系统越来越多,如汽车自动诊断系统、自动巡航系统(ACC)和车载多媒体系统等。系统和汽车故障诊断系统之间均需要进行数据交换。 2.汽车车身整体控制系统设计. 整个系统主要由车仪表、照明及信号灯组、自动车窗电控节点组成。本系统网络中包含1个车仪表板、4组照明、信号灯组和4个车门,共9个节点。其中,

现场总线控制系统学习心得

现场总线控制系统学习心得 班级：电技131 姓名：杨秋 学号：20XX301030103 六个星期的现场总线控制系统课程已经结束，通过这段时间的学习和老师的耐心讲解，我初步了解到了这门课程的基本内容。 目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。我们已经在以往的学习中了解到了PLC和DCS这两大系统的基本知识，而FCS就是我们这段时间学习的现场总线控制系统。老师分别从以下几个方面详细地向我们讲解了这门课程。 1现场总线和现场总线控制系统的概念 根据国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指应用在制造过程区域现场装置和控制室内自动控制装置之间的包括数字式、多点、串行通信的数据总线，即工业数据总线。是开放式、数字化、多点通信的底层通信网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统，称为现场总线控制系统FCS，它是自20世纪80年代末发展起来的新型网络集成式全分布控制系统。 其中，现场总线系统一般被称为第五代控制系统。第一代控制系统为50年代前的气动信号控制系统PCS，第二代为

4~20mA等电动模拟信号控制系统，第三代为数字计算机集中式控制系统，第四代为70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS。 2 现场总线技术现场总线技术将专用的微处理器置入了传统的测量控制仪表，使其各自都具有了多多少少的数字计算和数字通信能力，成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们通过普通双绞线、光纤、同轴电缆等多种途径进行信息传输，这样就能够形成以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。该网络系统按照规范和公开的通信协议，在位于生产现场的多个微机化自控设备之间，以及现场仪表与用作管理、监控的远程计算机之间，实现数据传输与信息共享，进一步构成了各种适应实际需要的自动控制系统 3 现场总线的分类 老师重点讲述了现场总线的几种类别，典型的现场总线技术包括了基金会现场总线FF，LonWork现场总线，Profibu 现场总线，CAN现场总线以及HART现场总线。其中FF总线尤为重要，按照基金会总线组织的定义，FF总线是一种全数字、串行、双向传输的通信系统，是一种能连接现场各种现场仪表的信号传输系统，其最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的，在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。为此，有人称FF总线为

什么是现场总线

什么是现场总线？ 随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展，作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线（FieldBus）技术也得到了发展迅速、影响巨大，引起了工程技术界的普遍兴趣与重视，使计算机控制系统逐步从集散控制系统 （DistributedControlSystem DCS）走向以现场总线位基础的分布式现场总线控制系统（FieldbusControlSystem,FC S），被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。 现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种工业控制技术。通俗地讲，现场总线就是用在现场的总线技术，和计算机内部的总线概念一样，但是由于现场的特殊环境（如温度，安装条件，干扰等等），不同于计算机通常用于室内，为了区别，所以我们把这种总线称为现场总线。 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。 现场总线被誉为自动化领域的计算机局域网1．1、现场总线的特点 根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会(ISA)对现场总线的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通讯，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。

国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：（1）同一数据链上过程控制单元（PCU）、PLC等与数字1/0设备互连； （2）现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取； （3）通信媒体安装费用较低。 SP50委员会提出的两种现场总线结构模型是： ●星型总线用短距离、廉价、低速率电缆取代模拟信号传输线 ●总线型总线数据传输距离长、速率高，采用点对点、点对多点和广播式通信方式 2．2、现场总线技术特征 现场总线完整地实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成，具有以下几项技术特征。 （1）现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体（双绘线、同轴电缆或光纤）以总线拓扑相连； （2）网络数据通信采用基带传输（即数字数据数字传输），数据传输速率高（为Mbit/s或10Mbit/s级），实时性好，抗干扰能力强； （3）废气了集散控制系统（DCS）中的I/O控制站，将这一级功能分配给通信网络完成；

控制网络与现场总线

控制网络与现场总线 第一章绪论 现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统，也称为开放式、全数字化、多点通信的底层控制网络CAN 总线是一种现场总线，它在工业控制领域中占有重要的地位，并已经广泛应用于汽车制造、自动化监控、三表系统及楼宇自控系统等领域。而以太网具有结构简单，工作可靠，传输速率高等特点，目前以它作企业的为上层管理网络能够很好的发挥信息交换及共享的需求。这样就形成了以CAN 为低层控制网络，由以太网组成上层管理网络的局面。然而企业生产需要下层与上层的信息交换，而异构网络是不能直接进行信息交换的，如何有效的实现这种信息交换，成为目前的一个热点问题。 1.1 研究背景及意义 1.1.1 现场总线控制系统 现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点和双向通信的数据总线。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。现场总线的出现正符合了现代工业生产领域中的测控系统的需求，即通过测控仪器或系统从生产现场获得各种参数，通过自控手段，使生产各环节得到优化。 1.1.2 以太网技术 近年来，以太网在工业控制领域的应用逐渐的广泛起来，它具有通信速率高、软硬件产品丰富和应用支持技术成熟等优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了一定程度的应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。但是由于普通以太网所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为商用领域设计的，而未针对较恶劣的工业现场环境来设计（如

CAN总线在汽车车身控制中的应用

编号：11 《汽车总线与嵌入式系统》课程论文 CAN总线在汽车车身控制中的作用 班级：车辆工程1132 （及手机）：一青（） 学号：1131504328 任课教师：建祥（）

2016-11-2 CAN总线在汽车车身控制中的应用 摘要:阐述了CAN（Controller Area Network）总线协议及其技术特点。结合应用实例分析了CAN总线技术在汽车中的应用优势，并对系统的总体结构、数据传输方式以及控制过程进行了详细的描述，给出了节点电路的设计、协议的定义及软件实现方法，并用试验验证了其可行性。 一、引言 随着计算机技术、网络通信技术、集成电路技术的飞速发展，以全数字式现场总线为代表的现场控制仪表、设备大量应用，使得繁琐的现场连线被单一简洁的现场总线网络所代替，为工业现场控制用户带来了巨大好处。特别是上个世纪80年代以来，随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上的电子控制单元越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS）、安全气囊装置、电控门窗装置和主动悬架等等。在这种情况下，如果仍采用常规的布线方式，即电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，将导致车上电线数目的急剧增加，使得电线的质量占整车质量的4％左右，已远远不能满足汽车愈加复杂的控制系统要求。另外，电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。为此，改革汽车电气技术的呼声日益高涨。因此，一种新的概念——车用控制器局域网络CAN应运而生。 二、CAN总线技术介绍及发展现状

CAN是控制器局域网络（Controller Area Network）的简称，它是由德国Bosch公司及几个半导体生产商开发出来的，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达 1Mb/s.CAN 总线通信接口中集成了CAN 协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，而且简单实用，网络成本低。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。CAN 总线技术在汽车总线邻域已经占有了一定的市场地位，国内外众多汽车制造商大多选择can总线技术作为它们汽车网络技术。 我国在CAN总线研究应用方面起步较晚，工程应用几乎是空白。特别是在汽车上的应用，可以说是从2002年国家863电动汽车重大专项立项以后，才有几个大的汽车研究和生产单位正式启动的，目前都处于研究的初级阶段，还没有拿出产品化的成果。由于这些研究刚刚还处于起步阶段，故目前的研究重点都集中在动力系统的CAN通讯上，还没有精力针对汽车车身的电子控制部件进行CAN总线的应用研究 一些专家认为，就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，近10年现场总线CAN技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。 三、CAN总线的技术特点 CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，其主要特点如下： ?CAN总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，且不分主从； ?CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，高优先级节点优先传送数据，故实时性好；

现场总线控制系统

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南阳理工学院自动控制仪表课程报告 学院（系）：机械与汽车工程学院 专业：测控技术与仪器（升）学生： *** 指导教师： * * 完成日期2015年 12 月

自动控制仪表课程报告 现场总线控制系统 Fieldbus control system 总计：自动控制仪表课程报告 20 页 插图： 14 幅

自动控制仪表课程报告 现场总线控制系统 Fieldbus control system 学院（系）：机械与汽车工程学院 专业：测控技术与仪器（升） 学生姓名： *** 学号：1%%%%%%% 指导教师（职称）：（高级工程师） 评阅教师： 完成日期： 2015年12月 南阳理工学院 Nan yang Institute of Technology

现场总线控制系统 测控技术与仪器（升） *** [摘要]技术自推广以来，已经在世界范围内应用于工业控制的各个领域。现场总线的技术推广有了三、四年的时间，已经或正在应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。应用的总线协议主要包括、、Foundation、、Interbus_S 等。在汽车行业，现场总线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的和旧的生产线的改造，大部分都采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛，从单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场总线的控制方法。而国内的应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。 [关键词] 现场总线；工业控制；应用广泛 Fieldbus control system Measurement & Control Technology and Instruments Major（l） *** Abstract：Field bus technology, since the promotion has been all over the world should be used in industrial control fields. Fieldbus technology popularization has three or four years, has been or are being used in metallurgy, automobile manufacturing, tobacco machinery, environmental protection, petrochemical, electric power, textile machinery and other industries. Application of bus protocol mainly includes the PROFIBUS, DeviceNet, Foundation, Fieldbus, Interbus_S, etc. In the automotive industry, the field bus control technology application is very common, in the past two years the domestic new and the old production line of auto production line transformation, mostly using the field bus control technology. Design of field bus control system has been applied abroad is very broad, from the single device to the transmission system of the whole production line, adopts the control method of the field bus. And domestic applications are mostly concentrated in the production line of

一文看懂汽车CAN总线技术原理

一文看懂汽车CAN总线技术原理 随着现代汽车技术的不断发展，CAN总线逐渐成为现代汽车上不可缺少的技术，并大大推动了汽车技术的高速发展。本文将对汽车CAN 总线技术的工作原理、特点及优点，CAN总线在汽车制造中的应用及发展趋势做了简单介绍，具体的跟随小编一起来了解一下。 CAN总线的由来由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH 公司（和inter 公司共同）开发了一种设计先进的解决方案-CAN 数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。 CAN 是ControllerAreaNetwork 的缩写，称为控制单元的局域网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。 CAN总线技术简介CAN总线又称作汽车总线，全称为“控制器局域网（Controller Area Network）”，意思是区域网络控制器，它将各个单一的控制单元以某种形式（多为星形）连接起来，形成一个完整的系统。在该系统中，各控制单元都以相同的规则进行数据传输交换和共享，称为数据传输协议。CAN总线最早是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块（ECU）之间的数据交换而开发的一种串行通讯协议。 在工程实际中CAN总线是对汽车中标准的串行数据传输系统的习惯叫法。随着车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，使汽车电子系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶室控制。另外，随着近年来智能运输系统（ITS）的发展，以3G（GPS、GIS和GSM）为代表的新型电子通讯产品的出现，它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。CAN 总线正是为满足这些要求而设计的。 CAN总线主要有四部分组成：导线、控制器、收发器和终端电阻。其中导线为由两根普通铜导线绞在一起的双绞线。控制器的作用是对收到和发送的信号进行翻译。收发器负责

PROFIBUS现场总线的通信原理

PROFIBUS 现场总线的通信原理 1． 引言 PROFIBUS 是一种国际性的开放式现场总线标准，是唯一的全集成H1（过程）和H2（工厂自动化）现场总线解决方案[1]，它不依赖于产品制造商，不同厂商生产的设备无须对其接口进行特别调整就可通信，因此它广泛应用于制造加工、楼宇和过程自动化等自动控制领域。它包括3个兼容版本，Profibus-DP(H2)、Profibus-PA(H1)、Profibus-FMS 。DP 是经过优化的高速、廉价的通信接口，专为自动控制系统和设备级分散I/O 之间通信设计，可取代24V 或0~20mA 并行信号线。也可用于分布式控制系统的高速数据传输。FMS 用于车间级通用性中等传输速度的循环和非循环通信，适用于传感器、执行器、PLC 等一般自动控制系统。PA 是专为过程自动化设计的标准本质安全传输技术，满足IEC1158-2中规定的通信规程，适用于安全性要求高以及由总线供电的场合。PROFIBUS 可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，总线系统分为主站和从站，主站决定总线的数据通信，从站仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息[2]。 2． PROFIBUS 的协议结构 PROFIBUS 的协议结构是根据ISO7498国际标准化开发式互联网络（OSI ）作为参考模型，具体结构如图1所示。 图1 PROFIBUS 协议结构图 PROFIBUS-DP 使用了第1、2层和用户接口，这样确保了数据传输快速和有效地进行，直接数据链路映像（DDLM ）使用户接口易于进入第2层。PROFIBUS-FMS 对第1、2、7层均加以定义。应用层包括现场总线信息规范（FMS ）和底层接口（LLI ）。FMS 包括了应用协议并 物理（1数据链路（2（3）~（6（7.. .

现场总线技术综述

现场总线技术综述
2008-3-3 15:51:00 来源：中国自动化网
现场总线控制系统技术是 20 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的 工业控制技术。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的 PLC 和 DCS 控制系 统基本结构的革命性变化。 现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术 含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。更重要的是从原 来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。 尤其是 20 世纪 90 年 代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合 Internet 和 Intranet 的迅猛发展， 现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。 现场总线控 制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。
1 现场总线的发展
计算机控制系统的早期，采用一台小型机控制几十条控制回路，目的是降低每条 回路的成本。但由于计算机的故障将导致所有控制回路失效，所以后来发展成分布式 控制（DCS），即由多台微机进行数据采集和控制，微机间用局域网（LAN）连接起 来成为一个统一系统。DCS 沿用了二十多年，其优点和缺点均充分显露。最主要的 问题仍然是可靠性：一台微机坏了，该微机管辖下的所有功能都失效；一块 AD 板上 的模/数转换器坏了，该板上的所有通道（8 或 16 个）全部失效。曾有过采用双机双 I/O 等冗余设计，但这又增加了成本，增加了系统的复杂性。为了克服系统可靠性、 成本和复杂性之间的矛盾，更为了适应广大用户要求的系统开放性、互操作性要求， 实现控制系统的网络化，一种新型控制技术──现场总线控制系统（FCS）正迅速发 展起来。 1.1 什么是现场总线 从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机 系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某 个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。 数据的传输介质可以是电线电 缆、光缆、电话线、无线电等等。 通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并 联接线方式，从 PLC 控制各个电器元件，对应每一个元件有一个 I/O 口，两者之间需 用两根线进行连接，作为控制和/或电源。当 PLC 所控制的电器元件数量达到数十个 甚至数百个时， 整个系统的接线就显得十分复杂， 容易搞错， 施工和维护都十分不便。 为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有 的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根 线自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿 现场， 不同于计算机通常用于室内， 所以这种总线被称为现场的总线， 简称现场总线。

现场总线技术及其应用研究论文设计

现场总线技术及其应用研究 中文摘要: 现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在多方面的优越性，得到大围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域及前景。 现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送，不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。 现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS 三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。 关键词：现场总线技术、自动控制、发展趋势

第一章绪论 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要容的综合技术，已经受到世界围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。 现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。 第二章现场总线技术概述 2.1现场总线的定义： 目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 2.2 现场总线技术产生的意义 （1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电

现场总线及通讯协议

现场总线及通讯协议 现场总线的现状和未来发展 一、引言 计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。现场总线(field bus)是指现场仪表和数字控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站的通讯系统。 二、现场总线的产生 纵观控制系统的发展史，不难发现，每一代新的控制系统推出都是针对老一代控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，最终在用户需求和市场竞争两大外因的推动下占领市场的主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生也不例外。 1、模拟仪表控制系统 模拟仪表控制系统于六七十年代占主导地位。其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。 2、集中式数字控制系统 集中式数字控制系统于七八十年代占主导地位。采用单片机、PLC、SLC 或微机作为控制器，控制器内部传输的是数字信号，因此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。集中式数字控制系统的优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制机时的选择上可以统一调度和安排；不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。 3、集散控制系统（DCS） 集散控制系统（DCS）于八、九十年代占主导地位。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。因此，这种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。在集散控制系统中，分布式控制思想的实现正是得益于网络技

现场总线的发展历程及趋势

《工业计算机网络》课程研究报告 姓名：刘耀 学号：0810211103 班级：08电气一班 专业：电气工程及其自动化 学院：电气与电子工程学院 时间：2011年6月4日

现场总线的发展历程及趋势 08电气一班刘耀（0810211103） 目录 1 现场总线的概念 ................................................................. . (3) 2.现场总线的发展历程..................................................... .. (5) 3现场总线的发展趋势..................................................... .. (7)

4参考文献..................................................... (11) 摘要;: 本文重点对现场总线的发展过程、现状及方向进行了较深入的分析，就如何发展本国现场总线提出了些许个人看法。 关键词：现场总线技术实时性发电厂组态傻瓜化无缝连接 1 现场总线的概念 从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。 通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/或电源。当PLC所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护都十分不便。为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根线自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场的总线，简称现场总线。