1、2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,1,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术 Data Communication Technology of Computer Control System,计算机控制系统,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,2,本章主要内容,数据通信的基础知识 数据通信设备 数据通信中的检错与纠错,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,3,第一节 Unit 1,数据通信的基础知识 Basis of Data Communication,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,4,本节主要内容
2、,数据通信概述 数据的传输方式 多路复用技术,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,5,4-1-1 数据通信概述（1）,通信系统模型 任何一个通信系统都可以借助如图所示的通信系统模型来抽象地进行描述。,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,6,4-1-1 数据通信概述（2）,通信传输的信息 语音、图像、文字、数据等 信息的类别 连续信息 信息的状态随时间而连续变化 离散信息 信息的状态是可列的或是离散的 通信中的两种基本传输信号 模拟信号和数字信号,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,7,4-1-1 数据通信概述（3）,模拟通信 以
3、模拟信号作为载体来 传输信息 数字通信 以数字信号作为载体来 传输信息称为数字通信 数据通信 若信息源产生的是数据， 则整个通信过程称为数据通信。,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,8,4-1-1 数据通信概述（4）,数据编码 在通信系统中，为实现正常通信，要对二进制码和字符的对应关系作一个统一的规定，这种规定即称为编码。 控制字符 美国信息交换标准码ASCII码 扩展ASCII码,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,9,4-1-1 数据通信概述（5）,调制 将数据信号转换成能在模拟信道上传输的模拟信号 振幅调制ASK(Amplitude Shif
4、t Keying） 用原始脉冲信号去控制载波的振幅变化 频率调制FSK(Frequency Shift Keying) 用原始脉冲信号去控制载波的频率变化 相位调制PSK(Phase Shift Keying） 用原始脉冲信号去控制载波的相位变化,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,10,4-1-1 数据通信概述（6）,三种调制信号示意图,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,11,4-1-2 数据传输方式（1）,基带传输与频带传输 基带是指电信号所固有的频带，直接将这些电脉冲信号进行传输，就称为基带传输，它不适合远距离传输 先进行调制使其频率变窄，再
5、传输，则称为频带传输 串行传输与并行传输 数据在一个信道上按位依次传输的方式称为串行传输 数据在多个信道上同时传输的方式称为并行传输,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,12,4-1-2 数据传输方式（2）,串行传输中，接收端必须知道 波特率（单位：位/秒）、字符同步、帧（或块）同步 同步传输 发送端一边发送数据位，一边发送同步时钟，接收端根据发送端发送来的同步时钟接收数据位，即发送端与接收端的两个时钟是同步的 异步传输 发送端仅发送数据位，而不发送同步时钟，接收端根据双方事先约定的时间（波特率）进行接收，即发送时钟与接收时钟不同步,2019/4/9,第四章 计算机控制系
6、统中的数据通信技术,13,4-1-2 数据传输方式（3）,同步传输的优缺点 传输效率高，字符传输中不需要加起始位和停止位，其缺点是需增加一根时钟传输线 异步传输的优缺点 不需要时钟传输线，但字符传输中需要加起始位和停止位，因而传输效率较低,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,14,4-1-2 数据传输方式（4）,帧传输（必须采用ASCII码传输） 将要传输的信息（数据）组成一个包 首先发送数个同步字符（SYN） 随后开始发送帧起始字符（STX） 紧接着发送数据 最后发送帧结束字符（ETX） 采用帧传输的优缺点 传输速率高，占用CPU时间少，数据可靠； 缺点是要将原码转化成
7、ASCII码，效率下降了一半,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,15,4-1-2 数据传输方式（5）,传输速率 单位时间内传送的信息量, 调制速率 单位时间内所能调制的调制次数,单位是波特 数据信号速率 单位时间内通过信道的信息量，单位是比特/秒 数据传输速率 单位时间内传送的数据量,单位常用字符/分表示,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,16,4-1-2 数据传输方式（6）,多路复用技术 把多路信号用一条信道进行传输，以提高效率 频分多路复用 把信道的频谱分割成若干个互不重叠的小频段，每条小频段都可以看作是一条子信道 时分多路复用 信道的传输时
8、间分割成许多时间段， 这种方法接收端与发送端的时序必须严格同步,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,17,第二节 Unit 2,数据通讯设备 Equipment of Data Communication,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,18,本节主要内容,通信适配器 RS-232标准 调制解调器 RS-449、 RS-422、 RS-423及RS-485标准 通信介质（媒质）,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,19,4-2-1 通讯适配器（1）,串行通讯与并行通讯 串行异步通讯是目前最常用的通讯方式 串行异步通讯接口标准
9、 通讯适配器 将计算机内的并行数据转换成串行数据的一种智能型电路,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,20,4-2-1 通讯适配器（2）,异步通讯适配器 由地址译码电路，8250异步通讯器件，EIA接收、发送器件，晶振电路和25针或9针D型插头组成 异步通讯适配器有自己独立的时钟（晶振），发送和接收数据都根据自己的时钟，以及协议进行。这样可以节省时钟联接线，降低硬件成本,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,21,4-2-1 通讯适配器（3）,异步通讯适配器原理框图,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,22,4-2-1 通讯适配器
10、（4）,同步通讯适配器 也是完成二进制数据串、并相互转换的设备 同步通讯适配器间的数据流是连续且同步的 两个异步通讯适配器间的数据流是不连续的，而是一个字符一个字符地进行同步的 同步通讯适配器有两类最常用的协议，即SDLC（同步数据链路控制）和BSC（二进制同步通讯）,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,23,4-2-1 通讯适配器（5）,多协议适配器 为满足实际应用中，可能需要用不同的协议实现计算机之间、计算机与外设之间的通讯 许多制造商提供了在单个扩展板上的异步通讯，同步通讯等的多协议适配器 此外还有多种电气特性的通讯适配器，由用户要求选择其中的一种进行数据通讯,20
11、19/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,24,4-2-2 RS-232标准,RS-232标准 用于数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间的串行数据通讯 数据终端设备 数据通讯中的端末设备，如计算机或终端 数据通讯设备 指信号交换和发送设备，如波形变换器、基带传输器及调制解调器等,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,25,4-2-2 RS-232标准的功能特性（1）,功能特性描述了其接口引线所代表的功能，分为数据功能和控制功能 RS-232标准的主要引线功能有5类（详见表2-1） 地线 引线1是保护地，引线7(GND)为信号地 发送数据（TXD）
12、引线2 接收数据（RXD） 引线3 控制信号（对数据的接收和发送起着控制作用） 调制解调器状态信号,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,26,4-2-2 RS-232标准的功能特性（2）,控制信号 请求发送（RTS） 引线4 清除发送（CTS） 引线5 DTE准备就绪（DTR） 引线20 数据设备准备就绪（DSR） 引线6 调制解调器状态信号 振铃指示（RI） 引线22 载波检测（CD） 引线8 RI和CD信号是专为电话网而设计，只在进行远程通信时才需要,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,27,4-2-2 RS-232标准的电气特性（1）,电气特性
13、主要体现在电气连接方式、电气参数及通信速率等方面 电气连接方式（ EIARS-232C及CCITT建议的方式）特点：非平衡的连接方式、公用地线,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,28,4-2-2 RS-232标准的电气特性（2）,电气参数 引线信号状态（必须是以下三种之一） SPACE/MARK（空号/传号） ON/OFF（通/断） 逻辑0/逻辑1 引线逻辑电平（采用负逻辑） -3 -15V表示逻辑1；用+3 +15V表示逻辑0 在发送端，其逻辑电平分别为：+5 +15V表示逻辑0；-5 -15V表示逻辑1,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,29
14、,4-2-2 RS-232标准的电气特性（3）,其它电气参数 旁路电容 RS-232C终端一侧的旁路电容C小于2500PF 开路电压 RS-232C的开路电压不能超过25V 短路抑制性能 通信速率 最高通信速率为115200bps 通信距离应小于15米,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,30,4-2-2 RS-232标准的机械特性,采用标准25芯连接器，称为DB25 IBM-PC及其兼容机基本上都使用了9芯连接器（DB9） 接口引线见如表4-3所示 RS-232C的缺点 数据传输速率慢、通讯距离短、未规定标准的连接器、接口处各信号间易产生串扰等,2019/4/9,第四章
15、 计算机控制系统中的数据通信技术,31,4-2-2 RS-232的常用连接方法（1）,计算机和调制解调器的连接 实现了计算机远程通 信的物理层标准，在链 路层及更高层协议的作 用下，就可以实现计算 机间的数据通信。,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,32,4-2-2 RS-232的常用连接方法（2）,远程通信示意图远程通信过程 呼叫建立阶段 （RI、RTS、CTS、DSR） 数据传输阶段 （双工、半双工，RTS、CTS） 拆线阶段 （RTS=OFF，CTS=OFF）,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,33,4-2-2 RS-232的常用连接方法（
16、3）,“空”调制解调器连接方式 将两台计算机直接连接，实现快速数据通讯 让通信双方在没 有调制解调器的情 况下依次完成有调 制解调器时的信号 作用过程,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,34,4-2-2 RS-232的常用连接方法（4）,“空”调制解调器连接方式,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,35,4-2-3 调制解调器（1）,调制解调器的作用利用公用电话网实现数据的远距离传输 实现模拟信号与数据信号的转换,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,36,4-2-3 调制解调器（2）,调制解调器的分类 半双工和全双工（传输方式
17、） 低速、中速和高速（工作速率） 正交幅度键控、频移键控、相移键控和幅相键控等（调制方式） 窄带、音频、宽带、短程、多端口和多点调制解调器等（线路业务类型） 同步和异步（按同步方式）,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,37,4-2-3 调制解调器（3）,调制解调器的主要性能指标 带宽利用率 差错性能 设备复杂性 调制解调器的选择准则 工作速率 均衡 同步/异步工作 差错率 兼容性与标准的要求,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,38,4-2-3 调制解调器（4）,调制解调器与模拟电话网的连接 直接连接法 电耦合法 声耦合法,2019/4/9,第四章
18、 计算机控制系统中的数据通信技术,39,4-2-4 RS-449标准接口,RS-449的特点 在传输速率、增大传输距离、改进电气性能等方面较之RS-232C有明显提高 与RS-232C主要差别是信号在导线上传输方法不同 RS-232C利用传输信号线与公共地之间的电压差，RS-449利用信号导线之间的信号电压差 可在1220米的24-AWG双绞线上进行数字通讯，速率可达90000波特率 有两种标准接口连接器，一种为37脚，一种为9脚,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,40,4-2-4 RS-422标准接口（1）,RS422电路组成 发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收
19、器等 RS-422每个通道要用二条信号线 只能有一个发送器，可以有多个接收器，因此通常采用点对点通讯方式,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,41,4-2-4 RS-422标准接口（2）,RS422特点 双端电气接口型式，其标准是双端线传送信号 通过传输线驱动器，把逻辑电平变换成电位差，完成始端的信息传送 通过传输线接收器，把电位差转变成逻辑电平，实现终端的信息接收 比RS-232C传输信号距离长，速度快，传输率最大为10Mbit/s（电缆允许长度为120米），如采用较低传输速率，如9000波特率时，最大距离可达1200米,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据
20、通信技术,42,4-2-4 RS-423A标准接口,RS423A特点 规定为单端线，且与RS-232兼容，参考电平为地 信号逻辑电平为200mV6V，负信号逻辑电平为-200mV-6V（逻辑“1”4V，逻辑“0”-4V) 传输速率,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,43,4-2-4 RS-485标准接口（1）,RS485特点 是一种多发送器的电路标准，它是RS-422A性能的扩展，是真正意义上的总线标准(允许挂接32台RS-485负载设备） 但何时控制发送器发 送数据或接收机接收数 据，则标准未作规定， 要由用户自己决定。,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数
21、据通信技术,44,4-2-4 RS-485标准接口（2）,RS485与RS-422的主要区别 硬件线路上 RS-422至少需要4根通讯线，RS-485仅需2根； RS-422不能采用总线方式通讯，但可以采用环路方式通讯，RS-485两者均可。 通讯方式上 RS-422可以全双工 RS-485只能半双工 两者的其它差异见表4-6所示,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,45,4-2-5 通讯介质（媒质）（1）,通讯介质 指数据通讯中用来传递信号的媒体 有线传输媒质 明线：平行而相互绝缘的架空裸线线路 双绞线：由相互绝缘的线索对绞合在一起构成。传输速率较低，抗干扰能力差，只适
22、用小容量局域网。 同轴电缆：由同轴的两个导体构成，外导体起屏蔽作用，内导体传递信号，是目前最常采用的媒质。 光纤以光导纤维为传输媒质，以光波作为载波,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,46,4-2-5 通讯介质（媒质）（2）,无线传输媒质 微波中继 是利用电磁波在对流层的视距范围内传输的一种通信方式，通信距离依靠中继方式延伸 卫星转接 实际上也是一种微波通信。它依靠同步通信卫星作为中继站，由于卫星距地面很高，故可以覆盖较大通信区域,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,47,第三节 Unit 3,数据通讯中的检错与纠错 Mistake Checkin
23、g & Modifying in Data Communication,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,48,本节主要内容,奇/偶校验（Parity Check) 循环冗余校验CRC（Cyclic Redundancy Check) 恒比码,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,49,4-3 数据通讯中的检错与纠错,差错检测技术的原理 发送方在发送数据的基础上，生成某些校验编码，然后将该校验编码附加在数据后面一起发送 接收方收到数据和校验码后，用校验码对收到的数据进行检验，以确立本次传输是否正确 差错检测技术的核心是校验编码 常用的校验编码方法 奇
24、/偶校验编码、循环冗余校验编码和恒比校验编码,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,50,4-3-1 奇/偶校验（Parity Check）,采用奇校验 报文加上校验位后应保证“1”码元个数为奇数 采用偶校验 报文加上校验位后应保证“1”码元个数为偶数 奇偶校验方法 只有在出错码元个数是奇数的情况下才有效，当出错码元个数成偶数时，此法无能为力,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,51,4-3-2 循环冗余校验CRC（1）,循环冗余校验简称循环码或CRC码 循环冗余校验的特点 有严密的数学结构，检错能力强、实现简单容易 线性码 用（n，k）来表示 循环码
25、的性质：任一码组的每一次循环左移或右移，所得的新码组仍是该码中的一码组 生成多项式,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,52,4-3-2 循环冗余校验CRC（2）,CRC-16循环码的编码,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,53,4-3-3 恒比码,恒比码 通讯时不是原码传送，而是对待发送的数据进行编码，使编码后的每一个字节（或每一码组）中，“1”和“0”的个数之比保持恒定 检测能力 当码组中任何位置上出现奇数个差错时，因为破坏了1和0的恒比关系，所以能被检测出来 比一般的奇偶校验有较强的检错能力,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,54,本章小结,数据通信的基础知识 数据通信设备 数据通信中的检错与纠错,2019/4/9,第四章 计算机控制系统中的数据通信技术,55,第四章 结束,THE End,
