工控机的数据通信技术.ppt

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工控机的数据通信技术最简单的数据通信系统数据通信数据通信发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传送到数据接收方、而接收方将收到的信号转换为数道传送到数据接收方、而接收方将收到的信号转换为数据的过程就称为是数据通信。

据的过程就称为是数据通信。

根据信号的不同，数据通信可以被分为模拟数据通信和根据信号的不同，数据通信可以被分为模拟数据通信和数字数据通信。

数字数据通信。

在数据通信中，通常将数据的发送方称为源点，而将数在数据通信中，通常将数据的发送方称为源点，而将数据的接收方称为终点。

源点和终点一般是计算机或其它据的接收方称为终点。

源点和终点一般是计算机或其它一些数据终端设备。

一些数据终端设备。

基带传输基带传输频带传输频带传输多路复用技术多路复用技术质量指标质量指标数据通信方式数据通信方式在计算机系统中，通常用二进制比特来表示各类数据。

而方波信号是二进制比特的典型表达方式，按傅利叶分析，方波信号由直流、基频、低频和高频等多个分量组成，随着频率的升高，其相应的幅度减小直至趋于零。

在方波信号的整个频谱中，从零开始有一段能量相对集中的频率范围被称为基本频带（baseband），简称基频或基带，基频等于方波信号的固有频率。

与基频对应的数字信号称为基带信号。

基带传输基带传输采用基带信号进行传输的数字通信系统的模型如图所示。

该系采用基带信号进行传输的数字通信系统的模型如图所示。

该系统要解决的关键问题是数字数据的编解码问题。

即在发送端，统要解决的关键问题是数字数据的编解码问题。

即在发送端，要解决如何将二进制数据序列通过某种编码方式转化为可直接要解决如何将二进制数据序列通过某种编码方式转化为可直接传送的基带信号；而在接收端，则要解决如何将收到的基带信传送的基带信号；而在接收端，则要解决如何将收到的基带信号通过解码恢复为与发送端相同的二进制数据序列。

号通过解码恢复为与发送端相同的二进制数据序列。

源点编码数字信道信号噪声终点解码传输数字信号最普遍而且最容易的办法是用两个电压电平来表示两个二进制数字。

例如，无电压（也就是无电流）常用来表示0，而恒定的正电压用来表示1。

常用的数字数据的数字信号编码有以下几种：

（1）单极性不归零码和双极性不归零码单极性不归零码和双极性不归零码不归零编码不归零编码（Non-ReturnZero，简称，简称NRZ）分别采用两分别采用两种高低不同的电平来表示两个二进制种高低不同的电平来表示两个二进制“0”和和“1”。

例。

例如，用高电平表示如，用高电平表示“1”，低电平表示，低电平表示“0”。

单极性码单极性码在每一码元时间间隔内，有电流发出表示二进制的在每一码元时间间隔内，有电流发出表示二进制的1；无电流发出则表示二进制的无电流发出则表示二进制的0。

数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码每一个码元时间的中心是采样时间，判决门限为半幅度电平，每一个码元时间的中心是采样时间，判决门限为半幅度电平，即即0.5。

若接收信号的值在。

若接收信号的值在0.5与与1.0之间，就判为之间，就判为1；若在；若在0.5与与0之间，就判为之间，就判为0。

每秒钟发送的二进制码元数称为码速，。

每秒钟发送的二进制码元数称为码速，其单位为波特（其单位为波特（Baud）。

在二进制情况下，）。

在二进制情况下，1波特相当于信波特相当于信息传输速率为息传输速率为1比特每秒（比特每秒（bps），此时码元速率等于信息速），此时码元速率等于信息速率。

率。

双极性码双极性码在每一码元时间间隔内，发正电流表示二进制的在每一码元时间间隔内，发正电流表示二进制的1；发负；发负电流表示二进制的电流表示二进制的0。

正的幅值和负的幅值相等，所以称。

正的幅值和负的幅值相等，所以称为双极性码。

这种情况的判决门限定为零电平。

接收信号为双极性码。

这种情况的判决门限定为零电平。

接收信号的值如在零电平以上，判为的值如在零电平以上，判为1；如在零电平以下判为；如在零电平以下判为0。

（2）单极性归零码和双极性归零码单极性归零码:

在每一码元时间间隔内，当发1时，发出正电流，但是发电流的时间短于一个码元的时间，就是说，发一个窄脉冲。

当发0时，仍然完全不发送电流。

这样发1时有一部分时间不发电流，幅度降为回零电平。

所以称这种码为归零码。

单极性归零码01101001单极性不归零码01101001双极性归零码双极性归零码:

在每一码元时间间隔内，当发1时，发出正的窄脉冲；当发0时，发出负的窄脉冲。

两个码元之间的间隔时间可以大于每一个窄脉冲的宽度。

采样时间总是对准中心。

双极性不归零码数据通信系统数据通信系统频带传输利用模拟信道传输二进制数据的方式称为频带传输。

频带传输的关键问题是如何将计算机中的二进制数据转化为适合模拟信道传输的模拟信号。

在发送端，需要将二进制数据变换成能在电话线或其他传输线路上传输的模拟信号，即所谓的调制（modulation）；而在接收端，则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据，即所谓的解调（demodulation）。

通常将在发送端承担调制功能的设备称为调制器（modulator），而将在接收端承担解调功能的设备称为调制器（demodulator）。

由于数据通信是双向的，所以实际上在数据通信的任何一方都要同时具备调制和解调功能，我们将同时具备这两种功能的设备称为调制解调器（modem）。

目前，调制解调器已逐渐被ADSL取代。

在调制过程中，选用的载波信号可以表示为yA（t）cos（t+）其中，振幅A、角频率、相位是载波信号的三个电参量，它们是正弦波的控制参数，称为调制参数。

它们的变化将对正弦载波的波形产生影响，通过改变这三个参量可以实现对模拟数据信号的编码，相应的调制方式分别称为幅度调制、频率调制和相位调制。

（1）幅度调制。

在幅度调制中，频率和相位都是常数，振幅为变量，即载波的幅度随发送的信号而变化。

（2）频率调制。

在频率调制中，振幅和相位为常量，频率随发送的信号而变化。

（3）相位调制。

在相位调制中，振幅、频率为常量，相位随发送的信号而变化。

输出数据输入数据发送器公用电话网数据通信系统数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号PC机PC机ModemModem源系统目的系统传输系统源点传输系统器接收器终点发送的信号接收的信号输入信息输出信息数据通信系统数据通信系统多路复用技术在数据传输时，为了高效合理地利用资源，通常采用多路复用技术，使多路数据信号共同使用一条线路进行传输。

频分多路复用技术FDM时分多路复用技术TDM波分多路复用技术WDM码分多路复用技术CDMA数据通信系统数据通信系统数字通信系统的质量指标数字通信系统的质量指标数据通信系统中，有效性用传输速率来表示，可靠性用数据通信系统中，有效性用传输速率来表示，可靠性用差错率（误码率）来衡量。

差错率（误码率）来衡量。

（1）数据传输速率数据传输速率数据传输速率有两种度量单位：

波特率和比特率数据传输速率有两种度量单位：

波特率和比特率波特率波特率波特率又称为波形速率或码元速率。

指数据通信系统中，线路上每波特率又称为波形速率或码元速率。

指数据通信系统中，线路上每秒传送的波形个数。

其单位是秒传送的波形个数。

其单位是“波特波特”（Baud）。

设一个波形的）。

设一个波形的持续周期为持续周期为T，则波特率，则波特率B可以由下式给出：

可以由下式给出：

B=1/T（波特）（波特）比特率比特率比特率又称为信息速率，简称数据率，是指发送端和接收端之间单位比特率又称为信息速率，简称数据率，是指发送端和接收端之间单位时间内传输数据的平均比特数，其单位是每秒位时间内传输数据的平均比特数，其单位是每秒位（bps），或每秒千位，或每秒千位（kbps），或每秒兆位，或每秒兆位（Mbps）。

数据传输速率反映了终端设备之间的信。

数据传输速率反映了终端设备之间的信息处理能力，它是一段时间的平均值。

通常用它来描述数据通信系统息处理能力，它是一段时间的平均值。

通常用它来描述数据通信系统的性能。

的性能。

2）数据传输的质量）数据传输的质量衡量数据传输质量的指标是差错率，通常用误码率来表衡量数据传输质量的指标是差错率，通常用误码率来表示。

示。

误码率（接收方出现差错的比特数（位数）误码率（接收方出现差错的比特数（位数）/总的传输总的传输比特数（位数）比特数（位数）100误码率是一个统计平均值，在统计和测试时应采用统计误码率是一个统计平均值，在统计和测试时应采用统计学的方法，在足够时间和足够统计的数量后方可正确得学的方法，在足够时间和足够统计的数量后方可正确得出。

出。

计算机网络通信系统中，要求误码率低于计算机网络通信系统中，要求误码率低于10-6。

如果实。

如果实际传输的不是二进制码元，需折合成二进制码元计算。

际传输的不是二进制码元，需折合成二进制码元计算。

数据通信系统数据通信系统数据通信方式数据传送方式：

按照一次传输的比特数划分可以分为串行和并数据传送方式：

按照一次传输的比特数划分可以分为串行和并行，通常情况下，并行通信用于距离较近的情况，串行通信用行，通常情况下，并行通信用于距离较近的情况，串行通信用于距离较远的情况；按照数据传输的方向划分可以分为单工、于距离较远的情况；按照数据传输的方向划分可以分为单工、半双工和双工。

半双工和双工。

DTE数据源DTE数据宿011100112233n-1n-1信号地信号地DTE数据源DTE数据宿00011110数据同步方式数据同步方式无论是并行传输还是串行传输，无论是并行传输还是串行传输，发送端和接收端的收发发送端和接收端的收发动作必须控制在同一时间内进行动作必须控制在同一时间内进行，接收方必须接收方必须正确地区正确地区分出每一个代码，这是正确完成传输任务必须解决的一分出每一个代码，这是正确完成传输任务必须解决的一个问题，这就是数据的同步方式。

个问题，这就是数据的同步方式。

在串行通信中，为了节省信道，通常不能设立专用的握在串行通信中，为了节省信道，通常不能设立专用的握手信号线实现收发双方的数据同步，必须在串行数据信手信号线实现收发双方的数据同步，必须在串行数据信道上传输的数据编码中解决此问题。

在数据串行传输过道上传输的数据编码中解决此问题。

在数据串行传输过程中，传输的是已编码的各种传输码形，接收到的是变程中，传输的是已编码的各种传输码形，接收到的是变化的电平信号，为了正确识别和恢复代码，必须解决以化的电平信号，为了正确识别和恢复代码，必须解决以下问题：

下问题：

正确区分和识别每个比特（即每位）；正确区分和识别每个比特（即每位）；区分出每个代码（如一个区分出每个代码（如一个ASCII码字符），即区码字符），即区分出每个代码的起始和结束位；分出每个代码的起始和结束位；区分出完整的报文数据块（数据帧）的开始和结区分出完整的报文数据块（数据帧）的开始和结束位。

束位。

以上三个问题对应着三个概念：

位同步、字符同步以上三个问题对应着三个概念：

位同步、字符同步和数据帧同步。

通常解决上述问题的办法有两种：

和数据帧同步。

通常解决上述问题的办法有两种：

同步传输方式和异步传输方式。

这两种传输方式的同步传输方式和异步传输方式。

这两种传输方式的区别在于发送和接收设备的时钟是异步的，还是同区别在于发送和接收设备的时钟是异步的，还是同步的。

步的。

异步传输异步传输同步传输同步传输差错检查差错检查这种方式为：

每个字符都独立传输，接收设备每收到一这种方式为：

每个字符都独立传输，接收设备每收到一个字符的开始位后进行同步。

每个字符在传输时都前后个字符的开始位后进行同步。

每个字符在传输时都前后分别加上起始位和结束位，以表示一个字符的开始和结分别加上起始位和结束位，以表示一个字符的开始和结束。

起始位为束。

起始位为“0”，结束位为，结束位为“1”，结束位的长度可，结束位的长度可以为以为1位、位、1.5位或位或2位。

起始位和结束位的作用是实现字位。

起始位和结束位的作用是实现字符同步，字符之间的间距（时间）是任意的，但发送一符同步，字符之间的间距（时间）是任意的，但发送一个字符时，发送每一位占用的时间长度都是双方约定好个字符时，发送每一位占用的时间