测控网络与数字通信技术之1

1、7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥1 7.1 数字通信基础数字通信基础 7.2 数字信号的传输数字信号的传输 7.3 总线通信技术总线通信技术7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥27.1 数字通信基础数字通信基础7.1.1 数字通信系统的基本组成数字通信系统的基本组成信源信源/信宿：数据的出发点与目的地，成为数据终端设备信宿：数据的出发点与目的地，成为数据终端设备控制器：控制数据传输的设备，主要功能有：控制器：控制数据传输的设备，主要功能有： 1.链路控制；链路控制；2.同步；同步；3.差错控制。差错控制。收发器：收发数据的设备，基本功能是将传输数据信号收发器：收发数据的设备，基

2、本功能是将传输数据信号 变换成适用于信道传输的形式。变换成适用于信道传输的形式。信道：数据传输的通道，包括传输介质和中间通信设备信道：数据传输的通道，包括传输介质和中间通信设备噪声源：耦合到通信系统中的噪声。噪声源：耦合到通信系统中的噪声。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥37.1 数字通信基础数字通信基础7.1.2 信道的分类信道的分类信道的种类信道的种类（1）有线信道）有线信道电缆：双绞线、同轴电缆、多芯电缆电缆：双绞线、同轴电缆、多芯电缆光缆：光纤光缆：光纤（2）无线信道）无线信道无线电波：无线电波：微波：微波：频率在频率在300MHz-300GHz的电磁波，波长微米级的电磁波，

3、波长微米级红外光：发光二极管、激光二极管、光电二极管等红外光：发光二极管、激光二极管、光电二极管等7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥47.1 数字通信基础数字通信基础7.1.2 信道的分类信道的分类2. 信道的多路复用信道的多路复用（1）空分制：按空间划分信道的传输方法）空分制：按空间划分信道的传输方法 如：每对导线只传输一个信号如：每对导线只传输一个信号（2）频分制（）频分制（FDMA）：将一个信道分割成多个频段，每个频段）：将一个信道分割成多个频段，每个频段只传输一个信号，每个频段的频谱在信道内互不重叠。只传输一个信号，每个频段的频谱在信道内互不重叠。 资源利用率高、结构简单、但是

4、需要调制解调器资源利用率高、结构简单、但是需要调制解调器（3）时分制（）时分制（TDMA）：将一个信道分割成多个时间段，每个时）：将一个信道分割成多个时间段，每个时间段只传输一个信号，每个信号的时间段在信道内互不重叠。间段只传输一个信号，每个信号的时间段在信道内互不重叠。（4）码分制（）码分制（CDMA）：给每个用户分配一个唯一的伪随机码）：给每个用户分配一个唯一的伪随机码作为该用户的地址码，然后实现信道复用；在接收端，用与发送作为该用户的地址码，然后实现信道复用；在接收端，用与发送端相同的伪随机码进行解码。端相同的伪随机码进行解码。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥57.1 数字通信

5、基础数字通信基础7.1.3 数据传输形式数据传输形式 测控系统中多采用时分制（测控系统中多采用时分制（TDMA），分为如下两），分为如下两种形式：种形式：1. 基带传输：是指按照数字形式的原样传输，要求信道基带传输：是指按照数字形式的原样传输，要求信道具有较宽的通频带，否则信号波形会发生畸变。基带传具有较宽的通频带，否则信号波形会发生畸变。基带传输不需要调制解调器，设备简单。输不需要调制解调器，设备简单。2. 频带传输：采用调制解调技术传输信号。频带传输：采用调制解调技术传输信号。常用的有：调幅（常用的有：调幅（PAM）、调频（）、调频（PFM）、调相）、调相（PPM）具有调制解调功能的装置称

6、之为：具有调制解调功能的装置称之为：MODEM。 7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥67.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制 降低出错率的方法有两种，（降低出错率的方法有两种，（1）改善信道的电气性能；（）改善信道的电气性能；（2）增加差错控制手段。增加差错控制手段。 差错控制包括：纠错技术和检错技术差错控制包括：纠错技术和检错技术纠错技术纠错技术（1）重发纠错：接收端根据约定的方法判断传输是否有错误，并）重发纠错：接收端根据约定的方法判断传输是否有错误，并将信息反馈给发送端，若传输有错，发送端再次发送，直至将信息反馈给发送端，若传输有错，发送端再次发送，直至接收

7、端接收到正确数据。接收端接收到正确数据。（2）自动纠错：发送端发送能够纠错的信息码，接收端发现错误）自动纠错：发送端发送能够纠错的信息码，接收端发现错误后自动纠错。但是纠错能力有限。后自动纠错。但是纠错能力有限。（3）混合纠错）混合纠错： （1）与（）与（2）混合使用，先自动纠错，超出自）混合使用，先自动纠错，超出自动纠错能力后，要求发送端重新发送数据。动纠错能力后，要求发送端重新发送数据。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥77.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制 降低出错率的方法有两种，（降低出错率的方法有两种，（1）改善信道的电气性能；（）改善信道的电气性能；

8、（2）增加差错控制手段，差错控制包括：纠错技术和检错技术。增加差错控制手段，差错控制包括：纠错技术和检错技术。2. 检错技术检错技术（1）奇偶校验：奇校验、偶校验）奇偶校验：奇校验、偶校验 给一个给一个n比特数据附加一位（第比特数据附加一位（第n+1位位奇偶校验位）来进奇偶校验位）来进行奇偶校验。行奇偶校验。选择奇偶校验位为选择奇偶校验位为“0”或者为或者为“1”，使得：，使得：奇校验：奇校验：n+1位数中位数中“1”的个数为奇数；的个数为奇数；偶校验：偶校验：n+1位数中位数中“1”的个数为偶数。的个数为偶数。例如：例如：8位数据位数据“1010 0111”奇校验：奇校验：“0”1010 0

9、111（同或）（同或）;偶校验：偶校验：“1”1010 0111（异或）（异或）问题：错两位怎么办？7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥87.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制 降低出错率的方法有两种，（降低出错率的方法有两种，（1）改善信道的电气性能；（）改善信道的电气性能；（2）增加差错控制手段。增加差错控制手段。 差错控制包括：纠错技术和检错技术差错控制包括：纠错技术和检错技术2. 检错技术检错技术（2）累加和校验和垂直异或校验：）累加和校验和垂直异或校验： 奇偶校验大多用于单字节，对于多字节传输，可以考虑使用奇偶校验大多用于单字节，对于多字节传输，可以考虑使

10、用“本方法本方法”，比传输数据多一个字节。，比传输数据多一个字节。累加和：累加和：DATA(n+1)=DATA(0)+DATA(1)+DATA(2)+DATA(n)垂直异或：垂直异或：DATA(n+1)=DATA(0) xor DATA(1) xorxor DATA(n)7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥97.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制 降低出错率的方法有两种，（降低出错率的方法有两种，（1）改善信道的电气性能；（）改善信道的电气性能；（2）增加差错控制手段。增加差错控制手段。 差错控制包括：纠错技术和检错技术差错控制包括：纠错技术和检错技术2. 检错技术

11、检错技术（3）循环冗余校验（）循环冗余校验（CRC）： CRC是一类重要的线性分组码，编码和解码方法简单，检错和纠错能力强，在通信领域广泛地用于实现差错控制。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥107.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制2. 检错技术检错技术（3）循环冗余校验（）循环冗余校验（CRC），），也叫（N,K）码：1）基本原理： 在发送端根据要传送的K位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的R位监督码（CRC码），附在原始信息后边，构成一个新的二进制码序列数共K+R位，然后发送出去。在接收设备，根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中

12、是否出错。这个规则，在差错控制理论中称为“生成多项式”。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥117.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制2. 检错技术检错技术（3）循环冗余校验（）循环冗余校验（CRC）：2）校验码的具体生成过程为： 发送端在基本信息位发送的同时发送端的CRC校验位生成器自动生成CRC校验位（用基本信息位除以一个给定的多项式G(x)生成），一旦基本信息位发送完毕，就将CRC校验位紧接着发送出去。 假设发送信息用信息多项式C(X)表示，将C(x)左移R位，则可表示成C(x)*2的R次方，这样C(x)的右边就会空出R位，这就是校验码的位置。通过C(x)*2

13、的R次方除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥127.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制2. 检错技术检错技术（3）循环冗余校验（）循环冗余校验（CRC）：3）接收端检错过程为： 用接收到的信息除以生成多项式G(x)（与发送端相同），若余数为0，认为传输正确；否则，认为传输有错。原理框图7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥137.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制2. 检错技术检错技术（3）循环冗余校验（）循环冗余校验（CRC）：4）CRC多项式：a）CRC生成多项式G(x)： CRC生成多项式G

14、(x)由协议规定，目前已有如下多种生成式列入国际标准： 854121132161521612581(*8CRC)121161 1CRCG xxxxCRCG xxxxxxCRCG xxxxCRCCCITT G xxxx 位位CRC位CRC 322623221612111087542(*16CRCCRC-ITU)321CRCG xxxxxxxxxxxxxxx位，也称7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥147.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制2. 检错技术检错技术（3）循环冗余校验（）循环冗余校验（CRC）：4）CRC多项式：b）信息码对应的K(x)多项式与校验码对应的

15、R(x)多项式： 任何一个由二进制数位串组成的代码都可以和一个只含“0”和“1”两个系数的多项式建立一一对应关系。例如：代码“1011011”对应的多项式为：代码“110110”对应的多项式为：654321064311011011=1xxxxxxxxxxx 5432105421110110=xxxxxxxxxx 7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥157.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制2. 检错技术检错技术（3）循环冗余校验（）循环冗余校验（CRC）：4）CRC多项式：b）信息码对应的K(x)多项式与校验码对应的R(x)多项式： k位要发送的信息码对应一个k-1

16、次多项式K(x)，r位CRC校验码对应一个r-1次多项式R(x)。由信息码多项式K(x)产生CRC校验码R(x)的过程就是一个已知K(x)求R(x)的过程。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥167.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制2. 检错技术检错技术（3）循环冗余校验（）循环冗余校验（CRC）：4）CRC多项式：c）校验码R(x)与发送码T(x)的产生过程： 具体做法是，用一个事先约定的r次多项式G(x)去除以XrK(x)，把所得余式作为R(x)，由此而构成的n位(n=k+r)发送码所对应的n-1次多项式 。 rT xX K xR x7 测控网络与数字通信技术

17、授课教师：王 翥177.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控制差错控制2. 检错技术检错技术（3）循环冗余校验（）循环冗余校验（CRC）：4）CRC多项式：d）接收端的检错过程： 设：G(x)除以XrK(x)的商为Q(x)，则：进而得到： 。这里的“+”是逻辑异或，故： 。所以：所以，若传输无错，T(x)可以被G(x)整除。 rX K xG x Q xR x rT xX K xR xG x Q xR xR x rT xX K xR xG x Q xR xR xG x Q x 0R xR x7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥187.1 数字通信基础数字通信基础7.1.4 差错控

18、制差错控制2. 检错技术检错技术（3）循环冗余校验（）循环冗余校验（CRC）：4）CRC多项式：d）接收端的检错过程： 所以，接收端的检错过程就是用除以接收到的代码多项式来实现。若余式为零，传输无错；若余式不为零，则传输有错。例如： 742642632613108732,1/11/0K Xxxxx G xxxxR Xx K XG xxxxT Xx K XR xxxxxxxxT XG x则：得到：若接受无错，则：7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥197.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.1 基带传输基带传输 由计算机或终端产生的、未经调制的数字信号所固有的频带，由计算机或终端产生的

19、、未经调制的数字信号所固有的频带，简称基带。利用基带直接传输的方式叫做基带传输。简称基带。利用基带直接传输的方式叫做基带传输。 数字通信仲，一般用电脉冲代表二进制序列进行数据传输，数字通信仲，一般用电脉冲代表二进制序列进行数据传输，这些电脉冲如何表示二进制中的这些电脉冲如何表示二进制中的“0”与与“1”（即如何编码）？（即如何编码）？通常有三种方式：通常有三种方式：1. 不归零编码不归零编码NRZ（Non-Return Zero）特点：用不同的电平表示“0”或者“1”。分正逻辑与负逻辑。不足：缺乏同步能力，很难判断一位的结束与另一位的开始。对策：采取措施，保证发送时钟与接收时钟的同步。7 测控

20、网络与数字通信技术授课教师：王 翥207.2 数字信号的传输数字信号的传输7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥217.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.1 基带传输基带传输2. 曼彻斯特编码曼彻斯特编码特点：每一位电信号的中点（1/2周期位置）有一个电平跳变，它既用于定时，也代表数据信号。当电平信号由高变低时代表“0”，当电平信号有底变高时代表“1”。3. 微分曼彻斯特编码特点：每一位电信号的中点（1/2周期位置）有一个电平跳变，它用于定时，不代表数据信号。当每一位的边界有跳变时代表“0”，边界没有跳变时代表“1”。2与3方式中，时钟包含在数据流序列中，故也称之为自同步码。7 测控

21、网络与数字通信技术授课教师：王 翥227.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口1. EIA-232D(RS-232C) EIA-232D等同于RS-232C。 RS232接口是1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔实验室、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。 最初，该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。目前代替DB25的是DB9接口。RS是英文“推荐标准

22、”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥237.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口EIA-232D(RS-232C) RS-232既有电气标准又有物理标准既有电气标准又有物理标准 RS-232对连接器的机械特性及电气特性做了明确规定。对连接器的机械特性及电气特性做了明确规定。DB9连接器连接器 7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥247.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口EIA-232D(RS-232C) RS-232对连接器的机械特性及电气特性做了明确规定。对

23、连接器的机械特性及电气特性做了明确规定。DB9连接器连接器 917 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥257.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口1. EIA-232D(RS-232C)管脚编号管脚编号管脚定义管脚定义1DCD 载波检测2RXD 接收数据接收数据3TXD 发送数据发送数据4DTR 数据终端准备好5GND 信号地信号地6DSR 数据准备好7RTS 请求发送8CTS 允许发送9RI 振铃提示 DB9连接器管脚定义及连线图连接器管脚定义及连线图7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥267.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带

24、信号传输接口基带信号传输接口1. EIA-232D(RS-232C) RS-232接口电气特性接口电气特性采用负逻辑。采用负逻辑。逻辑逻辑“0”规定为：规定为：+5+15V；逻辑；逻辑“1”规定为：规定为：-5-15V。一般为一般为+/-12V。 信号速率：信号速率：20kbit/S 电缆长度：电缆长度：15m 与与TTL电平不兼容，需要采用电平不兼容，需要采用MAX232、SP232等转换。等转换。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥277.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口2. RS-485 RS-485是电气标准，物理接口形式不限是电气标准

25、，物理接口形式不限 采用差动传输方式，采用差动传输方式，不需要相对于某个参照点来检测信号，不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了系统只需检测两线之间的电位差就可以了。逻辑逻辑“0”规定两线间电位差为：规定两线间电位差为：-(26)V；逻辑逻辑“1”规定两线间电位差为：规定两线间电位差为：+(26)V 。 信号速率：信号速率：100kbit/S（100kbps） 电缆长度：电缆长度：1200m 中继点数量：中继点数量： 32个（具体数量要查使用的驱动器）个（具体数量要查使用的驱动器） 与与TTL电平不兼容，需要采用电平不兼容，需要采用MAX485、SP485等转换

26、。等转换。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥287.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口2. RS-485 需要注意事项： RS485接口组成的半双工网络，一般是两线制（双绞线）。(1)网络拓扑问题： RS-485接口支持总线式网络结构，不支持环形、树状结构。采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低，主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加，会造成信号质量下降。 有些网络连接尽管不正确，在短距离、低速率仍可能正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高，

27、其不良影响会越来越严重，7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥297.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口2. RS-485 需要注意事项： RS485接口组成的半双工网络，一般是两线制（双绞线）。(2)阻抗的连续性问题： 应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性：1）总线的不同区段采用了不同电缆；2）某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装；3）过长的分支线引出到总线。总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥307.2 数字信号的传输数字信号的传输7

28、.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口2. RS-485 需要注意事项： RS485接口组成的半双工网络，一般是两线制（双绞线）。(3)终端负载电阻问题： RS-485在总线电缆的开始和末端都并接终端电阻，一般取120，相当于电缆特性阻抗的电阻，因大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100120。还有一种采用二极管的匹配方法，这种方案虽未实现真正的“匹配”，但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的，节能效果显著。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥317.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口2. RS-485 电路图：电路图

29、：1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:19-Feb-2014Sheet of File:D:wangzhuDesktop 2014春教学任务可删参考课件060708硬件设计可删.DdbDrawn By:RO1RE2VDD8B7A6GND5DE3DI4USP485E123JCON3C1C2R2R3R1D2P6KE6.8CAD3P6KE6.8CAD1P6KE6.8CAVCC7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥327.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口2. RS-485RS232与与RS485转换

30、接口实物图转换接口实物图7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥337.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口3. USB 串行通信总线的简称。串行通信总线的简称。USB1.112Mbit/SUSB1.112Mbit/S19981998年公布标准年公布标准USB2.0480Mbit/SUSB2.0480Mbit/S20002000年公布标准年公布标准USB3.03Gbit/SUSB3.03Gbit/S20082008年公布标准年公布标准7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥347.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口3. USB特点：特点： 具有即插即用和具有即插即用和热插拔热插拔功能功能 携带方便携带方便 标准统一标准统一 传输距离：几十米以内传输距离：几十米以内 可从计算机可从计算机“窃电窃电” 可连接可连接127127个个外设外设，如鼠标和键盘等。，如鼠标和键盘等。7 测控网络与数字通信技术授课教师：王 翥357.2 数字信号的传输数字信号的传输7.2.2 基带信号传输接口基带信号传输接口3. USB接口及定义：接口及定义： PCPC接口（接口（A A型口）：型口）：4 4根线根线红色红色USBUSB电源电源 +5V/500mA+5V/500mA白色白色数据线（负）