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1、控制网络技术控制网络技术你现在浏览的是第一页，共109页本章主要内容 引言10.1 10.1 数据通信基数据通信基础础10.2 10.2 通信网通信网络络技技术术10.3 10.3 网网络络体系体系结结构构10.4 10.4 串行通信串行通信总线总线 本章小结本章小结 思考题思考题 你现在浏览的是第二页，共109页 随随着着计计算算机机、通通信信、网网络络、控控制制等等学学科科领领域域的的发发展展，控控制制网网络络技技术术日日益益为为人人们们所所关关注注。控控制制网网络络，即即网网络络化化的的控控制制系系统统，简简称称工工控控网网。正正是是借借助助于于计计算算机机网网络络，单单台台的的工工业业
2、控控制制计计算算机机被被连连成成多多处处理理器器结结构构，使使系系统统在在实实现现分分散散控控制制的的同同时时，还还能能够够达达到到集集中中监监视视、集集中中管管理理和和资资源源共共享享的目的。的目的。控控制制网网络络技技术术源源于于计计算算机机网网络络技技术术，因因此此，控控制制网网络络一一方方面面与与一一般般计计算算机机网网络络有有许许多多共共同同之之处处，另另一一方方面面又又具具有有其其特特殊殊的的可可靠靠性性高高、实实时时性性好好及及互互操操作作性性好好的的特点。特点。你现在浏览的是第三页，共109页10.1 数据通信基础数据通信基础 计计算算机机网网络络就就是是利利用用通通信信线线路
3、路和和通通信信设设备备，把把分分布布在在不不同同地地理理位位置置上上的的具具备备独独立立功功能能的的多多台台计计算算机机、终终端端及及其其附附属属设设备备连连接接起起来来的的一一种种网网络络。配配以以相相应应的的网网络络软软件件，使使网网络络用用户户能能够够共共享享网网络络中中的的硬硬件件、软软件件和数据等资源。和数据等资源。数数据据通通信信是是计计算算机机控控制制网网络络的的基基础础。因因此此，首首先先应应了了解解数据通信的基本概念。数据通信的基本概念。10.1.1 数据通信系统数据通信系统 1通信系统构成通信系统构成 计算机与计算机或设备之间的数据交换称为数据通信。计算机与计算机或设备之间
4、的数据交换称为数据通信。你现在浏览的是第四页，共109页 数数据据通通信信的的实实质质是是以以计计算算机机为为中中心心，通通过过某某些些通通信信线线路路与与设设备备，对对二二进进制制编编码码的的字字母母、数数字字、符符号号以以及及数数字字化化的的声声音音、图图象象信信息息进进行行的的传传输输、交交换换和和处处理理。一一个个数数据据通通信信系系统统主主要要由由以以下下五五部部分分组组成成，如如图图10-1所示。所示。图10-1 数据通信系统的构成 你现在浏览的是第五页，共109页（1）报报文文：报报文文即即需需要要传传送送的的数数据据，它它可可以以是是文文本本、数字、图像、声音等，或上述内容的组
5、合。数字、图像、声音等，或上述内容的组合。（2）发送设备：可以是计算机、工作站、电话机、摄像）发送设备：可以是计算机、工作站、电话机、摄像机等。机等。（3）接收设备：可以是计算机、工作站、电话机、电视）接收设备：可以是计算机、工作站、电话机、电视机等。机等。（4）传输介质：发送设备与接收设备之间的物理通）传输介质：发送设备与接收设备之间的物理通路，如双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等。路，如双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等。（5）通信协议：控制数据通信的一系列规则。发送）通信协议：控制数据通信的一系列规则。发送与接收设备都要按相同的通信协议工作，如同两个与接收设备都要按相同的通信协议工作，如
6、同两个谈话的人使用同一种语言一样。谈话的人使用同一种语言一样。你现在浏览的是第六页，共109页数据通信过程一般按以下步骤进行：数据通信过程一般按以下步骤进行：（1）数数据据打打包包。数数据据打打包包就就是是对对需需要要传传送送的的数数据据进进行行包包装装，形形成成数数据据包包或或报报文文。报报文文内内除除了了数数据据本本身身外外，还还有有报报头头、报报尾尾等等一一些些附附加加信信息息，如如报报文文说说明明、长长度度、校校验等。验等。（2）数数据据转转换换与与编编码码。数数据据转转换换与与编编码码就就是是对对报报文文作作适适当当变变换换，以以适适应应传传输输要要求求。如如串串行行通通信信中中的的
7、并并串串转转换换，0、1的的传传输输编编码码(归归零零编编码码、不不归归零零编编码码等等)、信号电平的选择，以及信号的调制形式等。信号电平的选择，以及信号的调制形式等。（3）数数据据传传输输。经经过过转转换换与与编编码码后后，将将代代表表报报文文的的信信号号(数数字字信信号号或或模模拟拟信信号号)放放到到传传输输介介质质上上，发发往往接接收收设备。设备。你现在浏览的是第七页，共109页（4）数数据据转转换换与与译译码码。接接收收设设备备将将接接收收到到的的信信号号经经转转换换与译码后，形成报文。与译码后，形成报文。（5）数数据据解解包包。接接收收设设备备根根据据数数据据打打包包时时的的协协议议
8、从从报报文文中去除附加信息，得到最终需要的数据。中去除附加信息，得到最终需要的数据。2数据通信方式数据通信方式 数据通信的基本传输方式有并行通信和串行通信两种。数据通信的基本传输方式有并行通信和串行通信两种。（1）并行通信）并行通信 并并行行通通信信是是指指所所传传送送数数据据的的各各位位同同时时发发送送或或接接收收。数数据据有有多少位，就要多少根传输线，如图多少位，就要多少根传输线，如图10-2(a)所示。所示。你现在浏览的是第八页，共109页 压力、位置、角度信号等。这就要求在实施控制压力、位置、角度信号等。这就要求在实施控制时，不仅要考虑信号的幅度，还要考虑到信号的极性。时，不仅要考虑信
9、号的幅度，还要考虑到信号的极性。为此，在对为此，在对A/D转换后的数据和转换后的数据和D/A转换前的数据进行转换前的数据进行处理前，必须根据数据的极性先进行预处理，才能保处理前，必须根据数据的极性先进行预处理，才能保证得到正确的结果。证得到正确的结果。系统中有的输入信号是单极性的，而输出信号则要求系统中有的输入信号是单极性的，而输出信号则要求是双极性的，如流量、压力等控制回路；有的则是要求输是双极性的，如流量、压力等控制回路；有的则是要求输入和输出信号都是双极性的，如位置、角度等控制回路。入和输出信号都是双极性的，如位置、角度等控制回路。下面就这两种情况分别加以讨论。下面就这两种情况分别加以讨
10、论。1输入、输出信号同为双极性输入、输出信号同为双极性 在输入、输出都是双极性信号的控制系统中，程序在输入、输出都是双极性信号的控制系统中，程序处理的输入和输出数据不仅反映信号幅度的大小，处理的输入和输出数据不仅反映信号幅度的大小，你现在浏览的是第九页，共109页 图图10-2并行通信与串行通信并行通信与串行通信 你现在浏览的是第十页，共109页计算机中表示数据的最基本单位是位计算机中表示数据的最基本单位是位(bit)，但为了处理的方，但为了处理的方便与快捷，往往将多个位一起使用，形成一个字便与快捷，往往将多个位一起使用，形成一个字(word)或或字节字节(byte)。并行通信时常以字节为单位
11、进行信号连接与数据。并行通信时常以字节为单位进行信号连接与数据传送，由于一个字节为传送，由于一个字节为8位位(8bit)，故最少需要，故最少需要8条数据线。条数据线。并行通信的特点是传送速度快，但由于连线较多致使成本并行通信的特点是传送速度快，但由于连线较多致使成本高，只适合于近距离计算机或设备之间的数据通信。如计高，只适合于近距离计算机或设备之间的数据通信。如计算机与打印机之间通常采用并行通信方式。另外，在过程算机与打印机之间通常采用并行通信方式。另外，在过程控制系统中，处于同一机柜内的主计算机控制系统中，处于同一机柜内的主计算机(上位机上位机)与通道与通道计算机计算机(下位机下位机)之间也
12、常用并行通信方式传送数据。之间也常用并行通信方式传送数据。（2）串行通信）串行通信 串行通信是指所传送数据的各位按顺序一位一位地发送或串行通信是指所传送数据的各位按顺序一位一位地发送或接收，如图接收，如图10-2 你现在浏览的是第十一页，共109页（b）所所示示。其其特特点点是是只只需需一一对对传传输输线线，适适合合于于长长距距离离传传输输，但但通通信信速速度度较较并并行行通通信信时时慢慢。随随着着通通信信技技术术的的发发展展，串串行行通通信信速速度度不不断断提提高高，使使得得计计算算机机网网络络通通信信普普遍遍采采用用串串行行通通信信方方式式。计计算算机机控控制制系系统统中中各各站站间间的的
13、数数据据传传递递及及与与信信息息管管理理系系统统间的数据交换都采用了串行通信方式。间的数据交换都采用了串行通信方式。波波特特率率（Baud Rate）是是串串行行通通信信中中的的一一个个重重要要的的指指标标。它它定定义义为为每每秒秒钟钟传传送送二二进进制制数数码码的的位位数数，单单位位是是位位每秒，用每秒，用bps、bit/s或或b/s表示。表示。在串行异步通信中，波特率为每秒传送的字符数与在串行异步通信中，波特率为每秒传送的字符数与每个字符位数的乘积。例如，如果每秒传送的速率为每个字符位数的乘积。例如，如果每秒传送的速率为120字符字符/s，而每个字符包含，而每个字符包含10位位(1个起始位
14、、个起始位、7个数据位个数据位、你现在浏览的是第十二页，共109页l位奇偶校验、位奇偶校验、l位停止位位停止位)，则波特率为：，则波特率为：120字符字符/s 10b/字符字符=1200bps现现在在异异步步通通信信的的波波特特率率可可达达100Mbps，当当采采用用光光纤纤作作为为传传输介质时，传输波特率更高。输介质时，传输波特率更高。3数据通信制式数据通信制式 按按通通信信线线路路上上信信息息传传送送方方向向与与时时间间的的关关系系，可可分分为为三三种种通通信信制制式式：单单工工通通信信、半半双双工工通通信信和和全全双双工工通通信信。如图如图10-3所示。所示。你现在浏览的是第十三页，共1
15、09页（1）单工制式）单工制式 在在单单工工制制式式下下，通通信信线线的的一一端端接接发发送送器器，另另一一端端接接接接收收器器，它它们们形形成成单单向向连连接接，只只允允许许数数据据按按照照一一个个固固定定的的方方向向传送。如图传送。如图10-3(a)所示，数据只能由甲站传送到乙站。所示，数据只能由甲站传送到乙站。（2）半双工制式）半双工制式 在在半半双双工工制制式式下下，系系统统中中的的两两个个站站都都由由一一个个发发送送器器和和一一个个接接收收器器组组成成，通通过过收收发发开开关关接接到到一一根根通通信信线线上上，如如图图10-3（b）所所示示。在在这这种种制制式式下下，数数据据能能从从
16、甲甲站站传传送送到到乙乙站站，也也能能从从乙乙站站传传送送到到甲甲站站，但但是是不不能能同同时时在在两两个个方方向向上上传传送送，只只能能交交替替的的发发送送和和接接收收。其其收收发发开开关关是是由由软软件件控控制制的的电电子子开关，通过半双工协议进行功能切换的。开关，通过半双工协议进行功能切换的。你现在浏览的是第十四页，共109页 图图10-3三种通信制式三种通信制式 动画链接动画链接你现在浏览的是第十五页，共109页 （3）全双工制式）全双工制式 在在全全双双工工制制式式下下，两两个个站站的的每每端端都都含含有有发发送送器器和和接接收收器器，通通过过两两条条通通信信线线可可以以同同时时传传
17、送送两两个个方方向向的的数数据据流流，而而不不是交替进行，如图是交替进行，如图10-3(c)所示所示10.1.2 数据传输编码数据传输编码 数数据据通通信信中中需需要要传传输输数数据据信信息息，而而信信息息必必须须转转换换为为数数字字的的或或模模拟拟的的信信号号后后才才能能通通过过通通信信线线路路传传送送，这这种种信信息息转转换换称称为为传传输输编编码码。它它有有多多种种方方式式，这这里里只只讨讨论论数数字字信信息息的的数数字字信信号号编码与数字信息的模拟信号编码两种。编码与数字信息的模拟信号编码两种。你现在浏览的是第十六页，共109页1数字信息的数字信号编码数字信息的数字信号编码 在在众众多
18、多数数字字信信息息的的数数字字信信号号编编码码方方法法中中，这这里里仅仅介介绍绍常常用用的的几几种种：单单极极性性编编码码方方法法、不不归归零零编编码码方方法法及及归归零零编编码码方方法法中中的的曼曼彻彻斯斯特特码码与与差差动动曼曼彻彻斯斯特特码码，如如图图10-4所示。所示。单单极极性性码码如如图图10-4(a)所所示示，它它是是编编码码中中最最简简单单、最最原原始始的的一一种种。单单极极性性码码用用一一种种电电平平代代表表“1”，用用另另一一种种电电平平代代表表“0”，而而且且通通常常其其中中的的一一种种电电平平(如如“0”对对应应的的电电平平)为为0V。但但由由于于单单极极性性码码具具有
19、有直直流流成成分分且且不不含含同同步步信信息，影响了单极性码的应用。息，影响了单极性码的应用。你现在浏览的是第十七页，共109页 双双极极性性码码如如图图10-4(b)所所示示，它它使使用用正正、负负两两种种电电平平，因因此此有有效效地地减减小小了了传传输输线线上上的的直直流流分分量量，但但不不归归零零码码仍仍然然没没有彻底解决信号同步问题。有彻底解决信号同步问题。归归零零编编码码如如图图10-4(c)所所示示，它它使使用用正正、负负、零零三三种种电电平平，信信号号在在数数据据位位的的中中间间发发生生变变化化。“正正”到到“零零”的的跳跳变变代代表表“1”，“负负”到到“零零”的的跳跳变变代代
20、表表“0”。归归零零码码较较好好地地解解决决了了信信号号同同步步问问题题，但但由由于于每每一一位位数数据据都都要要产产生生两两次次跳变，因此占用更多的带宽。跳变，因此占用更多的带宽。你现在浏览的是第十八页，共109页 曼曼彻彻斯斯特特码码如如图图10-4(d)所所示示，它它也也是是在在数数据据位位的的中中间间产产生生跳跳变变，用用该该跳跳变变的的方方向向表表示示数数值值。“负负”到到“正正”的的跳跳变变代代表表“1”，“正正”到到“负负”的的跳跳变变代代表表“0”。该该跳跳变变还还被被用用作作信信号号同同步步，即即编编码码数数据据中中自自带带时时钟钟信信息息，保保证证了了收收发发双双方方的的绝
21、绝对对同同步步。以以太太网网中中就就使使用用了了曼曼彻彻斯斯特码。特码。差差动动曼曼彻彻斯斯特特码码如如图图10-4(e)所所示示，它它用用数数据据位位中中间间的的跳跳变变携携带带同同步步信信息息，但但由由数数据据位位起起始始处处是是否否有有跳跳变变来来传传递递数数值值。有有跳跳变变表表示示“0”，无无跳跳变变表表示示“1”。令令牌牌环环网网中就使用了差动曼彻斯特码。中就使用了差动曼彻斯特码。图图10-4(f)、(g)分别表示接收端从编码数据中分离出分别表示接收端从编码数据中分离出的解码时钟与解码数据。的解码时钟与解码数据。你现在浏览的是第十九页，共109页 图图10-4数字信息的数字信号编码
22、数字信息的数字信号编码 你现在浏览的是第二十页，共109页2数字信息的模拟信号编码数字信息的模拟信号编码 数数字字信信号号传传送送时时要要求求传传输输线线的的频频带带很很宽宽，而而在在长长距距离离通通信信时时，通通常常是是用用电电话话线线进进行行传传送送的的，其其带带宽宽往往往往不不能能满满足足要要求求，这这时时会会产产生生信信号号的的畸畸变变，而而且且数数据据通通信信速速率率越高信号畸变越严重。越高信号畸变越严重。一种解决方案是采用数字信息的模拟信号转换技术一种解决方案是采用数字信息的模拟信号转换技术将数字信号传输变为模拟信号传输，称为信号调制。在将数字信号传输变为模拟信号传输，称为信号调制
23、。在数据接收端还要将模拟信号复原为数字信息，称为解调，数据接收端还要将模拟信号复原为数字信息，称为解调，如图如图10-5所示。完成调制与解调的装置称为调制解调器所示。完成调制与解调的装置称为调制解调器(MODEM)。你现在浏览的是第二十一页，共109页 图图10-5 调制与解调示意图调制与解调示意图 将数字信号调制为模拟信号有三种方式：调幅、调频与将数字信号调制为模拟信号有三种方式：调幅、调频与调相，如图调相，如图10-6所示。所示。图图10-6 三种调制信号三种调制信号 你现在浏览的是第二十二页，共109页 调调幅幅又又称称调调幅幅键键控控ASK（Amplitude Shift Keying
24、)，就就是是用用原原始始数数字字信信号号去去控控制制载载波波的的振振幅幅变变化化，这这种种调调制制是是利利用用数数字字信信号号的的1或或0去去接接通通或或断断开开连连续续的的载载波波。图图中中，正正常常幅幅度度的的正正弦弦波波表表示示1，幅幅度度为为0的的表表示示0。调调幅幅方方式式很很容容易易受受干干扰扰信信号号的的影影响响，因因此此仅仅用用于于非非常常低低速速的的信信号号传传输输，或或与与其其他他调调制制方式方式(如相位调制如相位调制)结合使用。结合使用。调频又称调频键控调频又称调频键控FSK（Frequency Shift Keying)，就是用原始数字信号去控制载波的频率变化，如用一种
25、频率就是用原始数字信号去控制载波的频率变化，如用一种频率的正弦波信号表示的正弦波信号表示1，而用另一种频率（通常为低频）的，而用另一种频率（通常为低频）的正弦波信号表示正弦波信号表示0。调频方式可以削弱干扰对信号的影响，。调频方式可以削弱干扰对信号的影响，但它占用较宽的频带，受传输介质制约较大。但它占用较宽的频带，受传输介质制约较大。你现在浏览的是第二十三页，共109页 调调相相又又称称调调相相键键控控PSK（Phase Shift Keying），就就是是用用原原始始数数字字信信号号去去控控制制载载波波的的相相位位变变化化，最最简简单单的的调调相相方方法法是是使使正正弦弦波波相相位位相相差差
26、180来来表表示示0和和1。图图中中，相相位位为为0的的正正弦弦波波信信号号表表示示1，相相位位为为180（反反相相）的的正正弦弦波波信信号号表表示示0，这这种种方方式式称称为为2-PSK方方式式。调调相相方方式式比比调调幅幅方方式式有有较较好好的的抗抗干干扰扰能能力力，比比调调频频方方式式节节省省带带宽宽，因因此此得得到到广广泛应用。泛应用。更复杂的调制称为正交调制更复杂的调制称为正交调制QAM，它是，它是ASK与与PSK的结合。的结合。QAM方式可以有效提高数字信号的传送速率，也方式可以有效提高数字信号的传送速率，也是目前是目前MODEM中普遍使用的方法。中普遍使用的方法。你现在浏览的是第
27、二十四页，共109页3基带传输与频带传输基带传输与频带传输 按按照照传传输输线线上上信信号号的的种种类类，数数据据通通信信可可以以分分为为基基带带传传输输与频带传输。与频带传输。所所谓谓基基带带，是是指指电电信信号号所所固固有有的的频频带带。所所谓谓基基带带传传输输，是是指指直直接接用用电电脉脉冲冲信信号号代代表表数数字字信信号号0或或1进进行行传传输输。基基带带传传输输的的优优点点是是安安装装、维维护护投投资资小小，但但存存在在信信息息传传送送容容量量小小，每每条传输线只可传送一路信号且传送距离短的缺点。条传输线只可传送一路信号且传送距离短的缺点。你现在浏览的是第二十五页，共109页 所所谓
28、谓频频带带传传输输是是指指用用基基带带信信号号对对载载波波信信号号调调制制后后进进行行传传输输。利利用用载载波波传传输输信信号号可可以以减减小小线线路路干干扰扰对对传传输输信信号号的的影影响响，实实现现远远距距离离传传输输。用用这这种种传传输输技技术术，可可以以在在一一条条通通信信线线路路上上，通通过过频频分分复复用用(FDM)将将其其划划分分为为几几个个信信道道，从从而而支支持持多多路路信信号号的的传传输输。频频带带传传输输的的安安装装维维护护费费用用较较基基带带传传输输时时高高，但但是是它它具具有有较较高高的的信信息息传传递递量量，且且可可覆覆盖较大的范围。盖较大的范围。10.1.3 多路
29、复用技术多路复用技术 所所谓谓多多路路复复用用技技术术是是指指把把多多路路独独立立信信号号在在一一条条信信道道上上进进行行传传输输的的技技术术，其其作作用用相相当当于于把把单单条条传传输输信信道道划划分分成成多多个个子子信信道道，以以实实现现网网络络中中若若干干节节点点共共享享通通信信信信道道的的目目的的，提提高高通通信信线线路路的的利利用用率率。通通常常的的多多路路复复用用技技术术主主要要有有两两种种：频分多路复用和时分多路复用。频分多路复用和时分多路复用。你现在浏览的是第二十六页，共109页1频分多路复用频分多路复用(FDM)频频分分多多路路复复用用技技术术是是将将单单个个物物理理信信道道
30、的的频频谱谱分分割割成成若若干干个个互互不不重重叠叠的的小小频频段段，每每个个小小频频段段都都可可以以看看作作是是一一个个子子信信道道,如如图图10-7所所示示。从从图图中中可可以以看看出出，每每个个小小频频段段是是互互不不重重叠叠的的，而而且且相相邻邻频频段段之之间间留留有有一一空空闲闲频频段段，以以保保证证数数据据在在各各自自频频段段上上可可靠靠地地传传输输。这这种种方方法法实实现现时时需需要要使使用用多多个个MODEM。采采用用多多路路复复用用技技术术时时，数数据据在在各各个个子子信信道道上上以以并并行行方方式式传传输输，也也就就是是说说，可可以以在在各各个个子子信信道道上上同同时时传传
31、输输不不同同的的信信号号。当当然然，也也可可以以将将一一个个符符号号的的各各位位在在不不同同的的信信道道上进行传输，相当于一个符号以并行方式进行传输。上进行传输，相当于一个符号以并行方式进行传输。你现在浏览的是第二十七页，共109页 图图10-7 物理信道的频谱分割图物理信道的频谱分割图 你现在浏览的是第二十八页，共109页 传传输输信信号号的的带带宽宽与与分分配配给给每每个个子子信信道道的的带带宽宽之之间间的的转转换换是是通通过过调调制制技技术术进进行行的的。从从图图10-8可可以以看看出出，一一个个频频率率多多路路复复用用系系统统是是由由若若干干个个并并行行通通路路组组成成的的，每每个个通
32、通路路均均有有调调制制器器与与相相应应的的滤滤波波器器组组成成，由由于于各各个个通通道道是是独独立立的的，所所以以，一一个个通通道道发发生生故故障障不不致致于于影影响响其其他他通通道道。终终端端的的输输出出首首先先进进入入一一个个低低通通滤滤波波器器，目目的的在在于于压压抑抑信信号号中中高高次次谐谐波波的的作作用用，然然后后再再进进入入调调制制器器。信信号号经经过过调调制制后后进进入入带带通通滤滤波波器器，带带通通滤滤波波器器的的作作用用在在于于防防止止各各个个相相邻邻子子信信道道间间发发生生干干扰扰现现象象。各各个个子子信信道道上上的的信信号号同同时时馈馈送送至至通通信信信信道道上上，从从而
33、而实实现现多多路路信信号号共共享享一一个个公公用用的的通通信信道之目的。信信道之目的。你现在浏览的是第二十九页，共109页 图图10-8 频分多路复用系统组成频分多路复用系统组成 你现在浏览的是第三十页，共109页2时分多路复用时分多路复用(TDM)时分多路复用技术是把信道的传输时间分隔成许多时分多路复用技术是把信道的传输时间分隔成许多时间段，在一个时间段内，一路信号占用整个信道的带时间段，在一个时间段内，一路信号占用整个信道的带宽进行传输，其原理如图宽进行传输，其原理如图10-9所示。信号的传输可以所示。信号的传输可以按比特、按符号或按成组方式进行。为了在接收端能按比特、按符号或按成组方式进
34、行。为了在接收端能够对复合信号进行正确的分离，接收端与发送端的时够对复合信号进行正确的分离，接收端与发送端的时序必须严格同步，否则将造成信号间的混淆。序必须严格同步，否则将造成信号间的混淆。图图10-9 时分多路复用系统原理图时分多路复用系统原理图 你现在浏览的是第三十一页，共109页3两种复用技术的比较两种复用技术的比较 （1）时时分分多多路路复复用用设设备备(简简称称TDM)比比频频分分多多路路复复用用设设备备(简简称称FDM)易于实易于实现现，而而且且随随着着大大规规模模集集成成电电路路的的发发展展，TDM的的价价格格会会有有明明显下降。显下降。（2）TDM较较FDM具具有有较较高高的的
35、传传输输速速度度。因因为为在在TDM中中，可可以充分利用信道的全部带宽。以充分利用信道的全部带宽。（3）在在TDM中中，只只需需要要一一个个MODEM就就可可以以了了；而而在在FDM中，每个通道均需要一个中，每个通道均需要一个MODEM。（4）在）在FDM中，通常需要模中，通常需要模/数转换设备；而在数转换设备；而在TDM中，由于具有明显的数字形式，因此特别适用于与中，由于具有明显的数字形式，因此特别适用于与计算机直接相连的系统。计算机直接相连的系统。号号你现在浏览的是第三十二页，共109页（5）TDM能能混混合合不不同同速速率率和和同同步步方方式式的的终终端端，能能适适应应新型数据通信网。新
36、型数据通信网。（6）在在进进行行数数据据传传输输的的差差错错控控制制和和校校正正操操作作时时，TDM比比FDM会产生较多的时间延迟。会产生较多的时间延迟。FDM技术在模拟通信系统中应用较多，在数字通信系统中技术在模拟通信系统中应用较多，在数字通信系统中应用较少。这是因为，在不同的调制解调器载波频带之间应应用较少。这是因为，在不同的调制解调器载波频带之间应有一定的间隔，以防止相互干扰，故使线路的利用率降低。有一定的间隔，以防止相互干扰，故使线路的利用率降低。另外由于超大规模集成电路技术的发展，研制另外由于超大规模集成电路技术的发展，研制TDM器件比器件比研制研制FDM器件容易，成本较低，故在数字
37、通信系统中，器件容易，成本较低，故在数字通信系统中，将主要采用将主要采用TDM技术。技术。你现在浏览的是第三十三页，共109页 采用多路复用技术有许多优点：一是成本较低；二是采用多路复用技术有许多优点：一是成本较低；二是时间延迟较少时间延迟较少(因为线路中用的缓冲部件较少因为线路中用的缓冲部件较少)；三是透明；三是透明性好，从主机或通信处理机到终端是透明的，用户并未感性好，从主机或通信处理机到终端是透明的，用户并未感到多路器的存在。其不足之处是采用多路器后，线路的带到多路器的存在。其不足之处是采用多路器后，线路的带宽和传送速率未能充分利用，另外对主机宽和传送速率未能充分利用，另外对主机I/O端
38、口的要求端口的要求并未减少。并未减少。10.1.4 通信同步技术通信同步技术 无论是并行通信，还是串行通信，数据都是按时间顺无论是并行通信，还是串行通信，数据都是按时间顺序传送出去的。为保证发送与接收过程正确无误，必须使序传送出去的。为保证发送与接收过程正确无误，必须使用同步技术，也就是使接收端和发送端在时间上取得一致。用同步技术，也就是使接收端和发送端在时间上取得一致。否则将会导致通信质量下降，甚至完全不能工作。否则将会导致通信质量下降，甚至完全不能工作。你现在浏览的是第三十四页，共109页1通过控制线实现收发双方同步通过控制线实现收发双方同步 所所谓谓并并行行同同步步通通信信方方式式，是是
39、指指在在并并行行通通信信中中通通过过控控制制线线实实现现收收发发双双方方同同步步的的。数数据据收收发发双双方方除除了了数数据据线线相相连连外外，还还有有若若干干控控制制信信号号线线，用用来来传传送送发发送送与与接接收收装装置置的的状状态态。对对于于图图10-2(a)所示并行通信连接方法，进行一次数据传送的过程如下：所示并行通信连接方法，进行一次数据传送的过程如下：（1）发送装置在发送前，首先检查接收装置的状态。）发送装置在发送前，首先检查接收装置的状态。（2）若接收装置处于非就绪状态，返回（）若接收装置处于非就绪状态，返回（1）继续等）继续等待；若接收装置处于就绪状态，表示可以接收数据，发待；
40、若接收装置处于就绪状态，表示可以接收数据，发送装置将数据放到数据线上，并发出控制信号，告诉接送装置将数据放到数据线上，并发出控制信号，告诉接收装置数据已准备好。收装置数据已准备好。你现在浏览的是第三十五页，共109页（3）接接收收装装置置收收到到控控制制信信号号后后，从从数数据据线线上上将将数数据据取取走走。取取数数据据过过程程中中，状状态态线线置置为为非非就就绪绪状状态态，取取数数完完成成后后，状态线重新处于就绪状态，等待下一次接收数据。状态线重新处于就绪状态，等待下一次接收数据。（4）发送装置将控制信号撤回，准备发送下一次数据。）发送装置将控制信号撤回，准备发送下一次数据。而而在在串串行行
41、通通信信中中，往往往往只只有有一一对对数数据据线线，没没有有控控制制信信号号线线。此此时时收收发发双双方方的的同同步步是是靠靠同同步步信信号号来来实实现现的的，而而且且一一对对传传输输线线同同时时完完成成传传送送数数据据与与同同步步信信号号双双重重任任务务。串串行行通通信信中中的的同同步步方方式式又又有有两两种种：一一种种是是启启停停同同步步方方式式，与与其其相相对对应应的的传传输输方方式式称称为为异异步步通通信信方方式式；另另一一种种是是自自同步方式，与其相对应的传输方式称为同步通信方式。同步方式，与其相对应的传输方式称为同步通信方式。你现在浏览的是第三十六页，共109页2串行异步通信串行异
42、步通信 串串 行行 异异 步步 通通 信信 ASYNC(Asynchronous Data Communication)是是一一个个字字符符一一个个字字符符地地按按帧帧传传送送数数据据的的方方式式，其其传传送送一一帧帧的的格格式式如如图图10-10所所示示。开开头头一一个个起起始始位位“0”，接接着着是是58位位数数据据位位，且且规规定定低低位位在在前前、高高位位在在后后，然然后后是是一一个个奇奇偶偶校校验验位位，最最后后加加上上一一个个停停止止位位“1”表表示示字字符符的的结结束束。若若数数据据没没有有准准备备好好则则以以空空闲闲字字符符“1”来填充，直到数据准备好形成下一帧。来填充，直到数
43、据准备好形成下一帧。图中说明，一帧信息包含图中说明，一帧信息包含1个起始位、个起始位、58个数据位、个数据位、1个奇偶校验位、个奇偶校验位、12个停止位。无信号传送时，为停止位个停止位。无信号传送时，为停止位(高电平高电平)状态，当出现起始位状态，当出现起始位(低电平低电平)时，表示数据传时，表示数据传送开始。因此停止位到起始位的电平转换，即为同步送开始。因此停止位到起始位的电平转换，即为同步信息。信息。你现在浏览的是第三十七页，共109页 动画链接动画链接你现在浏览的是第三十八页，共109页 进进行行异异步步通通信信时时，收收发发双双方方必必须须有有两两项项约约定定：一一是是帧帧信信息息格格
44、式式，即即字字符符的的编编码码形形式式、奇奇偶偶校校验验形形式式、起起始和停止位的格式等；二是传送速率。始和停止位的格式等；二是传送速率。串串行行异异步步通通信信在在向向外外发发送送字字符符时时，由由于于在在字字符符的的首首尾尾分分别别附附加加了了一一个个起起始始位位和和停停止止位位。因因此此，传传送送效效率率较低，传送速率较慢。较低，传送速率较慢。能能 够够 完完 成成 异异 步步 通通 信信 的的 硬硬 件件 称称 为为 UART(Universal Asynchronous ReceiverTransmitter)，典典型型的的UART接接口口电路芯片有电路芯片有Intel8250及及M
45、C6850等。等。你现在浏览的是第三十九页，共109页3串行同步通信串行同步通信串串行行同同步步通通信信SYNC(Synchronous Data Communication)是是一一种种连连续续传传送送数数据据块块的的方方式式，每每次次传传送送n个个字字节节的的数数据据块块。用用12个个同同步步字字符符表表示示数数据据传传送送的的开开始始，接接着着是是n个个字字节节的的数数据据块块，字字符符之之间间不不允允许许留留空空隙隙，当当没没有有字字符符可可发发送送时时，则则连连续发送同步字符，如图续发送同步字符，如图10-11所示。所示。你现在浏览的是第四十页，共109页 同同步步字字符符可可以以选
46、选择择一一个个特特殊殊的的8位位二二进进制制码码，如如01111110作作为为同同步步字字符符（称称单单同同步步字字符符），或或两两个个连连续续的的8位位二二进进制制码码作作为为同同步步字字符符（称称双双同同步步字字符符）。为为了了保保证证了了收收、发发双双方方同同步步，收收、发发双双方方必必须须使使用用相相同同的的同同步步字字符符，而而且且往往往往采采用用可可以以生生成成解解码码时时钟钟的的编编码码方方式。式。串串行行同同步步通通信信的的传传送送速速率率高高于于串串行行异异步步通通信信，且且传传送送的的数据块愈长，愈显示其优越性。数据块愈长，愈显示其优越性。能能 够够 完完 成成 同同 步步
47、 通通 信信 的的 硬硬 件件 称称 为为 USRT(Universal Synchronous ReceiverTransmitter)。既既能能够够完完成成异异步步通通信信，又又能能够够完完成成同同步步通通信信的的硬硬件件称称为为USART，典典型型的的USART接口电路芯片有接口电路芯片有intel8251等。等。你现在浏览的是第四十一页，共109页10.1.5 常用传输介质常用传输介质传传输输介介质质是是连连接接站站与与站站间间的的物物理理信信号号通通路路。目目前前使使用用的的传传输输介介质质主主要要有有3种种：双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆和和光光纤纤。表表10-1给给出出了这几种传
48、输介质主要性能的比较。了这几种传输介质主要性能的比较。表表10-1 传输介质主要性能比较传输介质主要性能比较类类型型项项目目 双绞线双绞线基带同轴电缆基带同轴电缆宽带同轴电缆宽带同轴电缆光纤光纤传输信号传输信号数字、模拟数字、模拟数数 字字数字、模拟数字、模拟模模 拟拟最大带宽最大带宽100k1MHz10M50MHz300M400MHz实际不受限制实际不受限制互连复杂性互连复杂性不复杂不复杂不太复杂不太复杂较复杂较复杂复杂复杂噪声抑制能力噪声抑制能力外层有屏蔽外层有屏蔽较好较好好好好好非常好非常好最大传输距离最大传输距离100m25km300km100km你现在浏览的是第四十二页，共109页1
49、0.2 通信网络技术通信网络技术 按按网网络络作作用用范范围围的的大大小小，计计算算机机网网络络可可以以分分成成两两大大类类。一一类类是是分分布布在在广广大大地地理理范范围围内内的的广广域域网网；另另一一类类为为分分布布在在一一定定区区域域内内的的局局域域网网。计计算算机机控控制制系系统统的的通通信信网网络络属属于于后后一一类类。决决定定局局域域网网特特性性的的要要素素有有：传传输输介质，拓扑结构和介质访问控制方法。介质，拓扑结构和介质访问控制方法。10.2.1 网络拓扑结构网络拓扑结构 在计算机网络中，抛开网络中的具体设备，将工在计算机网络中，抛开网络中的具体设备，将工作站、服务器等网络单元
50、抽象为作站、服务器等网络单元抽象为“点点”，将网络中的，将网络中的电缆等通信介质抽象为电缆等通信介质抽象为“线线”，这样从拓扑学，这样从拓扑学(Topology)的观点观察计算机通信网络系统，就形的观点观察计算机通信网络系统，就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系成了点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构。统的具体结构。你现在浏览的是第四十三页，共109页 因因此此，计计算算机机通通信信网网络络的的拓拓扑扑结结构构，是是指指网网络络中中的的各各台台计计算算机机以以及及设设备备之之间间相相互互连连接接的的方方式式。常常见见的的网网络络拓拓扑扑结结构构有有星星型型、环型和总