数据通信基础.docx

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1、据入出备 数输输设输制 传控器据信备数通设一信道一通信一据信名一CE数通设DC信制 通控器央理 中处器数据通信基础知识(1) 数据通信系统的基本构成(2) 计算机数据传输方式(3)波特率与数据传输率(4) DTE 与 DCE(5) RS-232c 标准(6) 物理信道的连接方式一、数据通信系统的基本构成数据通信是在相互连接的数字式设备间传送信息的过程。终端与计算机之间的通信或计算机与计算机之间的通信，通常称为数据通信。数据通信综合了计算机技术和通信技术。- 个数据通信系统的基本构成如图1所示。接口计算机系统数据终端设备接口DTEDTE数据电路数据链路图1数据通信系统的基本构成数据通信发送方称为

2、信源，接收方称为信宿。连接信源和信宿的通道称为通信信道，或 称通信线路。它可以是电缆、电话线、微波通道等。数据通信与电话通信不同，由于在通信过程中没有人直接参加，因此必须通过遵守相同 的传输控制规程(或通信协议规程)才可能使通信双方协调、可靠地工作。图1中的传输控 制器和通信控制器主要功能就是完成传输控制规程。数据电路加上传输控制规程就称为数据 链路。二、计算机的数据传输方式计算机的数据传输方式有两种。1、串行传输方式计算机的串行传输方式，是指两台设备之间的数据一位一位串行地传输。串行传输 的优点是适用于各种通信线路，而且适合做远距离传输。缺点是不如并行传输速度快。 2、并行传输方式计算机的数

3、据并行传输方式，就是八位数据位同时从一个设备传输到另一个设备。 串行通信的基本方式在数据以串行方式传输时，控制通信方式分为：同步通信方式与异步通信方式。1、同步通信方式要求通信双方以相同的速率进行，而且要准确地协调。它通过共享一 个单个时钟或定时脉冲源以保证发送方和接收方准确同步。其特点是允许连续发送一个字符 序列（而非单个字符），每个字符数据位数相同，没有起始位和停止位，效率高。2、异步通信方式不要求通信双方同步，发送方和接收方可以采用各自的时钟源。为了 能实现通信，双方必须都遵循异步通信协议。异步通信时以一个字符作为数据传输单位，发 送方传送字符的时间间隔不确定。每个字符传输都以起始位开始

4、，以停止位结束。通信双方 所指定的字符的数据位数、奇偶校验方法、停止位数必须相同。由此可见，由于每传送一个 字符还必须加入起始位和停止位，因而传输效率比同步通信方式低；但它对通信双方的同步 要求大大降低，因而成本也比同步通信方式低。三、波特率与数据传输率通常度量数据通信能力有以下两种方法：1 .波特率（又称调制速率）波特率指单位时间内线路状态变化的次数，反映了数据的调制信号波形变换的频繁程 度，单位是“波特”（baud）。2 .数据传输率数据传输率指单位时间内传送的信息量，以每秒内传送的二进制数据“1”和“0”的数 量表示，单位是“比特/秒”（b/s）。波特率与数据传输率两者相似但不等同。只有

5、当通过基波传输（零调制或空调制）时， 这两者速率数值才相同。当采用载波传输时，波特率与数据传输率之间具有如下关系：C=B log2n其中：C为数据传输率，B为波特率，n为调制信号数主线路状态数（2的倍数）。下图为波特率与数据传输率两者之间的关系示意图。对军机而言，波特率与数据传输 率数值相同。将波数据W12波特率数据传率关东示宜图U!、DTE与 DCE在数据通信系统中，用于发送和接收数据的设备称为数据终端设备（Date Terminal Equipment,简写为DTE）。DTE既可以是一台计算机，也可以是一台只接收数据的打印机。 用来连接DTE与数据通信网络的设备称为数据通信设备（Date

6、Communications Equipment, 简写为DCE）,或称为数据电路终接设备。DCE既可以是一个调制解调器，也可以是一个简 单的线路驱动器。五、RS-232C标准为了使不同制造厂家的设备能够互相兼容，美国电子工业协会（EIA）于1969年制订了 RS-232c标准。RS-232c标准常简称为RS-232,它与国际电报电话咨询委员会CCITT （现 已并入国际电信联盟ITU）制订的串行接口标准V.24“数据终端设备（DTE）和数据通信设 备（DCE）之间的接口电路定义表”基本相同。RS-232C标准涉及的是DTE与DCE之间的连接规定,包括两设备接口电路的机械特性、 信号线的功能描

7、述以及电信号特性。根据RS-232C标准规定，接口电路采用一对物理25芯D型连接器（简写为DB25）： DTE 设备应该有一个D型插头接口，DCE应该有一个D型插座接口。5. 1信号连接RS-232c标准定义的接口电路可以分为四类：地、数据、控制和定时。所有的电路名称 都是从DTE角度出发说明的，例如“发送数据”指数据由DTE向DCE发送，“接收数据” 指DTE从DCE接收数据。下图给出了 RS-232C DTE侧的DB25插头各管脚的信号定义。反向信道发送数据14发送时钟(DCE) 15反向信道接收数据16接收时钟(DCE) 17未定义18反向信道请求发送19 数据终端就绪20 信号质量检测

8、21振铃指示22数据速率选择23发送时钟(DTE) 24未定义25一 -1保护地2发送数据-O4 ZX.人，4/M3接收数据O-J J父1人3人J/R4请求发送O5清除发送-OO6数据设备就绪O7信号地/11=1 J8载波检测9保留1()保留11未定义-OO-12 反向信道载波检测-O13反向信道清除发送图1.3 RS-232针脚分配5. 2握手由上可知，DTE和DCE之间如果要实现双向通信，至少需要三条信号线：TxD使数据 从DTE到DCE； RxD使数据从DCE到DTE； SG为信号地。具体电路信号连线如下图所 Zj o图14最箭单的双向通俗但在实际中的许多情况下，发送设备一方需要知道接收

9、设备一方是否已经做好接收准 备。最典型的例子就是打印机与计算机之间的通信。由于打印机的打印速度远远低于计算机 的发送数据速度，因此为了能正确接收数据，打印机必须能够通知计算机暂停发送，采用的 方法就是使用握手信号。握手信号还常用于打印机没有打印纸、一台计算机向另一台计算机 发送数据而接收速度赶不上发送速度等情况。为此，必须使用握手信号，它提供了一种控制 数据流的方法，即接收设备可以控制发送设备的数据发送。同时也说明如果接收设备速度比 发送速度快，则握手信号可以略去。在异步串行通信中，这称之为握手(handshaking)或流量控制(flow control)。握手控 制可以具体分为硬件握手(硬

10、件流控)和软件握手(软件流控)。硬件握手是使用专门的握手电路去控制数据的传输。当接收设备准备好之后，就通过专 门的握手电路传送一个正电压给发送设备，指示发送设备发送数据。如果接收设备传送一个 负电压给发送设备，则指示发送设备停止发送数据。因此，为了构成硬件握手，还必须增加一条传送握手信号的电路。这样，为了完成数据 通信需要有三类电路：数据线，信号线，握手线。DTE 至U DCE为了控制DTE的发送数据、DCE使用DSR信号作为主握手信号去通知DTE它已做好 接收数据的准备。当通知DTE暂停发送数据时，置DSR无效。DCE还使用CTS信号作为第二握手信号（辅助握手信号）控制DTE设备。仅当这两条

11、 握手线都有效（高电平）时，DTE才发送数据。DCE 至IDTE为了控制DCE的发送数据，DTE使用DTR信号作为主握手信号去通知DCE它已做好 接收数据的准备。当通知DCE暂停发送数据时，置DTR无效。DTE还使用RTS信号作为第二握手信号（辅助握手信号）控制DCE设备。仅当这两条 握手线都有效（高电平）时，DCE才发送数据。双向通信如果双向通信中只使用主握手线，则共需耍五条信号线：TxD、RxD、DSR、DTR和SG。 如果还使用第二握手线，则共需要七条信号线。为了使DCE能向DTE提供更多的信息，通常还使用RI和DCD两条信号线。这样一个 完整的异步串行通信所必需的就是这9条信号线，如图

12、1.5所示。这9条信号线是最常用的，这就是个人计算机串口通常采用9针而不是25针接口的原 因。25针的接口是全RS-232c功能所必需的。)a 2Kxl) 3NIS .4CISIXsK6SG .7IM1)20FRl22用L5从“握f功能的双向通信软件握王的原理机制与硬件握手基本相同。不同的是握手信号是在数据线（TxD和RxD） 上进行传送的，而不是在专门握手线上传送。这是因为软件握手信号是由特殊字符组成的， 所以传送这些字符必须使用数据电路，而不是使用专门握手电路。这种方法常用在直接连接 或通过MODEM连接的两台计算机之间进行双向通信的场合。软件握手最常用的协议是XON/XOFF协议。该协议

13、主要解决通信双方处理速度不匹配 的问题，协议规定发送XOFF表示暂停发送数据，发送XON表示继续发送数据。如果要使发送设备停止发送数据，接收设备只需发送一个ASCII字符DC3 （十进制19, 十六进制13）给发送设备，该字符称为XOFF字符。如果要恢复发送设备继续发送数据，则接收设备只需发送一个ASCII字符DC1 （十进制 17,十六进制11）给发送设备，该字符称为XON字符。在实际应用中，常使用一个数据接收缓冲器。当接收缓冲器将上溢（装满）时，接收设 备发送一个XOFF给发送设备；当接收缓冲器将下溢（快空）时，则向发送设备发送一个 XON字符。显而易见，软件握手有一个明显的缺点：DCE设

14、备不能传递XON和XOFF字符。这就 是说，当用户试图传递含有XOFF字符的数据流时，DCE将出现“冻结”，即DCE将停止 向DTE发送数据。因而在一般情况下DTE与DCE之间不采用软件握手。为了综合硬件握手和软件握手的好处，可以采用硬件和软件相结合的握手控制。假设 DTE设备为计算机，DCE设备为MODEM,两台计算机之间通过MODEM经电话线连接。 则此时计算机与MODEM之间可采用硬件握手方式，而两台计算机之间可以使用软件握手 方式进行联系。5. 3微机的RS-232C接口个人计算机的RS-232c接口有多种叫法：RS-232 口、串口、通信口、COM 口、异步口 等。如前所述，PC机异

15、步I/O RS-232c信号线非常简化，删除RS-232c的25条信号线中没 有定义的和专用于同步传输的信号线，剩下的11条信号线就是在实际异步通信应用中所需 的信号线去除11条信号线中的“保护地”和“数据信号速率选择两条信号线，而简化为 9条信号线。其管脚排列如图1.6所示。载波检测接收数据发送数据 数据终端就绪 信号地六、物理信道的连接方式在数据通信系统中，终端设备和计算机之间需要通信媒介连接起来，这称做 物理信道。物理信道有三种连接方式：1、点一点连接：终端与计算机间通过直接连接或通过调制解调器，用线路进行连接，可以是 拨号线路，也可以是专线。在数据通信量比较大时应采用这种方式，如图1。

16、图12、多点式连接：为了提高物理信道的利用率，终端与计算机间通信量不大时，可采用多点连 接方式，即几个终端通过一条公用线路与计算机相连，如图2所示。在该方式下, 计算机做为主站，终端作为从站，计算机控制信息的收和发，终端不能随意发送 信息，否则将引起信号冲突。图23、集中式连接：可先将终端连接到多路复用器当终端要求与计算机通信时，为了节约信道, 或集中器上，集中器与计算机相连，如图3。图3根据所允许的传输方向，数据通信方式可分成以下三种：1、单工通信：数据只能沿一个固定方向传输，即传输是单向的。2、半双工通信：允许数据沿两个方向传输，但在每一时刻信息只能在一个方 向传输。3、双工通信：允许信息同时沿两个方向传输，这是计算机通信常用的方式，可大大提 高传输速率。