微型计算机控制技术 教学课件 ppt 作者 黄勤 第5章_工控机的数据通信技术
75页1、第5章 工控机的数据通信技术,5.1 数据通信基础与技术 5.2 数据通信网络 5.3 网络协议,5.1 数据通信基础与技术,5.1.1 数据通信系统的基本组成 数据通信可以定义为信息从“源”(或称为发送方),通过某种传输通道,传递到“目的”(或称为接收方)的过程。数据通信系统结构如图5-1所示。,5.1.2 数据传输形式 微型计算机控制系统中的数据传输主要分为两种:基带传输(Baseband Transmission)和频带传输(Passband Transmission)。,基带传输是指按照数字信号波形的原样传输,而不用将数字信号转换成模拟信号,要求信道具有较宽的通频带。待传输的二进制数据通过线性编码变成相应的数字信号,传输通道上直接传递电脉冲信号,如图5-2所示。,基带传输不需要调制解调器,设备花费少,适用于短距离小范围的数据传输,分级分布式控制系统通常采用这种方式连接各级微机。,频带传输使用调制解调技术,发送方对待发送的二进制数据进行线性编码,将编码后的数字信号调制到一个更高频率的载波信号上,通信信道上传输的是调制后的模拟信号。接收方接收模拟信号后,通过解调从模拟信号中提取出数
2、字信息送至目的设备,频带传输结构示意图如图5-3所示。,通常把具有调制解调功能的装置称为MODEM。,载波信号通常为正弦波信号,正弦波有3个特性:幅值、频率和相位。调制就是根据数字信号改变载波信号的某个特性,因而有3种调制方法:幅值调制(ASK)、频率调制(FSK)和相位调制(PSK),图5-4显示了幅值调制的原理。,5.1.3 数据传输速率和误码率 数据传输速率(Data Transfer Rate, DTR)指单位时间内传输的数字化信息量。信息量的单位可以是比特,也可以是字节,时间单位可以是秒、分甚至小时等。 数据通信中,经常用每秒传输的二进制位个数(bit per second, bps)来衡量数据传输率。例如,internet的低速连接可能是33.6Kbps,局域网中以太网的数据传输率可以达到10Mbps,而网络交换器的数据传输率以Tbps为单位。,误码率(Bit Error Rate, BER)指一次传输过程中错误的二进制位与总位数的比率。计算公式为 ,其中N为传输的总位数, 为错误位数,通常以10的幂级来表示。例如误码率为310-6说明传输1,000,000个二进制位中有3
3、个错误位。,5.1.4 异步传输和同步传输 数据传输分为并行传输和串行传输两大类。数据通信中主要采用串行传输,串行传输指在两个设备之间只有一个通信信道,一次传输一位信息,一位接一位地发送数据信息,形成数据位流。 同步技术指数据通信系统中接收方辨认数据流的开始,可靠地读出发来的信息的方法,主要分为两大类:异步传输(Asynchronous Transmission)和同步传输(Synchronous Transmission)。,1异步传输(Asynchronous Transmission) 异步传输将数据位流划分为字节,每次传送一个字节(即8个二进制位),独立传输每个字节。 为了使接收方能够从数据位流中分辨出一个字节传输的开始和结束,在字节信息前面添加一位“开始位”(start bit),通常为逻辑0,而在字节信息后面添加一位或多位“结束位”(stop bit),通常为逻辑1,如图5-5所示。,因此异步传输中,要传输一个字节的信息,至少需要发送10个二进制位。,异步传输中,收发双方同样需要进行时钟同步。接收方收到开始位后,设置自己的内部时钟进行时钟同步,准备接收数据。 能够完成异步通
4、信的硬件称为“通用异步收发器”(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART)。,2同步传输(Synchronous Transmission) 同步传输一次可以传输多个字节的数据。每个数据帧由开始域、数据域和结束域组成,开始域和结束域通知接收方一次数据传输的开始和结束,数据域为传输的有效信息,最多可以是64KB,数据帧格式如图5-6所示。开始域是12个同步字符,用户可以自己选择同步字符。,同步传输中,收发双方使用同一个时钟信号,规定时钟信号的某个特定状态(如下降沿时),数据信号线上的信号有效。 时钟信号可以通过单独的信号线传递,称为“外部时钟同步”; 或者通过特定的编码方法,从数据信号中提取出时钟信号,称为“自同步”。 同步传输的主要优点是速度快,缺点是硬件实现比较复杂,在以太网、令牌环网等中采用了同步传输。能够完成同步通信的硬件称为“通用同步收发器”(Universal Synchronous Receiver/Transmitter, USRT)。,5.1.5 差错控制 差错控制包括检验错误和纠正错误,常用的3种纠错方式为重发
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