【正文】 計(jì)算機(jī)控制工程計(jì)算機(jī)控制工程第二章 數(shù)據(jù)通信技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù)4 數(shù)據(jù)通信技術(shù)3 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)1 數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)2 電話系統(tǒng)示例5計(jì)算機(jī)控制工程信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)一第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)通信是控制系統(tǒng)基礎(chǔ)，目的是交換信息。信息（ Information） : 載體是數(shù)字、文字、語音、圖形和圖像，計(jì)算機(jī)終端產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、符號(hào)的組合。數(shù)據(jù) （ Data） ： 為傳送信息，首先要將每一個(gè)字母、數(shù)字或符號(hào)用二進(jìn)制表示。被傳輸?shù)倪M(jìn)位制代碼稱為數(shù)據(jù)（ Data)（ 如何表示問題 ？）信號(hào)（ Signal） ： 數(shù)據(jù)在傳輸過程中電磁波、光波等表示形式。有數(shù)字和模擬信號(hào)兩種表示。 (如何傳輸 )計(jì)算機(jī)控制工程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為中心，用通信線與分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來，執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。由 主計(jì)算機(jī)、終端設(shè)備、通信線路和信號(hào)變換器 組成。計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)信號(hào)變換器信號(hào)變換器通信線路計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)信號(hào)變換器 ：計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備產(chǎn)生交換信息多為二進(jìn)制代碼信息，表現(xiàn)為系列脈沖信號(hào)。通信線路多采用電話線，在遠(yuǎn)距離傳輸中采用模擬交流信號(hào)。數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間轉(zhuǎn)換需要信號(hào)變換器。數(shù)字信號(hào) 模擬信號(hào)：調(diào)制器模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào)：解調(diào)器數(shù)據(jù)傳輸多是雙向的，任一端即可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接受數(shù)據(jù)，故通信線路兩端都應(yīng)有調(diào)制器和解調(diào)器，總稱調(diào)制解調(diào)器 MODEM。計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字通信系統(tǒng) :數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備 DCE：DTE： 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和終端設(shè)備。它們都是數(shù)據(jù)信息的源和目的地。 DTE能進(jìn)行一般數(shù)據(jù)輸入輸出外，還應(yīng)該有糾錯(cuò)控制功能；DCE： 通信線路上的設(shè)備如 MODEM和其它一些中間設(shè)備稱為數(shù)據(jù)通信設(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的總稱。計(jì)算機(jī)控制工程通信線路的連接方式第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)?點(diǎn)－點(diǎn)連接 ：終端和計(jì)算機(jī)之間直接通過調(diào)制解調(diào)器連接，連接的線路可以是專用線路或租用線路，適用通信量較大場合。終端 計(jì)算機(jī)MODEM MODEM計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)?分支式 ：通過主線路與計(jì)算機(jī)連接方式。計(jì)算機(jī)為控制站，負(fù)責(zé)對(duì)各終端信息進(jìn)行發(fā)送控制和接受控制。各終端為 從站 。控制站可采用輪詢方式對(duì)接受和發(fā)送進(jìn)行控制，該方式充分利用線路，線路利用率高。計(jì)算機(jī)MODEMMODEM終端MODEM終端………主線路計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)?集線式 ：當(dāng)多個(gè)終端設(shè)備都要與距離較遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)通信時(shí)，可把終端先經(jīng)過集中器集中起來，再用一頻帶較高線路與計(jì)算機(jī)連接計(jì)算機(jī) 終端…低速線路集中器終端計(jì)算機(jī)控制工程單向和雙向通信第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)?單向通信 ：通信線上的數(shù)據(jù)始終按一個(gè)方向創(chuàng)送，為保證數(shù)據(jù)傳送正確，接受端要對(duì)接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)出錯(cuò)，接受端請(qǐng)求重發(fā)原信息。請(qǐng)求重發(fā)信號(hào)是檢測(cè)信號(hào)，其方向與數(shù)據(jù)信息方向相反。這樣，單工通信的線路一般采用兩個(gè)信道，分別傳送數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，簡稱二線制。終端 計(jì)算機(jī)A 數(shù)據(jù)信號(hào) B檢測(cè)信號(hào)計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)?雙向不同時(shí)通信 ：數(shù)據(jù)信息可以雙向傳送，但同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單方向傳送，要求 A、 B兩端都有發(fā)送裝置和接受裝置。半雙工方式適用于終端之間回話式通信，但是由于通信中要頻繁調(diào)換信道方向，故效率低。K1發(fā)送裝 置接受裝置接受裝置發(fā)送裝置K2數(shù)據(jù)信道檢測(cè)信號(hào)計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)?雙向同時(shí)通信 ：數(shù)據(jù)信息能同時(shí)兩個(gè)方向進(jìn)行通信，即有兩個(gè)信道，可同時(shí)向兩個(gè)方向傳輸信息。它相當(dāng)于把兩個(gè)相反方向的單工通信方式組合起來，因此一般采用四線制。全雙工通信效率高，控制簡單，但組成系統(tǒng)造價(jià)高，適于計(jì)算機(jī)之間通信。發(fā)送裝置接受裝置接受裝置發(fā)送裝置數(shù)據(jù)信道監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)信道監(jiān)測(cè)信號(hào)計(jì)算機(jī)控制工程傅立葉分析數(shù)據(jù)通信理論基礎(chǔ)三第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)19世紀(jì)初期，法國數(shù)學(xué)家傅立葉證明：任何正常的周期為 T的函數(shù) g(t),都可以由無限個(gè)正弦和余弦函數(shù)合成：其中： 是基頻；是正弦和余弦函數(shù) n次諧波的振幅；計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)通過傅立葉級(jí)數(shù)可以重新合成原始函數(shù)，即已經(jīng)知道周期 T和振幅能夠得到時(shí)間函數(shù) g(t)。對(duì)于任意給定的 g(t)， 通過數(shù)學(xué)分析可得到：思考：傅立葉變換與數(shù)據(jù)通信的關(guān)系。計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)例 ： 傳輸 8比特字節(jié)編碼的 ASCII字符 “b”， 待傳輸?shù)奈荒Ｊ綖?01100010。01010 1 1 0 0 0解：對(duì)此信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換：Tt/us計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)同理：計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)低次諧波的幅度的平方根 物理意義：相應(yīng)頻率 nf處所傳輸?shù)哪芰砍烧取? 所有傳輸設(shè)備信號(hào)傳輸過程中都會(huì)損失能量，然而不同的傅立葉分量的衰減程度不同，因而輸出信號(hào)發(fā)生畸變。通常在截止頻率 fc（ Hz） 以上的所有諧波衰減極大。（傳輸介質(zhì)物理特性、濾波器）思考：如果帶寬僅允許最低幾次諧波通過，那么 接受信號(hào)將呈現(xiàn)什么樣的形狀？計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)變好計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)假設(shè)比特率為每秒 b?發(fā)送 8比特信息所需要的時(shí)間為： 8/b秒 ，?一次諧波的頻率為： b/8Hz，?普通語音級(jí)線路（電話線）截止頻率 3000Hz，?那么允許通過的最高諧波次數(shù)則為： 24000/b次結(jié)論：限制帶寬就是限制數(shù)據(jù)傳輸速率結(jié)論：限制帶寬就是限制數(shù)據(jù)傳輸速率計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)說明 （截止頻率 fc為 3000Hz）計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)奈奎斯特（ Nyquist） 定理（有限帶寬無噪聲信道）如果一個(gè)任意信號(hào)通過帶寬為 H的低通濾波器，那么每秒采樣 2H就能完整的重現(xiàn)被濾波的信號(hào)，以每秒高于 2H的速度采樣是無意義的。若被傳信號(hào)電平分為 V級(jí)，則最大數(shù)據(jù)傳輸率為：Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率提供了依據(jù)。例如：一個(gè)無噪音的3000Hz信道不能高于6000b/s的速率傳輸二進(jìn)制信號(hào)。V 最大數(shù)據(jù)率 (C) 2 6200 bps 4 12400 bps 8 18600 bps16 24800 bps32 31000 bps計(jì)算機(jī)控制工程第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)如果是非理想信道情況又會(huì)如何？216。 實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。216。 損耗引起信號(hào)強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比 S/N降低。216。 延遲會(huì)使接收端的信號(hào)產(chǎn)生畸變。216。 噪聲會(huì)破壞信號(hào)，產(chǎn)生誤碼。 如：持續(xù)時(shí)間 560個(gè)比特