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1、计算机通信与网络课件课件制作人：李众立本讲稿第一页，共三十八页课件制作人：李众立信道信道信道信道信号信号信号信号第二讲数据传输(通信基础)数据传输之一(信道技术）数据传输技术数据传输技术计算机通信接口技术计算机通信接口技术数据传输之三(复用技术）提高数据传输效益的相关技术提高数据传输效益的相关技术数据传输之二(信源技术）传输的数据变换传输的数据变换（关注多媒体通信（关注多媒体通信）本讲稿第二页，共三十八页课件制作人：李众立数据传输之一n一、通信系统组成一、通信系统组成n二、数据传输技术要点概览二、数据传输技术要点概览n1、传输介质及基本特性、传输介质及基本特性n2、传输的数据变换、传输的数据变

2、换n3、数据传输技术实现、数据传输技术实现n三、计算机通信接口技术三、计算机通信接口技术n（计算机通信技术基础）（计算机通信技术基础）n1，通信接口基本概念，通信接口基本概念n2、计算机通信接口技术、计算机通信接口技术本讲稿第三页，共三十八页课件制作人：李众立n如何利用传输介质是网络技术应用的一如何利用传输介质是网络技术应用的一个基本问题个基本问题n目前使用的传输介质有多种，它们在传输特性上存在着差别，因此，数据传输设备采用不同的信号变换技术信号变换技术，以取得满意的数据传输质量。（双绞线，ISM频道868/915，2.4G频道，RS232，RS485，ADSL技术，的利用与限制等），2、传输

3、的数据变换本讲稿第四页，共三十八页课件制作人：李众立2、传输的数据变换n模拟数据与数字数据，模拟信号和数字信号，现在主要是数字数据和数字信号。模拟数据模拟信号放大器调制器数字数据数字信号 数字发送器模拟数据数字信号 PCM编码器数字数据模拟信号调制器讨论：现在使用的四种数据变换的应用实例讨论：现在使用的四种数据变换的应用实例本讲稿第五页，共三十八页课件制作人：李众立两种信道通路：模拟信道和数字信道模拟信道传输的模拟信道传输的关键技术是调制关键技术是调制（数字信号在模拟信道中的载波传输）(1)模拟传输系统模拟传输系统本讲稿第六页，共三十八页课件制作人：李众立几种最基本的调制方法n调制就是进行波形

4、变换（频谱变换）。n最基本的二元制调制方法有以下几种：n调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。n调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。n调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。(1)模拟传输系统模拟传输系统本讲稿第七页，共三十八页课件制作人：李众立对数字信号的几种调制方法010011100基带信号调幅调频调相(1)模拟传输系统模拟传输系统讨论：收音机的载波与检波原理讨论：收音机的载波与检波原理本讲稿第八页，共三十八页课件制作人：李众立几种新型数字调制方法几种新型数字调制方法nQAM正交振幅调制：正交振幅调制：在系统带宽一定的条件下，多进制调制系统的信息传输速率比二进制

5、调制系统高，即多进制调制系统的频带利用率高。但如果充分地利用整个信号矢量平面，即把幅度和相位联合起来调制，就可以在不减小最小距离的情况下，增加信号矢量的端点数目，这就是振幅相位键控(APK)本讲稿第九页，共三十八页课件制作人：李众立一种正交调制QAMnQAM(QuadratureAmplitudeModulation)r(r,)可供选择的相位有12种，而对于每一种相位有1或2种振幅可供选择。由于4bit编码共有16种不同的组合，因此这16个点中的每个点可对应于一种4bit的编码。若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。讨论：有线数字电视的信号调制特色分

6、析讨论：有线数字电视的信号调制特色分析本讲稿第十页，共三十八页课件制作人：李众立n无载波幅度相位调制无载波幅度相位调制CAP：CAP与QAM的区别在于抑制了不携带任何有用信息的载波，而且。正文载频的调制过程采用两个幅频特性相等、相位特性相差杠/2的横截型带通数字滤波器（Hilbert对）在数字域完成，两路数字信号相加后经DA变换输出，CAP优越于QAM的特点在于更多地使用了数字处理技术，易于大规模的数字集成，降低成本，此外，去除载波分量使得改变频谱的形态、中心频率、对称性等特征更加容易，仅需改变数字滤波器的抽头系数即可。几种新型数字调制方法几种新型数字调制方法讨论：现在使用的调制技术实例分析讨

7、论：现在使用的调制技术实例分析本讲稿第十一页，共三十八页课件制作人：李众立（2）、数字信号的基带传输n基带（直流和低频开始的信号，频谱结构复杂）数字数据的数字信号编码(p44)数字数据的数字信号编码的目标是：经过编码，使二进制“1”和“0”的特性有有利于传输利于传输，基带信号的码型原则：频谱中不含直流分量，码型有透不含直流分量，码型有透明性，易定位，编译码简单。明性，易定位，编译码简单。讨论：网卡送到双绞线上数据波形和讨论：网卡送到双绞线上数据波形和MODEM出口波形分析。出口波形分析。本讲稿第十二页，共三十八页课件制作人：李众立讨论：分析曼彻斯特编目原理与实现技术讨论：分析曼彻斯特编目原理与

8、实现技术本讲稿第十三页，共三十八页课件制作人：李众立数字信号的基带传输n基带传输系统中的扰码和解扰基带传输系统中的扰码和解扰在数字通信系统中常采用扰码技术。扰码的作用是在发送端将传送的数字码变换成“0”、“1”近似等概率、前后独立的随机码流，其目的是限制连“0”或连“1”的长度，从而有利于比特定时信息的提取。使信号频谱扩散并保持相对稳定，可以避免或减轻某些周期性基带信号由于具有较强的离散线谱而造成的对其他系统的干扰。在接收端进行扰乱的逆过程，还原原始数据本讲稿第十四页，共三十八页课件制作人：李众立（2）、数字信号的基带传输n使用数字信号来对模拟数据进行编码的典型实例是：在程控电话交换设备的用户

9、接口电路上，采用脉冲编码调制(PCM)脉冲编码调制采样周期Tt信号t采样1001001111000010t编码t解码t还原讨论：计算一路语音讨论：计算一路语音PCM码传输频率。码传输频率。本讲稿第十五页，共三十八页课件制作人：李众立（2）、数字信号的基带传输n数字信号的基带传输在近距离通数字信号的基带传输在近距离通信组网中有广泛的应用前景，但信组网中有广泛的应用前景，但速度与距离是瓶颈。速度与距离是瓶颈。本讲稿第十六页，共三十八页课件制作人：李众立3、数据传输技术实现、数据传输技术实现本讲稿第十七页，共三十八页课件制作人：李众立数字通信实验系统数字通信实验系统 特色功能特色功能:提供数字、模拟

10、两个提供数字、模拟两个传传 输通道输通道.提供多功能实验信源，提供多功能实验信源，提供有线、无线两种传提供有线、无线两种传输介质端口，输介质端口，提供电子线路与计算提供电子线路与计算机两种实验模式。机两种实验模式。本讲稿第十八页，共三十八页课件制作人：李众立 实验系统的技术方案实验系统的技术方案单工话音基带传输设计（数字信号的基带传输数字信号的基带传输）为实现话音信号的长距离传输，为实现话音信号的长距离传输，CVSD之后要进行之后要进行HDB3变换（三阶高变换（三阶高密度双极性码）密度双极性码），将，将信源基带信源基带变换成适变换成适合于信道传输的合于信道传输的信道基带信号信道基带信号DM是继

11、是继PCM后的又一种模拟信号数字化方法，使用连续可变斜率增量调后的又一种模拟信号数字化方法，使用连续可变斜率增量调制制(CVSD)，以，以16 K bp、或、或32 K bp的数码率进行编码，收发无需位同的数码率进行编码，收发无需位同步时钟，编译码器结构简，得到广泛的应用。为实现话音信号的长距离传步时钟，编译码器结构简，得到广泛的应用。为实现话音信号的长距离传输输 讨论：讨论：HDB3变换的原理与应用变换的原理与应用#本讲稿第十九页，共三十八页课件制作人：李众立 实验系统的技术方案实验系统的技术方案基于基于MODEMMODEM实现多机主从式通信技术实现多机主从式通信技术 MSM7512BRS是

12、日本是日本OKI公司生产的公司生产的FSK调调制解调器，该器件符合制解调器，该器件符合ITU-TV.23规则，采用规则，采用半双工的工作方式，波半双工的工作方式，波特率为特率为1200 kb/s;具有具有75 kb/s波特率的反向波特率的反向传输通道。传输通道。讨论：在实验方案中讨论：在实验方案中要使用电话线要使用电话线远距离通信，远距离通信，需要怎样的软硬件补需要怎样的软硬件补充充#本讲稿第二十页，共三十八页课件制作人：李众立 实验系统的技术方案实验系统的技术方案基于语音录放芯片的信源设计基于语音录放芯片的信源设计讨论：提出性价比更好讨论：提出性价比更好信源方案信源方案本讲稿第二十一页，共三

13、十八页课件制作人：李众立nDTE：数据终端设备，有数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。nDCE：数据电路端接设备，在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码，负责数据链路的连接。三、计算机通信接口技术三、计算机通信接口技术 DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施用户环境1，通信接口基本概念，通信接口基本概念本讲稿第二十二页，共三十八页课件制作人：李众立（1）、计算机的通信接口基础回顾）、计算机的通信接口基础回顾 计算机通信接口涉及两个最基本的问题，计算机通信接口涉及两个最基本的问题，一是一是计算机如何与其他设备连接（通信接口要

14、求）二是计算计算机如何与其他设备连接（通信接口要求）二是计算机进行信息交换（数据与协议）机进行信息交换（数据与协议）2、计算机通信接口技术计算机通信接口技术 1）异步串行通信接口）异步串行通信接口 将构成信息的将构成信息的字符字符转换为二进制数据位，按照设定转换为二进制数据位，按照设定频率，顺序逐位传输的通信方式频率，顺序逐位传输的通信方式 （串行通信有两种基本通信方式，即异步通信和（串行通信有两种基本通信方式，即异步通信和同步通信同步通信，思考同步通信同步通信）本讲稿第二十三页，共三十八页课件制作人：李众立n接口电平转换：异步串行通信接口异步串行通信接口数据格式，波特率数据格式，波特率讨论：

15、讨论：异步串行通信的数据、异步串行通信的数据、波形编码分析。波形编码分析。本讲稿第二十四页，共三十八页课件制作人：李众立异步通信接口原理与应用异步通信接口原理与应用设置数据格式，波特率，（寄存器设置），设置数据格式，波特率，（寄存器设置），接收：读状态标志，读接收缓冲器，存放数据接收：读状态标志，读接收缓冲器，存放数据发送：读状态标志（空），取数据，写发送缓冲器，发送：读状态标志（空），取数据，写发送缓冲器，讨论：讨论：PC机，高级片机的机，高级片机的异步通信接口的新功能异步通信接口的新功能。本讲稿第二十五页，共三十八页课件制作人：李众立（1）、计算机的通信接口基础回顾）、计算机的通信接口基础

16、回顾2）、远距离串行通信接口标准远距离串行通信接口标准RS4222、计算机通信接口技术、计算机通信接口技术 一种平衡通信接口，将传输速率提高到一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/S，最大距离可，最大距离可达达1200M。一条平衡线上最多可连接。一条平衡线上最多可连接10个接收器。个接收器。电路由发送器、平衡电缆、负载电阻、接收器几部分组成。每个通电路由发送器、平衡电缆、负载电阻、接收器几部分组成。每个通道用两条线，定义为道用两条线，定义为A、B，AA与与BB对应相连，收发两端之间有大于对应相连，收发两端之间有大于200MV的电平时，输出正逻辑电平的电平时，输出正逻辑电平1。该标准输出的

17、电压范围为正。该标准输出的电压范围为正负负2-6V，本讲稿第二十六页，共三十八页课件制作人：李众立2）、远距离串行通信接口标准远距离串行通信接口标准nEIA在在RS422的基础上制定了的基础上制定了RS485标准，用以扩展串行异标准，用以扩展串行异步通信的应用范围。在步通信的应用范围。在RS485规范中，增加了多点、双向通规范中，增加了多点、双向通信以及抗共模干扰等能力。信以及抗共模干扰等能力。nRS485可采用二线或四线连接。二线连接能实现主从多点双向通可采用二线或四线连接。二线连接能实现主从多点双向通信。四线与信。四线与RS422一样，能实现一对多点的通信，总线上一样，能实现一对多点的通信

18、，总线上可连接多达可连接多达32个设备。个设备。nRS485最大传输速率为最大传输速率为10Mb/S，当波特率为，当波特率为1200b/S时，最时，最大传输可达大传输可达15KM，平衡双绞线的长度与传输速率成反比。，平衡双绞线的长度与传输速率成反比。nRS485需要两个终接电阻，接在传输总线的两端，其阻值要需要两个终接电阻，接在传输总线的两端，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。一般在求等于传输电缆的特性阻抗。一般在300M以下不需终接电以下不需终接电阻。阻。n通信网络接口中通信网络接口中V，X系列使用平衡通信接口，系列使用平衡通信接口，P60RS485本讲稿第二十七页，共三十八页课件制作人：李

19、众立(2)、网络接口（以太网）、网络接口（以太网）n网络接口也称网卡。由网络接口控制器、网络接口芯片、收发器接口网络接口也称网卡。由网络接口控制器、网络接口芯片、收发器接口以及隔离电路组成。网络接口控制器以及隔离电路组成。网络接口控制器NIC是核心部件，主要功能是接收是核心部件，主要功能是接收和发送数据流。数据流是以帧进行封装。收发器接口和隔离电路组成和发送数据流。数据流是以帧进行封装。收发器接口和隔离电路组成了一个调制解调器，用于在网络电缆上传送、接收调制、解调数据流了一个调制解调器，用于在网络电缆上传送、接收调制、解调数据流信号。信号。网络接口控制器网络接口控制器NIC实现实现IEEE80

20、2。3 的的MAC层功能，内部有双层功能，内部有双DMA通道通道FIFO 电路，电路，发送、并串转换模块。它把发送、并串转换模块。它把FIFO中的并行数据转换成串行数据中的并行数据转换成串行数据并发送出去。同时，也把串行数据送往并发送出去。同时，也把串行数据送往CRC校验模块，产生校验校验模块，产生校验码并发送码并发送。1）、）、网卡网卡 原理原理本讲稿第二十八页，共三十八页课件制作人：李众立n在嵌入式系统中加在嵌入式系统中加RTL8019（8029）芯片构成网络接口，是根据）芯片构成网络接口，是根据802.3的的MAC层层(媒体访问控制媒体访问控制)设计的以太网设计的以太网NIC。具有接收与

21、发送。具有接收与发送物理介质上的串行数据的功能，具备物理介质上的串行数据的功能，具备MAC层的控制功能。其内部层的控制功能。其内部的协议逻辑阵列能够实现的协议逻辑阵列能够实现SMA/CD协议，装、拆帧协议，装、拆帧(加、去帧头加、去帧头)，实，实现接收同步。采用这种方法成木非常低廉，不足的是软件设计现接收同步。采用这种方法成木非常低廉，不足的是软件设计比较复杂。比较复杂。(2)、网络接口（以太网）、网络接口（以太网）2 2）、基于芯片构成网络接口）、基于芯片构成网络接口本讲稿第二十九页，共三十八页课件制作人：李众立n3）、硬件协议栈芯片构成网络接口）、硬件协议栈芯片构成网络接口(2)、网络接口

22、（以太网）、网络接口（以太网）MCU多种接口的多种接口的W5100模块模块 硬件全部模块化结构，直接硬件全部模块化结构，直接RJ-45与与网络连接；网络连接；W5100外围电路优化设计，外围电路优化设计，MCU直接通过直接总线接口、间接直接通过直接总线接口、间接总线接口和总线接口和SPI总线选择连接总线选择连接支持硬件支持硬件TCP/IP协议：协议：TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,ARP,PPPoE,Ethernet；支持支持ADSL连接连接；4个独立的端口（个独立的端口（sockets）同时工作；内部）同时工作；内部16K字节存储器作字节存储器作TX/RX缓存；内嵌缓存；内嵌1

23、0BaseT/100BaseTX以太网物理层，支持自动应答（全双工以太网物理层，支持自动应答（全双工/半双工模式）；半双工模式）；支持自动极性变换（支持自动极性变换（MDI/MDIX）；）；讨论：介绍讨论：介绍W5100模块模块应用范例应用范例。本讲稿第三十页，共三十八页课件制作人：李众立(3)、新型接口、新型接口nUSB接口是一种通用的高速串行接口。特点是高速传输接口是一种通用的高速串行接口。特点是高速传输特性特性(具有低速、全速、高速；最快达具有低速、全速、高速；最快达480Mbps)和和热插拔，扩展性好热插拔，扩展性好(最多可以连接最多可以连接127个个USB设备设备)等等特点。特点。1

24、 1）、）、USBUSB通用串行总线接口通用串行总线接口CY7C68013CY7C68013属于属于CypressCypress公公司的一款司的一款USB2USB20 0芯片。是芯片。是一个带增强型一个带增强型MCS51MCS51内核和内核和USBUSB接口的单片机接口的单片机 本讲稿第三十一页，共三十八页课件制作人：李众立nUSB收发数据用差模输入输出驱动器，信号低输出状收发数据用差模输入输出驱动器，信号低输出状态，稳态输出值小于态，稳态输出值小于0.3V，且要承担，且要承担1.5K、3.6V的灌的灌电流；在信号的高输出状态，稳态输出值必须大于电流；在信号的高输出状态，稳态输出值必须大于2.

25、8V，且要承担且要承担1.5K到地的拉电流。到地的拉电流。n在传输数据时，驱动器的输出是两个相差在传输数据时，驱动器的输出是两个相差180度的信号，度的信号，即一个输出为高电平时，另一个则为低电平。接收器检即一个输出为高电平时，另一个则为低电平。接收器检测到两条线之间的电压差，当测到两条线之间的电压差，当D+比比D-高时，高时，信号被定信号被定义为差模义为差模“1”，反之为差模反之为差模“0”；1 1）、）、USBUSB通用串行总线接口通用串行总线接口本讲稿第三十二页，共三十八页课件制作人：李众立nUSB转转UART桥接芯片桥接芯片CP21011 1）、）、USBUSB通用串行总线接口通用串行

26、总线接口本讲稿第三十三页，共三十八页课件制作人：李众立一个USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE设备方式1）、）、USB通用串行总线接口通用串行总线接口USB接口芯片接口芯片CH374本讲稿第三十四页，共三十八页课件制作人：李众立1）、）、USB通用串行总线接口通用串行总线接口USB接口芯片接口芯片CH374 内置内置3 端口端口HUB 根集线器根集线器 支持低速和全速的控制传输、支持低速和全速的控制传输、批量传输、中断传输以及同步批量传输、中断传输以及同步/等时传输。等时传输。具有具有8 位数据总线和读、写、位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可

27、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机以方便地挂接到单片机/MCU等等系统总线上。系统总线上。还提供了节约还提供了节约I/O引脚的引脚的SPI串行通讯方式，通过串行通讯方式，通过3 线或者线或者4 线线SPI 串行接口以及中断输出串行接口以及中断输出与单片机与单片机/MCU 等相连接。等相连接。讨论：介绍讨论：介绍CH374模块模块应用范例应用范例。本讲稿第三十五页，共三十八页课件制作人：李众立2 2）、）、Camera LinkCamera Link接口接口nCameraLink是基于视频应用发展而来的通信接口是基于视频应用发展而来的通信接口nCameraLink将将28位位CMOS

28、/TTL信号转换为四条信号转换为四条Rs-644的的低压差分信号数据流。第五条链路并行传输锁相环和时低压差分信号数据流。第五条链路并行传输锁相环和时钟。传输时钟的每个周期，钟。传输时钟的每个周期，28位输入数据被采样和传输。位输入数据被采样和传输。ChannelLink接收器将数据流转换回接收器将数据流转换回28位的位的CMOS/TTL并并行数据。行数据。Channel Link驱动器芯片为驱动器芯片为DS90CR283。采用采用56脚脚TSSOP封装。其内部锁相环不需封装。其内部锁相环不需要外部组件，节省了要外部组件，节省了PCB板的空板的空间间 DS90CR283最高支持最高支持66MHz的的像素时钟像素时钟 本讲稿第三十六页，共三十八页课件制作人：李众立3 3）、）、IEEE1394IEEE1394接口接口nIEEE1394新标准高速的数据传送接口。传输速新标准高速的数据传送接口。传输速率率1。6G位。位。nIEEE1394同时支持同步和异步两种数据传输同时支持同步和异步两种数据传输方式。在异步传输方式下，信息的传送可以被方式。在异步传输方式下，信息的传送可以被中断；而在同步传输方式下，数据将在不受任中断；而在同步传输方式下，数据将在不受任何中断和干扰的情况何中断和干扰的情况本讲稿第三十七页，共三十八页课件制作人：李众立本讲稿第三十八页，共三十八页