光纖通信畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

1、學(xué) 位 論 文基于光纖通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)作 者 姓 名： 學(xué) 科 專(zhuān) 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 完 成 日 期： 誠(chéng)信申明本人申明：本人所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于光纖通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)的所有材料是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立研究、寫(xiě)作、完成的成果，設(shè)計(jì)（論文）中所引用他人的無(wú)論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在設(shè)計(jì)（論文）中加以說(shuō)明；有關(guān)教師、同學(xué)和其他人員對(duì)我的設(shè)計(jì)（論文）的寫(xiě)作、修訂提出過(guò)并為我在設(shè)計(jì)（論文）中加以采納的意見(jiàn)、建議，均已在我的致謝辭中加以說(shuō)明并深致謝意。本設(shè)計(jì)（論文）和資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。特此申明。本人簽名： 年 月

2、日基于光纖通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)摘要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光纖通信技術(shù)各自的進(jìn)步，以及社會(huì)對(duì)于將計(jì)算機(jī)結(jié)成網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)資源共享的要求日益增長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與光纖通信技術(shù)也已緊密地結(jié)合起來(lái)，成為了社會(huì)的強(qiáng)大物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)?，F(xiàn)代社會(huì)，計(jì)算機(jī)光纖通信已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用到了社區(qū)及辦公局域網(wǎng)中。光纖通信系統(tǒng)最重要的部分是光發(fā)射機(jī)、信道和光接受機(jī)三個(gè)模塊。串口通信的關(guān)鍵是電路和通信協(xié)議。在實(shí)驗(yàn)室條件下，雖然串口的通信速度不高，但是用作實(shí)驗(yàn)研究計(jì)算機(jī)之間的光纖通信的工具已經(jīng)足夠。因此，本設(shè)計(jì)選定串口作為通信口，設(shè)計(jì)了光線通信系統(tǒng)的部分重要電路，并著重編寫(xiě)了一個(gè)用來(lái)調(diào)試和監(jiān)控串口工作狀態(tài)的串口調(diào)試工具。最后在實(shí)

3、際的實(shí)驗(yàn)電路中驗(yàn)證了系統(tǒng)的合理性。關(guān)鍵詞：光纖通信技術(shù)，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，接口技術(shù)，RS-232The realization of computer data exchange based on optical fiber communication experimental platformABSTRACTWith the development of Computer Technology and Optical-fiber Communication Technology and the great need of computer net working and sharing res

4、ources, these two techs have dynamically combined together and become the vital material fundamental of the society. In modern times, computer-optical-fiber communication is widely applied into the local area network of communities and offices.The most important modules of an Optical-fiber Communica

5、tion System are optical transmitter, tunnel and optical receiver. And the key to Serial Port Communication is the circuits and protocols. Though the speed of serial port is not fast, its still enough for experimental research. So this design chose serial port as the communication port, and we design

6、ed the key circuits of those three modules, and then focused on programming software which would debug and monitor the serial port in VB language. At last verified the system in real circuits.Key words: Optical-fiber communication tech, computer communication tech, Interface technology, RS-232目 錄 TO

7、C o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc232599829 1. 引言 PAGEREF _Toc232599829 h 1 HYPERLINK l _Toc232599830 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc232599830 h 1 HYPERLINK l _Toc232599831 1.2 光纖通信技術(shù) PAGEREF _Toc232599831 h 1 HYPERLINK l _Toc232599832 光纖通信概念 PAGEREF _Toc232599832 h 1 HYPERLINK l _Toc232599833 光纖通信發(fā)展簡(jiǎn)史 PAGEREF _T

8、oc232599833 h 2 HYPERLINK l _Toc232599834 1.3 光纖通信的優(yōu)點(diǎn) PAGEREF _Toc232599834 h 3 HYPERLINK l _Toc232599835 1.4 光纖通信技術(shù)的發(fā)展前景 PAGEREF _Toc232599835 h 4 HYPERLINK l _Toc232599836 2.串口通信及RS2-32簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc232599836 h 7 HYPERLINK l _Toc232599837 2.1 串口通信的概念 PAGEREF _Toc232599837 h 7 HYPERLINK l _Toc2325

9、99838 2.2 通信協(xié)議 PAGEREF _Toc232599838 h 7 HYPERLINK l _Toc232599839 物理接口標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc232599839 h 8 HYPERLINK l _Toc232599840 軟件協(xié)議 PAGEREF _Toc232599840 h 9 HYPERLINK l _Toc232599841 2.3 RS-232簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc232599841 h 9 HYPERLINK l _Toc232599842 3.系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232599842 h 9 HYPERLINK l _Toc232

10、599843 3.1 整體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232599843 h 9 HYPERLINK l _Toc232599844 3.2 光發(fā)射機(jī) PAGEREF _Toc232599844 h 9 HYPERLINK l _Toc232599845 光源 PAGEREF _Toc232599845 h 9 HYPERLINK l _Toc232599846 調(diào)制電路和控制電路 PAGEREF _Toc232599846 h 9 HYPERLINK l _Toc232599847 線路編碼電路 PAGEREF _Toc232599847 h 9 HYPERLINK l _Toc23259

11、9848 3.3 光接收機(jī) PAGEREF _Toc232599848 h 9 HYPERLINK l _Toc232599849 光檢測(cè)器 PAGEREF _Toc232599849 h 9 HYPERLINK l _Toc232599850 放大器 PAGEREF _Toc232599850 h 9 HYPERLINK l _Toc232599851 均衡和再生 PAGEREF _Toc232599851 h 9 HYPERLINK l _Toc232599852 3.4 串口調(diào)試工具 PAGEREF _Toc232599852 h 9 HYPERLINK l _Toc232599853

12、4.硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232599853 h 9 HYPERLINK l _Toc232599854 4.1 接口轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc232599854 h 9 HYPERLINK l _Toc232599855 4.2 光調(diào)制和驅(qū)動(dòng)電路 PAGEREF _Toc232599855 h 9 HYPERLINK l _Toc232599856 4.3 前置放大電路 PAGEREF _Toc232599856 h 9 HYPERLINK l _Toc232599857 4.4 均衡電路 PAGEREF _Toc232599857 h 9 HYPERLINK l _

13、Toc232599858 5.軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232599858 h 9 HYPERLINK l _Toc232599859 5.1 程序流程圖 PAGEREF _Toc232599859 h 9 HYPERLINK l _Toc232599860 發(fā)送程序流程圖 PAGEREF _Toc232599860 h 9 HYPERLINK l _Toc232599861 接收程序流程圖 PAGEREF _Toc232599861 h 9 HYPERLINK l _Toc232599862 5.2 發(fā)送程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232599862 h 9 HYPERLINK

14、 l _Toc232599863 手動(dòng)發(fā)送字符/數(shù)據(jù)程序 PAGEREF _Toc232599863 h 9 HYPERLINK l _Toc232599864 自動(dòng)發(fā)送字符/數(shù)據(jù)程序 PAGEREF _Toc232599864 h 9 HYPERLINK l _Toc232599865 發(fā)送文件 PAGEREF _Toc232599865 h 9 HYPERLINK l _Toc232599866 5.3 接收程序 PAGEREF _Toc232599866 h 9 HYPERLINK l _Toc232599867 5.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) PAGEREF _Toc232599867 h 9 HY

15、PERLINK l _Toc232599868 6. 結(jié)論 PAGEREF _Toc232599868 h 9 HYPERLINK l _Toc232599869 7. 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc232599869 h 9 HYPERLINK l _Toc232599870 8. 致謝 PAGEREF _Toc232599870 h 91. 引言1.1 課題背景光纖通信技術(shù)光纖通信自從問(wèn)世以來(lái)，給整個(gè)通信領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)革命，它使高速率、大容量的通信成為可能。光纖通信由于具有損耗低、傳輸頻帶寬容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優(yōu)點(diǎn)而備受業(yè)內(nèi)人士的青睞，發(fā)展非常迅速。在現(xiàn)代社會(huì)

16、，光纖通信越來(lái)越多地與另一種通信方式計(jì)算機(jī)通信聯(lián)系在了一起，二者一同成為辦公自動(dòng)化，局域網(wǎng)辦公，網(wǎng)絡(luò)資源共享，社區(qū)網(wǎng)絡(luò)通信甚至是建設(shè)信息高速公路的核心技術(shù)。這兩種技術(shù)也成了當(dāng)下的熱門(mén)研究課題。計(jì)算機(jī)可以通過(guò)串行接口進(jìn)行通信，雖然這樣的通信方式傳輸距離短，速度慢。但是，串口通信簡(jiǎn)單易行，容易在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上與通信系統(tǒng)進(jìn)行通信，對(duì)于研究計(jì)算機(jī)通過(guò)光纖進(jìn)行的通信有非常好的指導(dǎo)意義。因此，本文考慮通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)能夠收發(fā)字符串和文本文件的串口調(diào)試工具，使用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過(guò)串口連接來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交換。1.2 光纖通信技術(shù)1.2.1 光纖通信概念所謂光纖通信，就是利用光纖來(lái)傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信

17、之目的。要使光波成為攜帶信息的載體，必須對(duì)之進(jìn)行調(diào)制，在接收端再把信息從光波中檢測(cè)出來(lái)。然而，由于目前技術(shù)水平所限，對(duì)光波進(jìn)行頻率調(diào)制與相位調(diào)制等仍局限在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，尚未達(dá)到實(shí)用化水平，因此目前大都采用強(qiáng)度調(diào)制與直接檢波方式（IM-DD）。又因?yàn)槟壳暗墓庠雌骷c光接收器件的非線性比較嚴(yán)重，所以對(duì)光器件的線性度要求比較低的數(shù)字光纖通信在光纖通信中占據(jù)主要位置。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)基本上由光發(fā)送機(jī)、光纖與光接收機(jī)組成。發(fā)送端的電端機(jī)把信息（如話音）進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)去調(diào)制發(fā)送機(jī)中的光源器件(LED)，則LED 就會(huì)發(fā)出攜帶信息的光波。即當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“1”時(shí)，光源器件發(fā)送一個(gè)“傳號(hào)”光脈沖

18、；當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“0”時(shí)，光源器件發(fā)送一個(gè)“空號(hào)”（不發(fā)光）。光波經(jīng)光纖傳輸后到達(dá)接收端。在接收端，光接收機(jī)把數(shù)字信號(hào)從光波中檢測(cè)出來(lái)送給電端機(jī)，而電端機(jī)再進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原來(lái)的信息。就這樣完成了一次通信的全過(guò)程。1.2.2 光纖通信發(fā)展簡(jiǎn)史伴隨社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，以及人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)與文化需求，通信向大容量，長(zhǎng)距離的方向發(fā)展已經(jīng)是必然的發(fā)展趨勢(shì)。由于光波具有極高的頻率（大約3 億兆赫茲），也就是說(shuō)是具有極高的寬帶從而可以容納巨大的通信信息，所以用光波作為載體來(lái)進(jìn)行通信一直是人們幾百年來(lái)追求的目標(biāo)所在。在六十年代中期以前，人們雖然歷經(jīng)苦心研究過(guò)光圈波導(dǎo)、氣體透鏡波導(dǎo)、空心金屬波導(dǎo)管等，想用

19、它們作為傳送光波的媒體以實(shí)現(xiàn)通信，但終因它們或者衰耗過(guò)大或者造價(jià)昂貴而無(wú)法實(shí)用化。也就是說(shuō)歷經(jīng)幾百年人們始終沒(méi)有找到傳輸光波的理想傳送媒體。（即階躍光纖）。更重要的是科學(xué)地語(yǔ)言了制造通信用的超低耗光纖的可能性，即加強(qiáng)原材料提純，加入適當(dāng)?shù)膿诫s劑，可以把光纖的衰耗系數(shù)降低到20dB/km 以下。而當(dāng)時(shí)世界上只能制造用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)方面的光纖，其衰耗在1000dB/km 以上。對(duì)于制造衰耗在20dB/km 以下的光纖，被認(rèn)為是可望不可及的。以后的事實(shí)發(fā)展雄辯地證明了高錕博士文章的理論性和科學(xué)大膽預(yù)言的正確性，所以該文被譽(yù)為光纖通信的里程碑。1970年美國(guó)康寧玻璃公司根據(jù)高錕文章的設(shè)想，用改進(jìn)型化學(xué)相

20、沉積法（MCVD 法）制造出當(dāng)時(shí)世界上第一根超低耗光纖，成為使光纖通信爆炸性競(jìng)相發(fā)展的導(dǎo)火索。雖然當(dāng)時(shí)康寧玻璃公司制造出的光纖只有幾米長(zhǎng)，衰耗約20dB/km，而且?guī)讉€(gè)小時(shí)之后便損壞了。但它畢竟證明了用當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)與工藝方法制造通信用的超低耗光纖是完全有可能的，也就是說(shuō)找到了實(shí)現(xiàn)低衰耗傳輸光波的理想傳輸媒體，是光通信研究的重大實(shí)質(zhì)性突破。自1970年以后，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)光纖通信的研究?jī)A注了大量的人力與物力，其來(lái)勢(shì)之兇，規(guī)模之大、速度之快遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們的意料之外，從而使光纖通信技術(shù)取得了極其驚人的進(jìn)展。從光纖的衰耗看：從70年的20 dB/km降至90年的0.14dB/km，這個(gè)數(shù)值已經(jīng)接近

21、石英光纖的理論衰耗極限值0.1dB/km。從光器件看：1970年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一只在室溫下連續(xù)波工作的砷化鎵鋁半導(dǎo)體激光器，為光纖通信找到了合適的光源器件。后來(lái)逐漸發(fā)展到性能更好、壽命達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)的異質(zhì)結(jié)條形激光器和現(xiàn)在的分布反饋式單縱模激光器（DFB）以及多量子阱激光器（MQW）。光接收器件也從簡(jiǎn)單的硅PIN 光二極管發(fā)展到量子效率達(dá)90的-族雪崩光二極管APD。從光纖通信系統(tǒng)看：正是光纖制造技術(shù)和光電器件制造技術(shù)的飛速發(fā)展，以及大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了光纖通信系統(tǒng)從小容量到大容量、從短距離到長(zhǎng)距離、從低水平到高水平、從舊體制（PDH）到新體制（

22、SDH）的迅猛發(fā)展。1976年，美國(guó)在亞特蘭大開(kāi)通了世界上第一個(gè)實(shí)用化光纖通信系統(tǒng)。碼率為45 Mb/s，中繼距離為10 km。1980 年，多模光纖通信系統(tǒng)商用化（140Mb/s），并著手單模光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。1990 年，單模光纖通信系統(tǒng)進(jìn)入商用化階段（565 Mb/s），并著手進(jìn)行零色散移位光纖和波分復(fù)用及相干通信的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，而且陸續(xù)制定數(shù)字同步體系（SDH）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1993年，SDH 產(chǎn)品開(kāi)始商用化（622Mb/s 以下）。1995年，2.5Gb/s 的SDH 產(chǎn)品進(jìn)入商用化階段。1996年，10Gb/s 的SDH 產(chǎn)品進(jìn)入商用化階段。1997年，采用波分復(fù)用技術(shù)（WDM

23、）的20Gb/s 和40Gb/s 的SDH 產(chǎn)品試驗(yàn)取得重大突破。此外，在光孤子通信、超長(zhǎng)波長(zhǎng)通信和相干光通信方面也正在取得巨大進(jìn)展?？傊?，從1970年到現(xiàn)在雖然只有短短不到三十年的時(shí)間，但光纖通信技術(shù)卻取得了極其驚人的進(jìn)展。用帶寬極寬的光波作為傳送信息的載體以實(shí)現(xiàn)通信，這一幾百年來(lái)人們夢(mèng)寐以求的幻想在今天已成為活生生的現(xiàn)實(shí)。然而就目前的光纖通信而言，其實(shí)際應(yīng)用僅是其潛在能力的2左右，尚有巨大的潛力等待人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)利用。因此，光纖通信技術(shù)并未停滯不前，而是向更高水平、更高階段方向發(fā)展。1.3 光纖通信的優(yōu)點(diǎn)光纖通信之所以受到人們的極大重視，這是因?yàn)楹推渌ㄐ攀侄蜗啾?，具有無(wú)以倫比的優(yōu)越性。1.

24、通信容量大從理論上講，一根僅有頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖可以同時(shí)傳輸1000 億個(gè)話路。雖然目前遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到如此高的傳輸容量，但用一根光纖同時(shí)傳輸24 萬(wàn)個(gè)話路的試驗(yàn)已經(jīng)取得成功，它比傳統(tǒng)的明線、同軸電纜、微波等要高出幾十乃至上千倍以上。一根光纖的傳輸容量如此巨大，而一根光纜中可以包括幾十根甚至上千根光纖，如果再加上波分復(fù)用技術(shù)把一根光纖當(dāng)作幾根、幾十根光纖使用，其通信容量之大就更加驚人了。2. 中繼距離長(zhǎng)由于光纖具有極低的衰耗系數(shù)（目前商用化石英光纖已達(dá)0.19dB/km 以下），若配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)送與光接收設(shè)備，可使其中繼距離達(dá)數(shù)百公里以上。這是傳統(tǒng)的電纜（1.5km）、微波（50km）等根本無(wú)法與之相

25、比擬的。因此光纖通信特別適用于長(zhǎng)途一、二級(jí)干線通信。據(jù)報(bào)導(dǎo)，用一根光纖同時(shí)傳輸24 萬(wàn)個(gè)話路、100 公里無(wú)中繼的試驗(yàn)已經(jīng)取得成功。此外，已在進(jìn)行的光孤子通信試驗(yàn)，已達(dá)到傳輸120 萬(wàn)個(gè)話路、6000 公里無(wú)中繼的水平。因此，在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)全球無(wú)中繼的光纖通信是完全可能的。3. 保密性能好光波在光纖中傳輸時(shí)只在其芯區(qū)進(jìn)行，基本上沒(méi)有光“泄露”出去，因此其保密性能極好。4. 適應(yīng)能力強(qiáng)適應(yīng)能力強(qiáng)是指，不怕外界強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾、耐腐蝕，可撓性強(qiáng)（彎曲半徑大于25厘米時(shí)其性能不受影響）等。5. 體積小、重量輕、便于施工維護(hù)光纜的敷設(shè)方式方便靈活，既可以直埋、管道敷設(shè)，又可以水底和架空。6. 原材料來(lái)

26、源豐富，潛在價(jià)格低廉制造石英光纖的最基本原材料是二氧化硅，即砂子，而砂子在大自然界中幾乎是取之不盡、用之不竭的。因此其潛在價(jià)格是十分低廉的。1.4 光纖通信技術(shù)的發(fā)展前景光纖通信從1970年真正起步，迄今為止雖然僅有近三十年的時(shí)間，但光纖通信的技術(shù)無(wú)論是光纖制造技術(shù)還是光電器件的制造技術(shù)，以及光纖通信系統(tǒng)的水平都取得了極其驚人的進(jìn)展，它已經(jīng)成為現(xiàn)代通信最主要的傳輸手段。光纖的衰耗從剛開(kāi)始的20dB/km,而現(xiàn)在已經(jīng)低達(dá)0.14dB/km，它已經(jīng)十分接近石英光纖的理論衰耗極限0.1dB /km,光纖的帶寬也從剛開(kāi)始的10MHZkm 發(fā)展到現(xiàn)在1000GHZkm 以上。光源器件從剛開(kāi)始的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)

27、單、發(fā)光功率只有幾十微瓦、壽命僅幾小時(shí)的GaAs 激光器發(fā)展到現(xiàn)在的發(fā)光功率在1毫瓦以上、壽命達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)的分布反饋式和多量子阱的單縱模激光器。光纖通信系統(tǒng)的水平也在不斷地提高，從一九七六年的45Mb/S發(fā)展到現(xiàn)在的10Gb/S。一九八五年多模光纖通信商用化，一九九0年單模光纖通信又迅速商用化，而現(xiàn)在技術(shù)更加先進(jìn)的SDH 光纖通信已經(jīng)席卷世界各地。但是，光纖通信的潛力是巨大的，我們目前的光纖通信應(yīng)用水平據(jù)分析僅僅是其能力的12左右。因此光纖通信技術(shù)并未停滯不前，而是向更高水平、更高層次的方向發(fā)展。1. 波分復(fù)用技術(shù)（WDM）所謂波分復(fù)用，就是用一根光纖同時(shí)傳輸幾種不同波長(zhǎng)的光波以達(dá)到擴(kuò)大通信容

28、量的目的。在系統(tǒng)的發(fā)送端，由各個(gè)分系統(tǒng)分別發(fā)出不同波長(zhǎng)的光波如1、2、3、4，并由合波器合成一束光波進(jìn)入光纖進(jìn)行傳輸，而在接收端用分波器把幾種光波分離開(kāi)，分別輸入到各個(gè)分系統(tǒng)的光接收機(jī)?？梢钥闯霾ǚ謴?fù)用的關(guān)鍵技術(shù)是光波的合波器與分波器。近幾年已經(jīng)出現(xiàn)幾種形式的合波器與分波器，如半透鏡與濾光片、自聚焦棒與濾光片以及平面光柵與偏振光柵等。2. 相干光通信迄今為止我們所應(yīng)用的光纖通信都是采用強(qiáng)度調(diào)制與直接檢波的工作方式，它只相當(dāng)于原始的無(wú)線通信所使用的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。在此方式下，光源器件的調(diào)制速率、光接收機(jī)的靈敏度受到局限而難以再提高，適應(yīng)不了超大容量、超長(zhǎng)距離通信的要求。所謂相干光通信，就是在發(fā)端

29、由激光器發(fā)出譜線極窄、頻率穩(wěn)定、相位恒定的相干光，并用先進(jìn)的調(diào)制方法如FSK、ASK 和PSK 對(duì)之進(jìn)行調(diào)制。在收端，把由光纖傳輸來(lái)的相干光載波與本振光源發(fā)出的相干光，經(jīng)光耦合器后加到光混頻器上進(jìn)行混頻與差頻，然后把差頻后的中頻光信號(hào)進(jìn)行放大、檢波。相干光通信技術(shù)一則可以增大光纖的傳輸容量，二則可以大大提高光接收機(jī)的靈敏度（可提高1020dB）。相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)是光源器件、光波的匹配。由發(fā)送端的光源和接收端的本振光源所發(fā)出的光，必須譜線十分狹窄（接近單頻）、頻率十分穩(wěn)定、相位也非常恒定，否則無(wú)法進(jìn)行混頻與差頻。此外，本振光和從光纖傳輸來(lái)的光載波必須具有良好的匹配，這就要求光纖應(yīng)該是偏振保持

30、光纖。3. 超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信石英光纖的衰耗目前已接近理論極限值，再無(wú)多大潛力可挖。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，氟化物光纖在波長(zhǎng)3.4 微米處的衰耗理論極限，可低達(dá)103 dB/km;而金屬鹵化物光纖的衰耗理論極限可低達(dá)102105dB/km，若真的實(shí)現(xiàn)光纖衰耗小于103 dB/km，中繼距離可達(dá)三萬(wàn)多公里，那么實(shí)現(xiàn)全球無(wú)中繼的光纖通信就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。人們把波長(zhǎng)大于2 微米的通信稱(chēng)為超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信。4. 光集成技術(shù)它和電子技術(shù)中的集成電路相類(lèi)似，是把許多微型光學(xué)元件如光源器件、光檢測(cè)器件、光透鏡、光濾波器、光柵等集成在一塊很小的芯片上，構(gòu)成具有復(fù)雜性能的光器件；還可以和集成電路等電子元件集成在一起形成功能更復(fù)雜

31、功能的光電部件如光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)等。采用光集成技術(shù)，不僅使設(shè)備的體積、重量大大減少，而且提高了穩(wěn)定性與可靠性。5. 光孤子通信我們知道，通信容量越大，要求光脈沖越窄，如2.5Gb/s 系統(tǒng)的光脈沖寬度約為400ps。窄光脈沖經(jīng)光纖傳輸后因光纖的色散作用而出現(xiàn)脈沖展寬現(xiàn)象而引起碼間干擾，因此脈沖展寬一直是制約大容量、長(zhǎng)距離傳輸?shù)年P(guān)鍵因素。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注入光強(qiáng)密度足夠大時(shí)會(huì)引起光脈沖變窄的奇特現(xiàn)象，其光脈沖寬度可低達(dá)幾個(gè)ps，即所謂光孤子脈沖。因此用孤子脈沖可以實(shí)現(xiàn)超大容量的光纖通信。2.串口通信及RS2-32簡(jiǎn)介2.1 串口通信的概念所謂“串行通信”是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間使用一根數(shù)據(jù)信號(hào)線(另外

32、需要地線,可能還需要控制線),數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)信號(hào)線上一位一位地進(jìn)行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，當(dāng)然，其傳輸速度比并行傳輸慢。由于CPU與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有“接收移位寄存器”（串并）和“發(fā)送移位寄存器”（并串）。在數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中，數(shù)據(jù)一位一位地從外設(shè)進(jìn)入接口的“接收移位寄存器”，當(dāng)“接收移位寄存器”中已接收完1個(gè)字符的各位后，數(shù)據(jù)就從“接收移位寄存器”進(jìn)入“數(shù)據(jù)輸入寄存器”。CPU從“數(shù)據(jù)輸入寄存器”中讀取接收到的字符。（并行讀取，即D7D0同時(shí)被讀至累加器中

33、）?！敖邮找莆患拇嫫鳌钡囊莆凰俣扔伞敖邮諘r(shí)鐘”確定。在數(shù)據(jù)輸出過(guò)程中，CPU把要輸出的字符（并行地）送入“數(shù)據(jù)輸出寄存器”，“數(shù)據(jù)輸出寄存器”的內(nèi)容傳輸?shù)健鞍l(fā)送移位寄存器”，然后由“發(fā)送移位寄存器”移位，把數(shù)據(jù)一位一位地送到外設(shè)?！鞍l(fā)送移位寄存器”的移位速度由“發(fā)送時(shí)鐘”確定。接口中的“控制寄存器”用來(lái)容納CPU送給此接口的各種控制信息，這些控制信息決定接口的工作方式。“狀態(tài)寄存器”的各位稱(chēng)為“狀態(tài)位”，每一個(gè)狀態(tài)位都可以用來(lái)指示數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的狀態(tài)或某種錯(cuò)誤。例如，用狀態(tài)寄存器的D5位為“1”表示“數(shù)據(jù)輸出寄存器”空，用D0位表示“數(shù)據(jù)輸入寄存器滿”，用D2位表示“奇偶檢驗(yàn)錯(cuò)”等。能夠完成上

34、述“串并”轉(zhuǎn)換功能的電路，通常稱(chēng)為“通用異步收發(fā)器” （UART：Universal Asynchronous Receiver and Transmitter），典型的芯片有：Intel8250/8251。2.2 通信協(xié)議所謂通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。約定包括對(duì)數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問(wèn)題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。因此，也叫做通信控制規(guī)程，或稱(chēng)傳輸控制規(guī)程，它屬于ISOS OSI七層參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層。目前，采用的通信協(xié)議有兩類(lèi)：異步協(xié)議和同步協(xié)議。同步協(xié)議又有面向字符和面向比特以及面向字節(jié)計(jì)數(shù)三種。其中，面向字節(jié)計(jì)數(shù)的同步協(xié)議

35、主要用于DEC公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中。 物理接口標(biāo)準(zhǔn)1. 串行通信接口的基本任務(wù)（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化：因?yàn)閬?lái)自CPU的是普通的并行數(shù)據(jù)，所以，接口電路應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化的任務(wù)。在異步通信方式下，接口自動(dòng)生成起止式的幀數(shù)據(jù)格式。在面向字符的同步方式下，接口要在待傳送的數(shù)據(jù)塊前加上同步字符。（2）進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換：串行傳送，數(shù)據(jù)是一位一位串行傳送的，而計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù)。所以當(dāng)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)送至數(shù)據(jù)發(fā)送器時(shí)，首先把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)才能送入計(jì)算機(jī)處理。因此串并轉(zhuǎn)換是串行接口電路的重要任務(wù)。（3）控制數(shù)據(jù)傳輸速率：串行通信接口電路應(yīng)具有對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率波特率進(jìn)行選擇和控制的能力。

36、（4）進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)：在發(fā)送時(shí)接口電路對(duì)傳送的字符數(shù)據(jù)自動(dòng)生成奇偶校驗(yàn)位或其他校驗(yàn)碼。在接收時(shí)，接口電路檢查字符的奇偶校驗(yàn)或其他校驗(yàn)碼，確定是否發(fā)生傳送錯(cuò)誤。（5）進(jìn)行TTL與EIA電平轉(zhuǎn)換：CPU 和終端均采用TTL電平及正邏輯，它們與EIA采用的電平及負(fù)邏輯不兼容，需在接口電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（6）提供EIA-RS-232C 接口標(biāo)準(zhǔn)所要求的信號(hào)線：遠(yuǎn)距離通信采用MODEM 時(shí)，需要9根信號(hào)線；近距離零MODEM 方式，只需要3 根信號(hào)線。這些信號(hào)線由接口電路提供，以便與MODEM 或終端進(jìn)行聯(lián)絡(luò)與控制。2. 有關(guān)串行通信的物理標(biāo)準(zhǔn)為使計(jì)算機(jī)、 以及其他通信設(shè)備互相溝通，現(xiàn)在，已經(jīng)對(duì)串行通信建立

37、了幾個(gè)一致的概念和標(biāo)準(zhǔn)，這些概念和標(biāo)準(zhǔn)屬于三個(gè)方面：傳輸率，電特性，信號(hào)名稱(chēng)和接口標(biāo)準(zhǔn)。1、傳輸率：所謂傳輸率就是指每秒傳輸多少位，傳輸率也常叫波特率。國(guó)際上規(guī)定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波特率系列，標(biāo)準(zhǔn)波特率也是最常用的波特率，標(biāo)準(zhǔn)波特率系列為110、300、600、1200、4800、9600 和19200。大多數(shù)CRT 終端都能夠按110 到9600范圍中的任何一種波特率工作。打印機(jī)由于機(jī)械速度比較慢而使傳輸波特率受到限制，所以，一般的串行打印機(jī)工作在110 波特率，點(diǎn)針式打印機(jī)由于其內(nèi)部有較大的行緩沖區(qū)，所以可以按高達(dá)2400波特的速度接收打印信息。大多數(shù)接口的接收波特率和發(fā)送波特率可以分別設(shè)置，而且

38、，可以通過(guò)編程來(lái)指定。2、RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)：RS-232-C 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩個(gè)方面作了規(guī)定，即信號(hào)電平標(biāo)準(zhǔn)和控制信號(hào)線的定義。RS-232C 采用負(fù)邏輯規(guī)定邏輯電平，信號(hào)電平與通常的TTL電平也不兼容，RS-232-C 將-5V-15V 規(guī)定為“1”，+5V+15V規(guī)定為“0”。圖2.1所示是TTL 標(biāo)準(zhǔn)和RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)之間的電平轉(zhuǎn)換。圖2.1 電平轉(zhuǎn)換 軟件協(xié)議1. OSI協(xié)議和TCP/IP協(xié)議（1）OSI 協(xié)議OSI七層參考模型不是通訊標(biāo)準(zhǔn)，它只給出一個(gè)不會(huì)由于技術(shù)發(fā)展而必須修改的穩(wěn)定模型，使有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議能在模型定義的范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)和相互配合。一般的通訊協(xié)議只符合OSI七層模型的某幾層，

39、如EIA-RS-232-C：實(shí)現(xiàn)了物理層；IBM 的SDLC（同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程）：數(shù)據(jù)鏈路層；ANSI 的ADCCP（先進(jìn)數(shù)據(jù)通訊規(guī)程）：數(shù)據(jù)鏈路層；IBM 的BSC（二進(jìn)制同步通訊協(xié)議）：數(shù)據(jù)鏈路層；應(yīng)用層的電子郵件協(xié)議SMTP只負(fù)責(zé)寄信、POP3 只負(fù)責(zé)收信。（2）TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了五層協(xié)議。（1）物理層：對(duì)應(yīng)OSI 的物理層。（2）網(wǎng)絡(luò)接口層：類(lèi)似于OSI的數(shù)據(jù)鏈路層。（3）Internet 層：OSI 模型在Internet 網(wǎng)使用前提出，未考慮網(wǎng)間連接。（4）傳輸層：對(duì)應(yīng)OSI 的傳輸層。（5）應(yīng)用層：對(duì)應(yīng)OSI 的表示層和應(yīng)用層。應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用

40、層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層（硬件）圖2.2 OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型2. 串行通信協(xié)議串行通信協(xié)議分同步協(xié)議和異步協(xié)議。（1）異步通信協(xié)議的實(shí)例起止式異步協(xié)議特點(diǎn)與格式：起止式異步協(xié)議的特點(diǎn)是一個(gè)字符一個(gè)字符傳輸，并且傳送一個(gè)字符總是以起始位開(kāi)始，以停止位結(jié)束，字符之間沒(méi)有固定的時(shí)間間隔要求。其格式如圖3 所示。每一個(gè)字符的前面都有一位起始位（低電平，邏輯值0），字符本身有57 位數(shù)據(jù)位組成，接著字符后面是一位校驗(yàn)位（也可以沒(méi)有校驗(yàn)位），最后是一位，或意味半，或二位停止位，停止位后面是不定長(zhǎng)度的空閑位。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平（邏輯值），這樣就保證起始位開(kāi)始處一定有一個(gè)下跳沿。（

41、2）面向字符的同步協(xié)議特點(diǎn)與格式：這種協(xié)議的典型代表是IBM公司的二進(jìn)制同步通信協(xié)議(BSC）。它的特點(diǎn)是一次傳送由若干個(gè)字符組成的數(shù)據(jù)塊，而不是只傳送一個(gè)字符，并規(guī)定了10 個(gè)字符作為這個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)頭與結(jié)束標(biāo)志以及整個(gè)傳輸過(guò)程的控制信息，它們也叫做通信控制字。由于被傳送的數(shù)據(jù)塊是由字符組成，故被稱(chēng)作面向字符的協(xié)議。2.3 RS-232簡(jiǎn)介 RS232是串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，最早是美國(guó)EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與BELL等公司一起開(kāi)發(fā)并于1969 年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s 范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行

42、設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。RS232串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)而形成的。所以，以RS-232C為主來(lái)討論。RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱(chēng)是EIA-RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（recommended standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C代表RS232 的最新一次修改（1969）。在這之前，有RS232B、RS232A。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電

43、氣特性、信號(hào)功能及傳送過(guò)程。常用的物理標(biāo)準(zhǔn)還有EIARS-232-C、EIARS-422-A、EIARS-423A、EIARS-485。這里只介紹EIARS-232-C（簡(jiǎn)稱(chēng)232，RS232）。例如，目前在IBM PC 機(jī)上的COM1、COM2 接口，就是RS-232C接口。1.電氣特性EIA-RS-232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。在TXD和RXD上：邏輯1(MARK)=-3V-15V邏輯0(SPACE)=+315V在RTS、CTS、DSR、DTR 和DCD等控制線上：信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）=+3V+15V信號(hào)無(wú)效（斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V-15

44、V以上規(guī)定說(shuō)明了RS-323C 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”（傳號(hào)）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號(hào)）的電平告語(yǔ)+3V；對(duì)于控制信號(hào)；接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平高于+3V，斷開(kāi)狀態(tài)(OFF)即信號(hào)無(wú)效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V 時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)，介于-3+3V 之間的電壓無(wú)意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無(wú)意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在(315)V 之間。EIA-RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIA-RS-232C是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與TTL 以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或

45、終端的TTL 器件連接，必須在EIA-RS-232C 與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA 電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實(shí)現(xiàn)EIA 電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232 芯片可完成TTLEIA 雙向電平轉(zhuǎn)換。2、RS-232C的接口信號(hào)RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時(shí)線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是：（1）聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好（Data set ready-DSR)有

46、效時(shí)（ON）狀態(tài)，表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(Data set ready-DTR)有效時(shí)（ON）狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)終端可以使用。這兩個(gè)信號(hào)有時(shí)連到電源上，一上電就立即有效。這兩個(gè)設(shè)備狀態(tài)信號(hào)有效，只表示設(shè)備本身可用，并不說(shuō)明通信鏈路可以開(kāi)始進(jìn)行通信了，能否開(kāi)始進(jìn)行通信要由下面的控制信號(hào)決定。請(qǐng)求發(fā)送(Request to send-RTS)用來(lái)表示DTE請(qǐng)求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使該信號(hào)有效（ON 狀態(tài)），向MODEM 請(qǐng)求發(fā)送。它用來(lái)控制MODEM 是否要進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。允許發(fā)送（Clear to send-CTS）用來(lái)表示DCE準(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，

47、是對(duì)請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)RTS 的響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)MODEM 已準(zhǔn)備好接收終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時(shí)，使該信號(hào)有效，通知終端開(kāi)始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)。這對(duì) RTS/CTS 請(qǐng)求應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中作發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS 聯(lián)絡(luò)信號(hào)，使其變高。接收線信號(hào)檢出(Received Line detection-RLSD)用來(lái)表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE 準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。當(dāng)本地的MODEM 收到由通信鏈路另一端（遠(yuǎn)地）的MODEM送來(lái)的載波信號(hào)時(shí)，使RLSD 信號(hào)有效，通知

48、終端準(zhǔn)備接收，并且由MODEM將接收下來(lái)的載波信號(hào)解調(diào)成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線RXD送到終端。此線也叫做數(shù)據(jù)載波檢出(Data Carrier detection-DCD）線。振鈴指示(Ringing-RI)當(dāng)MODEM 收到交換臺(tái)送來(lái)的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，使該信號(hào)有效（ON狀態(tài)），通知終端，已被呼叫。（2）數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線：發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitted data-TXD)通過(guò)TXD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，(DTEDCE)。接收數(shù)據(jù)(Received data-RXD)通過(guò)RXD線終端接收從MODEM發(fā)來(lái)的串行數(shù)據(jù)，(DCEDTE)。（3）地線有兩根線SG、PG信號(hào)地和保護(hù)地信號(hào)線，

49、無(wú)方向。上述控制信號(hào)線何時(shí)有效，何時(shí)無(wú)效的順序表示了接口信號(hào)的傳送過(guò)程。例如，只有當(dāng)DSR 和DTR 都處于有效（ON）狀態(tài)時(shí)，才能在DTE和DCE 之間進(jìn)行傳送操作。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預(yù)先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TXD 線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)。這種順序的規(guī)定對(duì)半雙工的通信線路特別有用，因?yàn)榘腚p工的通信才能確定DCE 已由接收方向改為發(fā)送方向，這時(shí)線路才能開(kāi)始發(fā)送。2個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)：發(fā)送TXD；接收RXD。1個(gè)信號(hào)地線：SG。6個(gè)控制信號(hào)：DSR�：振鈴信號(hào)Ringing當(dāng)DCE收到交換機(jī)送來(lái)的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，使該信號(hào)有效，通知DTE已被呼

50、叫。3.串口通信的基本接線方法目前較為常用的串口有9針串口（DB9）和25針串口（DB25），通信距離較近時(shí)(12m)，可以用電纜線直接連接標(biāo)準(zhǔn)RS232端口(RS422,RS485較遠(yuǎn))，若距離較遠(yuǎn)，需附加調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。最為簡(jiǎn)單且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連。（1） DB9和DB25的常用信號(hào)腳說(shuō)明表2.1 DB9和DB25的常用信號(hào)說(shuō)明9針串口（DB9）25針串口（DB25）針號(hào)功能說(shuō)明縮寫(xiě)針號(hào)功能說(shuō)明縮寫(xiě)1數(shù)據(jù)載波檢測(cè)DCD8數(shù)據(jù)載波檢測(cè)DCD2接收數(shù)據(jù)RXD3接收數(shù)據(jù)RXD3發(fā)送數(shù)據(jù)TXD2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR5信

51、號(hào)地GND7信號(hào)地GND6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR7請(qǐng)求發(fā)送RTS4請(qǐng)求發(fā)送RTS8清除發(fā)送CTS5清除發(fā)送CTS9振鈴指示DELL22振鈴指示DELL（2） RS232C串口通信接線方法（三線制）首先，串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實(shí)現(xiàn)：同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個(gè)串口相連或一個(gè)串口和多個(gè)串口相連 同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連對(duì)9針串口和25針串口，均是2與3直接相連； 兩個(gè)不同串口（不論是同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的兩個(gè)串口或分別是不同計(jì)算機(jī)的串口）表2.2 計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串行口接線方式9針9針25針25針9針25針23322232233355775

52、7上面表格是對(duì)微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串行口而言的，還有許多非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如接收GPS數(shù)據(jù)或電子羅盤(pán)數(shù)據(jù)，只要記住一個(gè)原則：接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼些交叉，信號(hào)地對(duì)應(yīng)相接。3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 整體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由三部分組成：光發(fā)射機(jī)、傳輸光纖和光接收機(jī)。其電/光和光/電變換的基本方式是直接強(qiáng)度調(diào)制和直接檢波。實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：輸入電信號(hào)是數(shù)字信號(hào)（計(jì)算機(jī)串口數(shù)據(jù)）；調(diào)制器將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合驅(qū)動(dòng)光源器件的電流信號(hào)并用來(lái)驅(qū)動(dòng)光源器件，對(duì)光源器件進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制，完成電/光變換的功能；光源輸出的光信號(hào)直接耦合到傳輸光纖中，經(jīng)一定長(zhǎng)度的光纖傳輸后送達(dá)接收端；在接收端，光電檢測(cè)器對(duì)輸入的光信號(hào)

53、進(jìn)行直接檢波，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大恢復(fù)等處理過(guò)程，以彌補(bǔ)線路傳輸過(guò)程中帶來(lái)的信號(hào)損傷（如損耗、波形畸變），最后輸出和原始輸入信號(hào)相一致的電信號(hào)，從而完成整個(gè)傳送過(guò)程。系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。光纖光纖PC機(jī)電發(fā)射端機(jī)輸入接口光發(fā)端機(jī)光收端機(jī)PC機(jī)電接收端機(jī)輸出接口圖3.1 光纖通信系統(tǒng)模型光發(fā)端機(jī)將電信號(hào)直接調(diào)制至光載波上去，采用強(qiáng)度調(diào)制（IM）；光接收機(jī)完成光信號(hào)的解調(diào)，采用直接檢測(cè)（DD），屬于非相干解調(diào)。光載波由半導(dǎo)體光源產(chǎn)生，由半導(dǎo)體光檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)從而達(dá)到傳輸信號(hào)的目的。系統(tǒng)傳輸部分的原理框圖如圖3.2 所示。圖3.2 傳輸原理框圖3.2 光發(fā)射機(jī)數(shù)字光發(fā)

54、射機(jī)的功能是把電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)有效注入光纖線路。數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖如圖3.3所示，主要有光源和電路兩部分。光源是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上決定著光發(fā)射機(jī)的性能。輸入接口線路編碼調(diào)制電路光源控制電路電信號(hào)輸入光信號(hào)輸出圖3.3 數(shù)字光發(fā)射機(jī)方框圖3.2.1 光源對(duì)光源的要求如下：（1） 發(fā)射的光波長(zhǎng)應(yīng)和光纖低損耗“窗口”一致，即中心波長(zhǎng)應(yīng)在0.85um，1.31um，1.55um附近。光譜單色性要好。（2） 電/光轉(zhuǎn)換效率要高，即要求在足夠低的驅(qū)動(dòng)電流下，有足夠大而穩(wěn)定的輸出光功率，且線性良好。（3） 允許的調(diào)制速率要高或相應(yīng)速度要快。（4） 溫度

55、特性好，可靠性高，壽命長(zhǎng)目前，不同類(lèi)型的半導(dǎo)體激光器（LD）和發(fā)光二極管（LED）可以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的要求。本設(shè)計(jì)選用的是半導(dǎo)體激光器作為光源。3.2.2 調(diào)制電路和控制電路直接光強(qiáng)調(diào)制的數(shù)字光發(fā)射機(jī)主要電路有調(diào)制電路、控制電路和線路編碼電路。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)選用的是LD作為光源，所以還需要偏置電路。對(duì)調(diào)制電路和控制電路的要求如下：（1） 輸出光脈沖的通斷比（全“1”碼平均光功率和全“0”碼平均光功率的比值，或消光比的倒數(shù)）應(yīng)大于10，以保證足夠的光接收信噪比。（2） 輸出光脈沖的寬度應(yīng)遠(yuǎn)大于開(kāi)通延遲（電光延遲）時(shí)間，光脈沖的上升時(shí)間、下降時(shí)間和開(kāi)通延遲時(shí)間應(yīng)足夠短，以便在高速率調(diào)制下，輸出的光脈

56、沖能準(zhǔn)確再現(xiàn)輸入電脈沖的波形。（3） 對(duì)激光器應(yīng)施加足夠的偏置電流，以便抑制在較高速率調(diào)制下可能出現(xiàn)的張弛震蕩，保證發(fā)射機(jī)正常工作。（4）應(yīng)采用自動(dòng)功率控制（APC）和自動(dòng)溫度控制（ATC），以保證輸出光功率有足夠穩(wěn)定性3.2.3 線路編碼電路線路編碼之所以必要，是因?yàn)殡姸藱C(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)是適合電纜傳輸?shù)碾p極性碼，而光源不能發(fā)射負(fù)脈沖，所以要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用的線路碼型有：擾碼、mBnB碼和插入碼。本設(shè)計(jì)采用的是mBnB碼型。其編碼規(guī)則如下表所示：表3.1 3B4B碼編碼規(guī)則3B0000010100111001011101114B100110001011101

57、001010100011101103B4B編碼電路的主要作用是將送來(lái)的串行數(shù)據(jù)流以3bit為一組，轉(zhuǎn)換成4bit為組的碼流，并以串行形式送出。圖3.4示出了編碼電路原理框圖。送來(lái)的串行數(shù)據(jù)首先要進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，并通過(guò)鎖存器來(lái)改變信號(hào)的波形，使各路信號(hào)在時(shí)間上與寬度上統(tǒng)一起來(lái)，以免在將來(lái)的信號(hào)邏輯處理時(shí)產(chǎn)生漏碼與錯(cuò)碼，然后將鎖存后得到的3bit一組的碼字送給編碼電路。在上面的編碼規(guī)則下，3B4B編碼電路變得非常簡(jiǎn)單，只要用兩個(gè)反相器即可實(shí)現(xiàn)。時(shí)鐘（f）串行數(shù)據(jù)三分頻電路觸發(fā)器4/3f時(shí)鐘發(fā)生器串并轉(zhuǎn)換1鎖存器1串并轉(zhuǎn)換串行送出信號(hào)圖3.4 3B4B碼編碼框圖為了將原信號(hào)進(jìn)行同步分組，需將信號(hào)時(shí)鐘3

58、分頻來(lái)控制鎖存器和并串轉(zhuǎn)換電路，使鎖存器每3個(gè)周期更新一次。同時(shí)用分頻后的信號(hào)觸發(fā)不可重觸發(fā)器產(chǎn)生與分組信號(hào)相對(duì)應(yīng)的負(fù)的窄脈沖，以控制頻率為4/3 f(f為原串行數(shù)據(jù)的頻率)的振蕩器，該窄脈沖必須相當(dāng)窄，而使振蕩器停振的時(shí)間相當(dāng)于其振蕩周期的1/8以下。這樣在3分頻信號(hào)的控制下，并串轉(zhuǎn)換過(guò)程就與原信號(hào)同步，即4B并行碼每存入一次，在新時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下，串行脈沖在轉(zhuǎn)換器中就移動(dòng)4次，依次不斷循環(huán)，形成并串轉(zhuǎn)換，得到的串行信號(hào)即為編碼后的碼流。圖3.5所示為相應(yīng)的譯碼原理框圖。串行編碼信號(hào)并串轉(zhuǎn)換f時(shí)鐘發(fā)生器鎖存器4/3f時(shí)鐘發(fā)生器同步分組信號(hào)提取觸發(fā)器串并轉(zhuǎn)換1譯碼后信號(hào)圖3.5 3B4B碼譯碼

59、框圖 碼流經(jīng)延時(shí)并異或后得到的是一系列窄脈沖，觸發(fā)不可重觸發(fā)器，將每組中除第一個(gè)脈沖以外的其它脈沖全部蓋掉，為此需要適當(dāng)調(diào)節(jié)觸發(fā)器的電阻及電容參數(shù)，從而獲得同步分組信號(hào)。這些信號(hào)也是一系列窄脈沖，它們經(jīng)再觸發(fā)后獲得同頻率的更窄脈沖，用這些脈沖一方面控制兩個(gè)頻率(f和43f)的振蕩器，以獲取同步時(shí)鐘信號(hào)作為串并及并串轉(zhuǎn)換電路的時(shí)鐘 另一方面，由于在譯碼時(shí)同樣要設(shè)置鎖存電路來(lái)改善信號(hào)的波形，以保證譯碼的正確，用同步信號(hào)控制鎖存器就可得到時(shí)間及寬度上統(tǒng)一的4 bit碼字。把每組碼字中的第一比特舍去，第四比特取反就能得到同步的3比特碼字，再經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換后就恢復(fù)出原來(lái)的信號(hào)。3.3 光接收機(jī)直接強(qiáng)度調(diào)制

60、、直接檢測(cè)方式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖3.6，主要包括光檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、均衡器、時(shí)鐘提取電路、取樣判決器以及自動(dòng)增益控制（AGC）光檢測(cè)器判決器時(shí)鐘提取光檢測(cè)器偏壓控制AGC電路前置放大器主放大器圖3.6 數(shù)字光接收機(jī)框圖3.3.1 光檢測(cè)器光檢測(cè)器是光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，其性能特別是響應(yīng)度和噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度。對(duì)光檢測(cè)器的要求如下：（2） 響應(yīng)度要高，在一定的接收光功率下，能產(chǎn)生最大的光電流；（3） 噪聲要盡可能低，能接受極微弱的光信號(hào)；（4） 性能穩(wěn)定，可靠性高，壽命長(zhǎng)，功耗和體積小。目前，適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測(cè)器有PIN光電二極管和雪崩二極管