計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)課件

計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)課件課件制作人：李眾立第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立信道信道信號信號第二講數(shù)據(jù)傳輸(通信基礎(chǔ))數(shù)據(jù)傳輸之一(信道技術(shù)）

數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)計(jì)算機(jī)通信接口技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸之三(復(fù)用技術(shù)）

提高數(shù)據(jù)傳輸效益的相關(guān)技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸之二(信源技術(shù)）

傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變換（關(guān)注多媒體通信）第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立數(shù)據(jù)傳輸之一一、通信系統(tǒng)組成二、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)要點(diǎn)概覽

1、傳輸介質(zhì)及基本特性

2、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變換

3、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)三、計(jì)算機(jī)通信接口技術(shù)（計(jì)算機(jī)通信技術(shù)基礎(chǔ)）

1，通信接口基本概念

2、計(jì)算機(jī)通信接口技術(shù)第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立

如何利用傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)基本問題目前使用的傳輸介質(zhì)有多種，它們在傳輸特性上存在著差別，因此，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備采用不同的信號變換技術(shù)，以取得滿意的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。（雙絞線，ISM頻道868/915，2.4G頻道，RS232，RS485，ADSL技術(shù)，的利用與限制等），2、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變換第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立2、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變換模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號和數(shù)字信號，現(xiàn)在主要是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和數(shù)字信號。模擬數(shù)據(jù)模擬信號放大器調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號數(shù)字發(fā)送器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號

PCM編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號調(diào)制器討論：現(xiàn)在使用的四種數(shù)據(jù)變換的應(yīng)用實(shí)例第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立兩種信道通路：模擬信道和數(shù)字信道模擬信道傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)是調(diào)制

（數(shù)字信號在模擬信道中的載波傳輸）(1)模擬傳輸系統(tǒng)第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立幾種最基本的調(diào)制方法調(diào)制就是進(jìn)行波形變換（頻譜變換）。最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。

(1)模擬傳輸系統(tǒng)第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立對數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法

010011100基帶信號調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相(1)模擬傳輸系統(tǒng)討論：收音機(jī)的載波與檢波原理第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立幾種新型數(shù)字調(diào)制方法QAM正交振幅調(diào)制：在系統(tǒng)帶寬一定的條件下，多進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)的信息傳輸速率比二進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)高，即多進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)的頻帶利用率高。但如果充分地利用整個(gè)信號矢量平面，即把幅度和相位聯(lián)合起來調(diào)制，就可以在不減小最小距離的情況下，增加信號矢量的端點(diǎn)數(shù)目，這就是振幅相位鍵控(APK)第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立一種正交調(diào)制QAMQAM(QuadratureAmplitudeModulation)r(r,)可供選擇的相位有12種，而對于每一種相位有1或2種振幅可供選擇。由于4bit編碼共有16種不同的組合，因此這16個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對應(yīng)于一種4bit的編碼。若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識別每一種狀態(tài)就越困難。討論：有線數(shù)字電視的信號調(diào)制特色分析第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立無載波幅度相位調(diào)制CAP：

CAP與QAM的區(qū)別在于抑制了不攜帶任何有用信息的載波，而且。正文載頻的調(diào)制過程采用兩個(gè)幅頻特性相等、相位特性相差杠π/2的橫截型帶通數(shù)字濾波器（Hilbert對）在數(shù)字域完成，兩路數(shù)字信號相加后經(jīng)D／A變換輸出，CAP優(yōu)越于QAM的特點(diǎn)在于更多地使用了數(shù)字處理技術(shù)，易于大規(guī)模的數(shù)字集成，降低成本，此外，去除載波分量使得改變頻譜的形態(tài)、中心頻率、對稱性等特征更加容易，僅需改變數(shù)字濾波器的抽頭系數(shù)即可。幾種新型數(shù)字調(diào)制方法討論：現(xiàn)在使用的調(diào)制技術(shù)實(shí)例分析第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立（2）、數(shù)字信號的基帶傳輸基帶（直流和低頻開始的信號，頻譜結(jié)構(gòu)復(fù)雜）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼(p44)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼的目標(biāo)是：經(jīng)過編碼，使二進(jìn)制“1”和“0”的特性有利于傳輸，基帶信號的碼型原則：頻譜中不含直流分量，碼型有透明性，易定位，編譯碼簡單。討論：網(wǎng)卡送到雙絞線上數(shù)據(jù)波形和MODEM出口波形分析。第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立討論：分析曼徹斯特編目原理與實(shí)現(xiàn)技術(shù)第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立數(shù)字信號的基帶傳輸基帶傳輸系統(tǒng)中的擾碼和解擾在數(shù)字通信系統(tǒng)中常采用擾碼技術(shù)。擾碼的作用是在發(fā)送端將傳送的數(shù)字碼變換成“0”、“1”近似等概率、前后獨(dú)立的隨機(jī)碼流，其目的是限制連“0”或連“1”的長度，從而有利于比特定時(shí)信息的提取。使信號頻譜擴(kuò)散并保持相對穩(wěn)定，可以避免或減輕某些周期性基帶信號由于具有較強(qiáng)的離散線譜而造成的對其他系統(tǒng)的干擾。在接收端進(jìn)行擾亂的逆過程，還原原始數(shù)據(jù)第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立（2）、數(shù)字信號的基帶傳輸使用數(shù)字信號來對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的典型實(shí)例是：在程控電話交換設(shè)備的用戶接口電路上，采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)脈沖編碼調(diào)制采樣周期Tt信號t采樣1001001111000010t編碼t解碼t還原討論：計(jì)算一路語音PCM碼傳輸頻率。第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立（2）、數(shù)字信號的基帶傳輸數(shù)字信號的基帶傳輸在近距離通信組網(wǎng)中有廣泛的應(yīng)用前景，但速度與距離是瓶頸。第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立3、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立數(shù)字通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)特色功能:提供數(shù)字、模擬兩個(gè)傳輸通道.提供多功能實(shí)驗(yàn)信源，提供有線、無線兩種傳輸介質(zhì)端口，提供電子線路與計(jì)算機(jī)兩種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健５?8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)方案單工話音基帶傳輸設(shè)計(jì)（數(shù)字信號的基帶傳輸）為實(shí)現(xiàn)話音信號的長距離傳輸，CVSD之后要進(jìn)行HDB3變換（三階高密度雙極性碼）

，將信源基帶變換成適合于信道傳輸?shù)男诺阑鶐盘朌M是繼PCM后的又一種模擬信號數(shù)字化方法，使用連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)，以16Kbp、或32Kbp的數(shù)碼率進(jìn)行編碼，收發(fā)無需位同步時(shí)鐘，編譯碼器結(jié)構(gòu)簡，得到廣泛的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)話音信號的長距離傳輸討論：HDB3變換的原理與應(yīng)用#第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)方案基于MODEM實(shí)現(xiàn)多機(jī)主從式通信技術(shù)

MSM7512BRS是日本OKI公司生產(chǎn)的FSK調(diào)制解調(diào)器，該器件符合ITU-TV.23規(guī)則，采用半雙工的工作方式，波特率為1200kb/s;具有75kb/s波特率的反向傳輸通道。討論：在實(shí)驗(yàn)方案中要使用電話線遠(yuǎn)距離通信，需要怎樣的軟硬件補(bǔ)充#第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)方案基于語音錄放芯片的信源設(shè)計(jì)討論：提出性價(jià)比更好信源方案第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立DTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備，有數(shù)據(jù)處理能力和發(fā)送、接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備。DCE：數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備，在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和編碼，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的連接。

三、計(jì)算機(jī)通信接口技術(shù)DTEDCEDCE串行比特傳輸信號線與控制線用戶環(huán)境通信環(huán)境用戶設(shè)施通信設(shè)施DTE信號線與控制線用戶設(shè)施用戶環(huán)境1，通信接口基本概念第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立（1）、計(jì)算機(jī)的通信接口基礎(chǔ)回顧計(jì)算機(jī)通信接口涉及兩個(gè)最基本的問題，一是計(jì)算機(jī)如何與其他設(shè)備連接（通信接口要求）二是計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換（數(shù)據(jù)與協(xié)議）2、計(jì)算機(jī)通信接口技術(shù)

1）異步串行通信接口

將構(gòu)成信息的字符轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)位，按照設(shè)定頻率，順序逐位傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑ù型ㄐ庞袃煞N基本通信方式，即異步通信和同步通信，思考同步通信）第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立接口電平轉(zhuǎn)換：異步串行通信接口

數(shù)據(jù)格式，波特率討論：異步串行通信的數(shù)據(jù)、波形編碼分析。第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立異步通信接口原理與應(yīng)用設(shè)置數(shù)據(jù)格式，波特率，（寄存器設(shè)置），接收：讀狀態(tài)標(biāo)志，讀接收緩沖器，存放數(shù)據(jù)發(fā)送：讀狀態(tài)標(biāo)志（空），取數(shù)據(jù)，寫發(fā)送緩沖器，討論：PC機(jī)，高級片機(jī)的異步通信接口的新功能。第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立（1）、計(jì)算機(jī)的通信接口基礎(chǔ)回顧2）、遠(yuǎn)距離串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)RS4222、計(jì)算機(jī)通信接口技術(shù)

一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/S，最大距離可達(dá)1200M。一條平衡線上最多可連接10個(gè)接收器。

電路由發(fā)送器、平衡電纜、負(fù)載電阻、接收器幾部分組成。每個(gè)通道用兩條線，定義為A、B，AA與BB對應(yīng)相連，收發(fā)兩端之間有大于＋200MV的電平時(shí)，輸出正邏輯電平1。該標(biāo)準(zhǔn)輸出的電壓范圍為正負(fù)2--6V，第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立2）、遠(yuǎn)距離串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)EIA在RS422的基礎(chǔ)上制定了RS485標(biāo)準(zhǔn)，用以擴(kuò)展串行異步通信的應(yīng)用范圍。在RS485規(guī)范中，增加了多點(diǎn)、雙向通信以及抗共模干擾等能力。RS485可采用二線或四線連接。二線連接能實(shí)現(xiàn)主從多點(diǎn)雙向通信。四線與RS422一樣，能實(shí)現(xiàn)一對多點(diǎn)的通信，總線上可連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備。

RS485最大傳輸速率為10Mb/S，當(dāng)波特率為1200b/S時(shí)，最大傳輸可達(dá)15KM，平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比。

RS485需要兩個(gè)終接電阻，接在傳輸總線的兩端，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。一般在300M以下不需終接電阻。

通信網(wǎng)絡(luò)接口中V，X系列使用平衡通信接口，P60RS485第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立(2)、網(wǎng)絡(luò)接口（以太網(wǎng)）

網(wǎng)絡(luò)接口也稱網(wǎng)卡。由網(wǎng)絡(luò)接口控制器、網(wǎng)絡(luò)接口芯片、收發(fā)器接口以及隔離電路組成。網(wǎng)絡(luò)接口控制器NIC是核心部件，主要功能是接收和發(fā)送數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流是以幀進(jìn)行封裝。收發(fā)器接口和隔離電路組成了一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，用于在網(wǎng)絡(luò)電纜上傳送、接收調(diào)制、解調(diào)數(shù)據(jù)流信號。網(wǎng)絡(luò)接口控制器NIC實(shí)現(xiàn)IEEE802。3的MAC層功能，內(nèi)部有雙DMA通道FIFO電路，

發(fā)送、并串轉(zhuǎn)換模塊。它把FIFO中的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)并發(fā)送出去。同時(shí)，也把串行數(shù)據(jù)送往CRC校驗(yàn)?zāi)K，產(chǎn)生校驗(yàn)碼并發(fā)送。1）、網(wǎng)卡原理第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立在嵌入式系統(tǒng)中加RTL8019（8029）芯片構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)接口，是根據(jù)802.3的MAC層(媒體訪問控制)設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)NIC。具有接收與發(fā)送物理介質(zhì)上的串行數(shù)據(jù)的功能，具備MAC層的控制功能。其內(nèi)部的協(xié)議邏輯陣列能夠?qū)崿F(xiàn)SMA/CD協(xié)議，裝、拆幀(加、去幀頭)，實(shí)現(xiàn)接收同步。采用這種方法成木非常低廉，不足的是軟件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。(2)、網(wǎng)絡(luò)接口（以太網(wǎng)）

2）、基于芯片構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)接口第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立3）、硬件協(xié)議棧芯片構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)接口(2)、網(wǎng)絡(luò)接口（以太網(wǎng)）

MCU多種接口的W5100模塊

硬件全部模塊化結(jié)構(gòu)，直接RJ-45與網(wǎng)絡(luò)連接；

W5100外圍電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，MCU直接通過直接總線接口、間接總線接口和SPI總線選擇連接

支持硬件TCP/IP協(xié)議：TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,ARP,PPPoE,Ethernet；

支持ADSL連接；

4個(gè)獨(dú)立的端口（sockets）同時(shí)工作；內(nèi)部16K字節(jié)存儲器作TX/RX緩存；內(nèi)嵌10BaseT/100BaseTX以太網(wǎng)物理層，支持自動(dòng)應(yīng)答（全雙工/半雙工模式）；

支持自動(dòng)極性變換（MDI/MDIX）；討論：介紹W5100模塊應(yīng)用范例。第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立(3)、新型接口

USB接口是一種通用的高速串行接口。特點(diǎn)是高速傳輸特性(具有低速、全速、高速；最快達(dá)480Mbps)和熱插拔，擴(kuò)展性好(最多可以連接127個(gè)USB設(shè)備)等特點(diǎn)。1）、USB通用串行總線接口CY7C68013屬于Cypress公司的一款USB2．0芯片。是一個(gè)帶增強(qiáng)型MCS51內(nèi)核和USB接口的單片機(jī)第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立USB收發(fā)數(shù)據(jù)用差模輸入輸出驅(qū)動(dòng)器，信號低輸出狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)輸出值小于0.3V，且要承擔(dān)1.5K、3.6V的灌電流；在信號的高輸出狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)輸出值必須大于2.8V，且要承擔(dān)1.5K到地的拉電流。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的輸出是兩個(gè)相差180度的信號，即一個(gè)輸出為高電平時(shí)，另一個(gè)則為低電平。接收器檢測到兩條線之間的電壓差，當(dāng)D+比D-高時(shí)，信號被定義為差模“1”，反之為差模“0”；

1）、USB通用串行總線接口第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立USB轉(zhuǎn)UART橋接芯片CP21011）、USB通用串行總線接口第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立一個(gè)USB總線的通用接口芯片，支持USB-HOST主機(jī)方式和USB-DEVICE設(shè)備方式1）、USB通用串行總線接口

USB接口芯片CH374第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立1）、USB通用串行總線接口

USB接口芯片CH374內(nèi)置3端口HUB根集線器