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1、第3章智能仪器的数据通信技术3.1串行数据通信技术3.2并行数据通信技术3.3USB总线技术思考题与习题3.1串行数据通信技术3.1.1串行通信的基本概念串行通信是将数据一位一位地传送。它只需要一根数据线,硬件成本低,而且可以使用现有的通信通道（如电话、电报等）,故在智能化测控仪器仪表中,通常采用串行通信方式来实现与其他仪器或计算机系统之间的数据传送。下面介绍串行通信的一些基本概念。1.数据率——波特率（BaudRate）所谓波特率,是指每秒串行发送或接收的二进制位（bit）数目,其单位为b/s（每秒比特数）。它是衡量数据传输速度
2、的指标,也是衡量传送通道频带宽度的指标。2.单工、半双工与全双工按照智能设备发送和接收数据的方向,以及能否同时进行数据传输,可将数据传输分为单工、半双工与全双工三种,如图3-1所示。图3-1单工、半双工和全双工示意图(a)单工；(b)半双工；(c)全双工（1）单工（Simplex）方式：相互通信的任何一方仅允许数据单方向传送。（2）半双工（HalfDuplex）方式：通信的双方既可以发送又可以接收数据,但是发送和接收数据只能分时使用同一传输线路,即在某一时刻只允许进行一个方向的数据传送。（3）全双工（FullDuplex）方
3、式：通信的双方采用两根传输线连接两端设备,可同时进行数据的发送和接收。3.串行传送（通信）方式及规程在串行传送中,没有专门的信号线可用来指示接收、发送的时刻并辨别字符的起始和结束,为了使接收方能够正确地解释接收到的信号,收发双方需要制定并严格遵守通信规程（协议）。串行传送有异步和同步两种基本方式,通信规程如下。1）异步传送规程异步传送是以字符为单位传送的。异步传送的每个字符必须由起始位（1位“0”）开始,之后是7位或8位数据和一位奇偶校验位。数据的低位在先,高位在后,字符以停止位（1位、1位半或2位逻辑“1”）表示字符的结束,从起始
4、位开始到停止位结束组成一帧信息。因此,异步串行传送的一帧字符信息由四部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位（如图3-2所示）。停止位后面可能不会立刻紧接下一字符的起始位,这时停止位后面一直维持“1”状态,这些位称为“空闲位”。图3-2异步串行传送数据格式异步传送的标准波特率有很多种,目前常用的是300、600、1200、2400、4800、9600和19200b/s。异步传送对每个字符都附加了同步信息,降低了对时钟的要求,硬件较为简单，但冗余信息（起始位、停止位和奇偶校验位）所占比例较大,数据的传输速度一般低于同步传送方式。2）同
5、步传送规程在同步传送过程中,必须规定数据的长度（每个字符有效数据为几位）,并以数据块形式传送,用同步字符指示数据块的开始。同步字符可用单字符、双字符或多字符。数据块之后为CRC（CyclicRedundancyCheck,循环冗余校验码）字符,用于检验同步传送的数据是否出错。同步传送的数据格式如图3-3所示。图3-3同步传送的数据格式由于同步传送中的冗余信息（同步字符、CRC字符）所占比例小,因此数据的传输速度一般高于异步传送方式。由于要求发送方与接收方的时钟精确同步,因此同步传送方式的硬件较为复杂。时钟信息可以通过一根独立的信号线进行传
6、送,也可以通过将信息中的时钟代码化来实现（如采用曼彻斯特编码）。4.基带传输对数字信号不加调制,以其基本形式进行的传输称之为“基带传输”。基带传输中数字信息的形式是与其通信速率有关的开关信号,覆盖相当宽广的频谱。受传输介质（电缆）分布参数和外界噪声等的影响,信号将会产生一定程度的畸变。为了在接收端能正确地还原数据信息,必须将信号在传输过程中的畸变限制在一定的范围内。由于分布参数和外界噪声的影响与传输距离成正比,因而导致了对传输速率和传输距离的限制。5.调制/解调与调制解调器“仪器内部总线”、“片间总线”和“底板总线”采用基带传输一般没有
7、什么问题,对于“仪器外部总线”上进行的远距离数据传输,基带传输不能保证其可靠性,必须对基带信号加以调制再进行传输。调制的本质是将频带宽度无限的数字信号转换为频带宽度有限的调制信号（模拟信号或射频信号）,从而增加其可靠传输的距离。在接收端通过解调再将调制信号恢复为原来的数字信号,这一过程被称为调制解调（ModulationandDemodulation）。承担调制/解调任务的设备称之为调制解调器（Modem）,如图3-4所示。图3-4通过Modem的串行通信示意图3.1.2RS-232C标准串行接口总线RS-232C是美国电子工业协会E
8、IA（ElectronicIndustriesAssociation）公布的串行通信标准,RS是英文“推荐标准”的字头缩写,232是标识号,C表示该标准修改的次数（3次）。最初发
