计算机通信与网络课件

计算机通信与网络课件课件制作人：李众立第一页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立信道信道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

数据传输之二(信源技术）

传输的数据变换（关注多媒体通信）第二页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立数据传输之一一、通信系统组成二、数据传输技术要点概览

1、传输介质及基本特性

2、传输的数据变换

3、数据传输技术实现三、计算机通信接口技术（计算机通信技术基础）

1，通信接口基本概念

2、计算机通信接口技术第三页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立

如何利用传输介质是网络技术应用的一个基本问题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，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、传输的数据变换第四页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立2、传输的数据变换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第五页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：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)模拟传输系统第六页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立几种最基本的调制方法调制就是进行波形变换（频谱变换）。最基本的二元制调制方法有以下几种：调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。

(1)模拟传输系统第七页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：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)模拟传输系统讨论：收音机的载波与检波原理第八页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立几种新型数字调制方法QAM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)第九页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立一种正交调制QAMQAM(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析第十页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立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π/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D／A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讨论：现在使用的调制技术实例分析第十一页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立（2）、数字信号的基带传输基带（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MODEM出口波形分析。第十二页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立讨论：分析曼彻斯特编目原理与实现技术第十三页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立数字信号的基带传输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，还原原始数据第十四页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立（2）、数字信号的基带传输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PCM码传输频率。第十五页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立（2）、数字信号的基带传输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，但速度与距离是瓶颈。第十六页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立3、数据传输技术实现第十七页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立数字通信实验系统特色功能:提供数字、模拟两个传输通道.提供多功能实验信源，提供有线、无线两种传输介质端口，提供电子线路与计算机两种实验模式。第十八页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立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）为实现话音信号的长距离传输，CVSD之后要进行HDB3变换（三阶高密度双极性码）

，将信源基带变换成适合于信道传输的信道基带信号DM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制(CVSD)，以16Kbp、或32Kbp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输讨论：HDB3变换的原理与应用#第十九页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立实验系统的技术方案基于MODEM实现多机主从式通信技术

MSM7512BRS是日本OKI公司生产的FSK调制解调器，该器件符合ITU-TV.23规则，采用半双工的工作方式，波特率为1200kb/s;具有75kb/s波特率的反向传输通道。讨论：在实验方案中要使用电话线远距离通信，需要怎样的软硬件补充#第二十页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立实验系统的技术方案基于语音录放芯片的信源设计讨论：提出性价比更好信源方案第二十一页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立DTE：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。DCE：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，通信接口基本概念第二十二页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立（1）、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，一是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）2、计算机通信接口技术

1）异步串行通信接口

将构成信息的字符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（串行通信有两种基本通信方式，即异步通信和同步通信，思考同步通信）第二十三页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立接口电平转换：异步串行通信接口

数据格式，波特率讨论：异步串行通信的数据、波形编码分析。第二十四页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立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），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，讨论：PC机，高级片机的异步通信接口的新功能。第二十五页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立（1）、计算机的通信接口基础回顾2）、远距离串行通信接口标准RS4222、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10Mb/S，最大距离可达1200M。一条平衡线上最多可连接10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。每个通道用两条线，定义为A、B，AA与BB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1。该标准输出的电压范围为正负2--6V，第二十六页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立2）、远距离串行通信接口标准EIA在RS422的基础上制定了RS485标准，用以扩展串行异步通信的应用范围。在RS485规范中，增加了多点、双向通信以及抗共模干扰等能力。RS485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RS422一样，能实现一对多点的通信，总线上可连接多达32个设备。

RS485最大传输速率为10Mb/S，当波特率为1200b/S时，最大传输可达15KM，平衡双绞线的长度与传输速率成反比。

RS485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300M以下不需终接电阻。

通信网络接口中V，X系列使用平衡通信接口，P60RS485第二十七页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立(2)、网络接口（以太网）

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NIC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。网络接口控制器NIC实现IEEE802。3的MAC层功能，内部有双DMA通道FIFO电路，

发送、并串转换模块。它把FIFO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CRC校验模块，产生校验码并发送。1）、网卡原理第二十八页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立在嵌入式系统中加RTL8019（8029）芯片构成网络接口，是根据802.3的MAC层(媒体访问控制)设计的以太网NIC。具有接收与发送物理介质上的串行数据的功能，具备MAC层的控制功能。其内部的协议逻辑阵列能够实现SMA/CD协议，装、拆帧(加、去帧头)，实现接收同步。采用这种方法成木非常低廉，不足的是软件设计比较复杂。(2)、网络接口（以太网）

2）、基于芯片构成网络接口第二十九页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立3）、硬件协议栈芯片构成网络接口(2)、网络接口（以太网）

MCU多种接口的W5100模块

硬件全部模块化结构，直接RJ-45与网络连接；

W5100外围电路优化设计，MCU直接通过直接总线接口、间接总线接口和SPI总线选择连接

支持硬件TCP/IP协议：TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,ARP,PPPoE,Ethernet；

支持ADSL连接；

4个独立的端口（sockets）同时工作；内部16K字节存储器作TX/RX缓存；内嵌10BaseT/100BaseTX以太网物理层，支持自动应答（全双工/半双工模式）；

支持自动极性变换（MDI/MDIX）；讨论：介绍W5100模块应用范例。第三十页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立(3)、新型接口

USB接口是一种通用的高速串行接口。特点是高速传输特性(具有低速、全速、高速；最快达480Mbps)和热插拔，扩展性好(最多可以连接127个USB设备)等特点。1）、USB通用串行总线接口CY7C68013属于Cypress公司的一款USB2．0芯片。是一个带增强型MCS51内核和USB接口的单片机第三十一页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立USB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0.3V，且要承担1.5K、3.6V的灌电流；在信号的高输出状态，稳态输出值必须大于2.8V，且要承担1.5K到地的拉电流。在传输数据时，驱动器的输出是两个相差180度的信号，即一个输出为高电平时，另一个则为低电平。接收器检测到两条线之间的电压差，当D+比D-高时，信号被定义为差模“1”，反之为差模“0”；

1）、USB通用串行总线接口第三十二页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立USB转UART桥接芯片CP21011）、USB通用串行总线接口第三十三页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：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

USB接口芯片CH374第三十四页，共三十八页，2022年，8月28日课件制作人：李众立1）、USB通用串行总线接口

USB接口芯片CH374内置3端口HUB根集线器